馬承富，靖海瑞，劉慈，李玉廣

（1.武漢紡織大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖北 武漢 430073；2.湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南 長沙 410006）

0 引言

脲酶又稱尿素水解酶（編號為EC 3.5.1.5），它是一種含鎳寡聚酶，具有絕對的專一性，它可以特異性地催化脲水解為氨和二氧化碳，其水解產(chǎn)物氨可為許多微生物體和植物的新陳代謝提供氮源，并對它們周圍環(huán)境的pH值起著關(guān)鍵性調(diào)節(jié)作用[1]；同時，這也引起自然界中許多負面效應(yīng)[2-3].如脲酶可過度催化降解尿素生成揮發(fā)性的NH3和CO2，而引起氮肥肥效的丟失和導(dǎo)致土壤中氨離子濃度增加及pH值升高，影響植物的正常生長；脲酶也可作為一種病原體的毒素引發(fā)胃炎、胃潰瘍及胃癌等疾病.如幽門螺桿菌利用自身產(chǎn)生的大量脲酶去催化水解脲，導(dǎo)致其周圍的pH值升高，來抵抗胃酸的殺滅作用.因此，有必要尋找合適的脲酶抑制劑來科學(xué)調(diào)控脲酶的活性，消除其產(chǎn)生的負面效應(yīng).目前已報道的脲酶抑制劑主要有兩類，它們分別為過渡金屬離子類脲酶抑制劑和有機化合物類脲酶抑制劑[4-7].前者由于重金屬離子具有較大的毒性，而受到了一定的應(yīng)用限制；后者又因為有效抑制時間短、效率低及有毒副作用，應(yīng)用上也有局限性[4-8].Rosi等[9]認為，有機小分子和重金屬鹽類形成配合物后，有機配體和金屬離子均被固定在配合物骨架中，其毒性大大降低，發(fā)揮作用的時間也相對延長.配合物兼具無機和有機功能基團的性質(zhì)和功能，其物理化學(xué)性能明顯優(yōu)于單功能基團.目前配合物類脲酶抑制劑仍沒有被人們廣泛報道[10].

另外，羧酸銀(I)配合物在生物、光學(xué)、催化等方面具有潛在的應(yīng)用.對羧酸銀(I)化合物分子結(jié)構(gòu)的研究在晶體工程學(xué)上也具有重要的意義.銀離子可以形成新穎的一維、二維和三維配合物[11-14].我們分別以3-吡啶甲酸、3，5-二硝基苯甲酸、對苯二甲酸、聯(lián)苯二甲酸及2-氨基吡啶、4-氨基吡啶、2-氨基嘧啶為原料，通過它們的自組裝反應(yīng)過程，制備了4種新的羧酸銀(I)配合物，并測定了這些銀(I)配合物的分子結(jié)構(gòu).研究芳香族羧酸銀(I)化合物抑制脲酶的生物活性.

1 實驗部分

1.1 化學(xué)試劑和儀器氧化銀、3-吡啶甲酸、3，5-二硝基苯甲酸、對苯二甲酸、4，4’-聯(lián)苯二甲酸、2-氨基吡啶、2-氨基嘧啶、4-氨基吡啶、1，6-己二胺購自Alfa Aesar，Jack豆脲酶購自Sigma-Aldrich公司，實驗中所用藥品均為分析純，實驗用水為超純水.

配合物的C、H、N元素分析用Elementar Vario EL III元素分析儀（德國）測定，單晶結(jié)構(gòu)用Bruker SMARTApex CCD II單晶衍射儀測定，配合物抑制脲酶的生物活性用synergyTM HT酶標儀（美國）測定.

1.2 羧酸銀(I)配合物1 4的合成

1.2.1 [Ag2(L1)2(A1)2]2·H2O（1） 將25 mL的Ag2O（1 mmol，0.23 g）氨水溶液加入25 mL的3-吡啶甲酸（2mmol，0.25 g）氨水溶液，攪拌3min后，再加入2-氨基吡啶（1mmol，0.09 g），在室溫下攪拌20min.過濾，將澄清溶液避光靜置，室溫揮發(fā)10 d，得到無色塊狀配合物1，取其母液進一步培養(yǎng)出其單晶固體.產(chǎn)率約55%.化學(xué)式為C44H42Ag4N12O9，元素分析實驗值（計算值）%：C 40.15（40.21），H 3.37（3.22），N 12.83（12.79）.

