芦丁配合物的合成、表征及其与DNA作用的电化学研究

芦丁配合物的合成、征及其与DNA作用的电化学研究 芦丁配合物的合成、表征及其与DNA作用 的电化学研究 西北师范大学(自然科学版) JournalofNorthwestNormalUniversity(NaturalScience) 第42卷2006年第1期 Vo1.422006No.1 芦丁配合物的合成,表征及其与 DNA作用的电化学研究 康敬万,苏碧泉,卢小泉,董树清,李志峰 (1.西北师范大学化学化工学院,甘肃兰州730070; 2.兰州交通大学化学与生物学院,甘肃兰州730070) 摘.要:报道了CA(II),Co(II),Ni(II),Cu(?)和Zn(?)的芦丁金属配合物的合成,表征 及其与DNA作用的电化学 研究.结果表明,配合物的组成为[-MsLz(HzO)](CH.CO0)(一6,12),配体不饱和环的 3个羟基参与了金属离子 的配位作用;利用循环伏安法计算了芦丁配合物与DNA作用的结合常数(K一 2.43×10L/mo1)和结合位点数(s一 3.29). 关键词:芦丁;配合物;循环伏安法 中图分类号:O646文献标识码:A文章编号:1001—988X(2006)01—0054—04 —1?1??r??'5yntheslS,Character1zat10n0irutlncomplexesand electrochemicalresearch0fitsinteractionwithDNA KANGJing—wan,SUBi—quan',I.UXiao-quan,DONGShu—qing,LIZhi—feng (1.CollegeofChemistryandChemicalEngineering,NorthwestNormalUniversity,Lanzho u730070,Gansu,China 2.SchoolofChemicalandBiologicalEngineering,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou7 30070,Gansu,China) Abstract:Thesynthesis,strueturalcharacterizationofrutincomplexeswithtransitionmetals andthe eleetroehemiealresearchofitsinteractionwithctDNAarereported.Thecomplexesmaybefo rmulatedas [M31砣(HzO)n](CH3COO)2(7z一6,12).Threehydroxygroupsontheunsaturatedringstakepartsinthe coordinationwithmetalions.Informationsuchasintrinsicbindingcostant(K一2.43×10I/mo1),and bindingnumbers(s=3.29)ofrutincomplexeswithctDNA,aredeterminedbycyclicvohamm etryatglass carbonelectrode. Keywords:rutin;complex;cyclicvoltammetry 近年来,对于类黄酮及其过渡金属配合物的研 究H益深入[1].类黄酮化合物是一类苯基一7一吡喃 酮的衍生物,主体部分由2个取代芳环(A环和B 环,图1)通过含有3个碳的氧杂环(C环)连接而 成,而芦丁则在C环上有较大的取代基团.类黄 酮化合物在水果,蔬菜,豆科植物以及脉管植物的 种子等中都有发现,该类化合物具有较强的抗氧化 性,抗炎性,抗菌性以及抗癌性等,目前已在制药 工业中得到了广泛的应用【5]. 类黄酮具有较强的和过渡金属配位的能力,其 配合物的生物活性通常和金属中心离子的性质有 关,金属离子和类黄酮的相互作用可以改变配体的 生物效应【8.9j.目前,虽然有许多关于类黄酮化合 物的报道,但是对于芦丁配合物的研究却报道较 少.本实验室以前曾报道了芦丁,槲皮素和桑色素 等与Eu(?)及Zn(?)