1.2.2 [Ag2(L2)2(A2)3]·H2O（2） 將25mL的Ag2O（1mmol，0.23 g）氨水溶液加入25mL的3，5-二硝基苯甲酸（2mmol，0.424 g）氨水溶液，攪拌3min后，再加入2-氨基嘧啶（1mmol，0.10 g），在室溫下攪拌20min.過濾，將澄清溶液避光靜置，室溫揮發(fā)14 d，得到橙黃色塊狀配合物2，取其母液進一步培養(yǎng)出單晶固體.產(chǎn)率約31%.化學(xué)式為C26H25Ag2N13O12，元素分析實驗值（計算值）%：C 33.41（33.48），H 2.75（2.70），N 19.53（19.52）.

1.2.3 [Ag(A3)2]2(L3)·10H2O（3） 將25mL的Ag2O（1mmol，0.23 g）氨水溶液加入25mL的對苯二甲酸（1mmol，0.17 g）氨水溶液，攪拌3min后，再加入4-氨基吡啶（1mmol，0.09 g），在室溫下攪拌20min.過濾，將澄清溶液避光靜置，室溫揮發(fā)14 d，得到無色塊狀配合物3，取其母液進一步培養(yǎng)出單晶固體.產(chǎn)率約60%.化學(xué)式為C28H48Ag2N8O14，元素分析實驗值（計算值）%：C 35.88（35.91），H 5.91（5.17），N 11.90（11.97）.

1.2.4 [Ag2(A4)2](L4)·4H2O（4） 將25mL的Ag2O（1mmol，0.23 g）氨水溶液加入25mL的4，4-聯(lián)苯二甲酸（2mmol，0.24 g）氨水溶液，攪拌3min后，再加入1，6-己二胺（1mmol，0.09 g），在室溫下攪拌20min.過濾，將澄清溶液避光靜置，室溫揮發(fā)14 d，得到無色塊狀配合物4，取其母液進一步培養(yǎng)出單晶固體.產(chǎn)率約36%.化學(xué)式為C26H48Ag2N4O8，元素分析實驗值（計算值）%：C 39.99（41.07），H 6.49（6.36），N 7.36（7.37）.

1.3 晶體結(jié)構(gòu)測定選取合適大小的單晶體用于X線衍射測試[16-17]，溫度約為293（2）K，在Bruker SMARTApex CCD II衍射儀上收集強度數(shù)據(jù)，利用石墨單色器單色化了的Mo-Ka射線（λ=0.710 73 nm），采用ω-2θ掃描方式，收集2θ在2.0～55.0度范圍內(nèi)的衍射數(shù)據(jù)，得到一定數(shù)目的獨立衍射點，同時可得到Ⅰ≥2σ(I)時衍射點的數(shù)目.羧酸銀(I)化合物的衍射數(shù)據(jù)用SAINT程序進行還原處理，用SADABS程序進行數(shù)據(jù)校正，其中部分結(jié)構(gòu)還進行了ψ吸收校正.在Pentium PC計算機上用SHELXS-97結(jié)構(gòu)解析程序?qū)w初始結(jié)構(gòu)模型進行直接法解析.并利用SHELXL-97結(jié)構(gòu)解析程序，采用全矩陣最小二乘法進行結(jié)構(gòu)修正.化合物的氫原子坐標由差Fourier合成和理論加氫程序找出.所有氫原子的坐標和各向同性溫度因子參加結(jié)構(gòu)計算，但不參加修正.最后的殘余峰均已不具有化學(xué)意義.羧酸銀(I)化合物的晶體學(xué)數(shù)據(jù)及衍射強度的收集條件詳情見表1.羧酸銀(I)化合物的原子坐標、溫度因子、主要鍵長、鍵角詳情見表 2.CCDC 659659（1），CCDC 659658（2），CCDC 293904（3），CCDC 659657（4）.

表1 配合物1 4的晶體學(xué)數(shù)據(jù)及衍射強度的收集條件

1.4 Ag(I)配合物的生物活性的測試用二甲亞砜和水（V/V，1∶1）的混合溶劑配制不同梯度濃度的待測配合物溶液.參照文獻[17-18]，將含有Jack豆脲酶（25 μL，10 kU·L-1）和各種濃度的待測配合物（25μL）的混合溶液放置在化驗盤（96孔）中，37℃下預(yù)培養(yǎng)1 h.再加入含有脲酶（500 μmol·L-1）的Hepes緩沖溶液（0.2 mL，100 μmol·L-1；pH=6.8）和濃度為0.002%的酚紅指示劑，并在37℃下進行培養(yǎng).反應(yīng)時間通過微盤讀卡器（560 nm）來測量，測試緩沖溶液pH值從6.8提高到7.7時酚紅指示劑的吸光度變化.

表2 配合物1 4的部分鍵長和鍵角 nm，(°)

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 配合物[Ag2(L1)2(A1)2]2·H2O(1)的分子結(jié)構(gòu)配合物1屬于正交晶系，空間群為Aba2.如圖1所示，在分子結(jié)構(gòu)中存在著二配位和三配位的銀金屬中心[19-20].其中Ag1是由一個2-氨基吡啶的吡啶環(huán)上N原子和一個3-吡啶甲酸吡啶環(huán)上的N原子及一個羧基的橋連O原子形成三配位中心.Ag1-N1、Ag1-N5、Ag1-O4的鍵長分別為0.221 7(2)nm、0.224 8(2)nm、0.247 1(2)nm，N1-Ag1-O4、N5-Ag1-O4、N5-Ag1-N1的鍵角分別為114.(8)°、97.9(8)°、147.9(9)°；而Ag2是由一個2-氨基吡啶的吡啶環(huán)上N原子和一個吡啶環(huán)上的橋連N原子形成二配位中心[21-22].Ag2-N3、Ag2-N6的鍵長分別為0.216 1(2)nm、0.217 7(2)nm，N3-Ag2-N6的鍵角為163.73(9)°.Ag1與N1、N5、O4三個原子共平面較好，Ag1偏離其平面約為0.004 3 nm.3-吡啶甲酸以吡啶環(huán)上的N原子和一個羧酸O原子橋連兩個Ag原子形成一個雙核結(jié)構(gòu)單元.該雙核結(jié)構(gòu)單元通過Ag…Ag弱相互作用進一步形成了一個二聚體.Ag…Ag的距離為0.311(4)nm，小于范德華半徑的總和（0.340 nm）[21].此外，在配合物1中還存在分子間N4…O1和N4…O3的氫鍵弱相互作用（如表3所示）.

圖1 配合物1的分子結(jié)構(gòu)(對稱代碼：(i)1-x，2-y，z）

表3 配合物1 4的氫鍵數(shù)據(jù)

2.2 配合物[Ag2(L2)2(A2)3]·H2O(2)的分子結(jié)構(gòu)配合物2屬于正交晶系，空間群為Pccn.如圖2所示，分子結(jié)構(gòu)中銀原子是由一個羧基O原子和兩個嘧啶環(huán)上的N原子形成三配位金屬中心.Ag1-O1、Ag1-N1、Ag1-N4 的鍵長分別為0.225 0（2）nm、0.236 3(3)nm、0.224 4(3)nm；N1-Ag1-N4、N1-Ag1-O1、N4-Ag1-O1的鍵角分別為118.5(8)°、97.3(8)°、143.8(8)°.在配合物2中，一個2-氨基嘧啶通過嘧啶環(huán)中兩個N原子橋連兩個銀原子形成雙核銀的結(jié)構(gòu)單元.Ag1與O1、N1、N4原子共平面性較好，Ag1偏離其平面約為0.002 9 nm.此外，在化合物2的對稱軸上存在一個的晶格水分子，其通過分子間的氫鍵與上述雙核銀離子的結(jié)構(gòu)單元進行作用（如表3所示）.O1、O2、N5和O2構(gòu)成了一個平面四邊形.化合物2又通過N3…N2的分子間氫鍵弱作用，構(gòu)成一維鏈狀結(jié)構(gòu).

圖2 配合物2的分子結(jié)構(gòu)圖(對稱代碼：(i)3/2-x，3/2-y，z)

2.3 配合物[Ag(A3)2]2(L3)·10H2O(3)的分子結(jié)構(gòu)配合物3屬于三斜晶系，空間群為P-1.如圖3所示，分子結(jié)構(gòu)中銀原子是由兩個吡啶環(huán)上的N原子形成二配位金屬中心.Ag1-N1和Ag1-N3的鍵長分別為0.211 8（2）nm和0.2121（2）nm；N1-Ag1-N3的鍵角為174.91(8)°，略小于180°.兩個吡啶的環(huán)平面的二面角約為4.1°，趨近于平行；而吡啶環(huán)平面和苯環(huán)平面的二面角平均為98.1°，趨近于垂直.在3的分子固體結(jié)構(gòu)中存在著許多晶格水分子，這些水分子在形成3的固體結(jié)構(gòu)過程中起著重要的作用.4-氨基吡啶的氨基與水分子及對苯二甲酸的羧基形成了一個復(fù)雜的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成配合物3的三維空間結(jié)構(gòu).此外，相鄰4-氨基吡啶分子的吡啶環(huán)心的距離約為0.361 7 nm[24]，存在π-π弱相互作用，形成偏移堆積，進一步加強配合物3的分子空間結(jié)構(gòu).

圖3 配合物3的分子結(jié)構(gòu)圖(對稱代碼：(i)1-x，1-y，2-z)

圖4 配合物4的分子結(jié)構(gòu)圖(對稱代碼：(i)x，1+y，z；(ii)3/2-x，3/2+y，1/2-z)

2.4 配合物[Ag2(A4)2](L4)·4H2O(4)的分子結(jié)構(gòu)配合物4屬于單斜晶系，空間群為C2/c.與配合物3相比，分子結(jié)構(gòu)中銀原子是由2個1，6-己二胺的末端N原子形成二配位金屬中心，如圖4所示.Ag1-N1和Ag1-N4A的鍵長分別為0.216 0(3)nm和0.214 6(3)nm，N1-Ag1-N4A的鍵角為170.80(11)°；而Ag2-N2和Ag2-N3的鍵長分別是0.213 0(3)nm和0.212 5(3)nm，N2-Ag2-N3的鍵角為177.46(11)°.1，6-己二胺通過2個末端N原子橋連2個Ag(I)原子，形成一維zigzag鏈狀結(jié)構(gòu).相鄰兩個一維zigzag鏈的Ag…Ag之間的距離為0.331 2(5)nm，其略小于2個Ag原子的范德華半徑之和（0.340 nm）[23]，由此配合物4通過相鄰一維zigzag鏈的Ag…Ag弱相互作用形成二維平面結(jié)構(gòu).在4的分子固體結(jié)構(gòu)中也存在著許多晶格水分子，這些水分子在形成4的固體結(jié)構(gòu)過程中起著重要的作用.

2.5 配合物1 4的生物活性分別測試了不同濃度時4種芳香族羧酸銀(I)配合物抑制脲酶的生物活性.當羧酸銀(I)配合物1、2、3和4的濃度為2.5μmol·L-1時，它們對脲酶催化水解尿素的生物活性的影響結(jié)果如圖5所示.這4種銀(I)配合物在測試抑酶實驗中顯示出不同程度上抑制脲酶的能力.相對于配合物4，在測試的16 h內(nèi)配合物3明顯地延長了脲酶催化水解尿素的反應(yīng)時間，即配合物3的測試緩沖溶液pH值從6.8較緩慢地升高到7.7；配合物1和2在不同程度上也延長了脲酶催化水解尿素的反應(yīng)時間.

如圖6所示，這4種羧酸銀(I)配合物具有不同的ⅠC50值（ⅠC50=0.12 ～ 21.35μmol·L-1）.它們抑酶能力的強弱順序為：3＞2＞1＞4.在羧酸銀(I)配合物3和4分子結(jié)構(gòu)中，Ag(I)均為二配位，且都含有一些未配位的晶格水分子和羧酸根陰離子，但3抑制脲酶的能力顯著強于4，這表明單核銀結(jié)構(gòu)的小分子比一維鏈狀結(jié)構(gòu)的大分子更有利于抑制脲酶；羧酸銀(I)配合物1和2中，Ag(I)均為3配位，但2抑制脲酶的能力較強于1，這表明雙核銀離子結(jié)構(gòu)的單體分子比雙核銀離子結(jié)構(gòu)的二聚體分子更有利于抑制脲酶.

圖5 含4種配合物(濃度為2.5μmol·L-1)的測試緩沖溶液

圖6 4種羧酸銀(I)配合物與脲酶作用的ⅠC50值

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