配合物的水溶液和DNA的 收稿日期:2005—07—23;修改稿收到日期:2005—10—19 基金项目:国家自然科学基金资助项目(20275031);西北师范大学科技创新工程资 助项目(NWNU—KjCXC~-01) 作者简介:康敬万(1938一),男,河南巩义人,教授,博士研究生导师.主要研究方向为 电分析化学. E-mail:jwkang@nwnu.edu.cn 2006年第1期康敬万等:芦丁配合物的合成,表征及其与DNA作用的电化学研究 2006No.1Synthesis,characterizationofrutincomplexesandelectrochemicalresearchofitsi nteractionwithDNA55 相互作用他,为了更进一步对芦丁的配位行为及 其形成的金属配合物的生物活性进行研究,笔者合 成了5种固体芦丁过渡金属配合物并进行了表征, 同时对配合物与DNA的电化学性质进行了研究. H OH OH 图1芦丁配体(L)的结构 l实验部分 OH 1.1实验试剂 芦丁购自Sigma公司,EtONa以小片新切割 的金属钠(1.15g)N人到无水EtOH(50mI)中得 到,其他试剂均为分析纯. 1.2实验仪器 元素分析在PE一2400CHN元素分析仪上进 行;Cd(II),Co(II),Ni(I1),Cu(?)和Zn(II)含 量用ARI3520ICP—AES电感耦合等离子体发射 光谱仪检测;摩尔电导率以DSS一11A型电导仪在 室温下以HO为溶剂,1×10mol/L配合物溶液 中进行测定;红外光谱数据收集范围为600, 4000cm一,KBr压片,以NicoletNEXUS670FT — IR红外光谱仪进行检测;HNMR的数据在 VarianMERCURY一400核磁共振仪上收集;电化 学实验在CHI660电化学工作站(USA)上完成, 采用三电极系统:玻碳电极为工作电极,铂电极为 辅助电极,Ag/AgC1为参比电极,所用缓冲体系 为含有0.05mol/INaC1的5mmol/ITris—HC1 (pH一6.9).小牛胸腺DNA(ctDNA)购自华美生 物工程公司(北京).配制1mg/mI的小牛胸腺 DNA溶于水中(其物质的量浓度由260nm处的吸 光度确定),冰箱中冷藏,4d用完.紫外/可见光 谱测得ctDNAA20/A280>1.8,表明DNA已与蛋 白质分离,纯度符合要求. 1.3目标配合物的合成 在200mI三口圆底烧瓶中放人1mmol芦丁 和70mI无水乙醇,在油浴中加热搅拌至芦丁全 部溶解,然后加人0.5mI乙醇钠,再快速加人1 mmol金属醋酸盐,回流搅拌6h.混合物反应完 后冷却至室温,静置12h,过滤,洗涤,干燥, 得黄色固体配合物. 2结果和讨论 芦丁配合物易溶于DMSO,微溶于HzO, EtOH和MeOH,不溶于CHCl.和CH2Cl2.电感 耦合等离子体光谱法测定的金属(M)含量,C,H 元素分析结果以及摩尔电导率等数据见表1.摩尔 电导率数据显示配合物具有CH.COO一阴离子外界. 表1配合物元素分析及摩尔电导数据 2.1红外光谱分析 红外光谱数据(表2)表明,芦丁的确和过渡金 属离子发生了配位反应,形成了配合物.在波数大 于3000cm,范围内的宽吸收峰以及在605cm 附近的弱吸收峰证明在配合物分子中存在结晶水. 相对于芦丁,配合物的羟基吸收峰位置发生了移 动,证明在芦丁不饱和环上的一OH参与了过渡金 属离子的配位反应.在1656,1650cm范围内 的强吸收峰可以归属于配合物的C一0羰基吸收振 动.峰的位置和在配体中相比没有发生明显的变 ,证明芦丁的羰基没有和金属离子配位.化和芦丁 相比较,C环上的C—O—C红外吸收峰的位置没 有发生移动,表明C环上的氧原子(位置1,图1) 没有参与配位反应.M—O键伸缩振动吸收峰在 而这些吸收峰在芦丁 636~609cm波数范围内, 的红外光谱图中没有出现,证明芦丁和金属离子形 西北师范大学(自然科学版) 56JournalofNorthwestNormalUniversity(NaturalScience) 第42卷 Vo1.42 2.2核磁共振波谱数据分析 HNMR数据显示(表2),在芦丁不饱和环上 的7一OH和3f_OH质子信号在配合物的HNMR谱 图中没有在低场出现,证明7一OH和3'-OH在配位 反应中分别失去了一个质子,从而使得携带负电荷 的氧原子配位于过渡金属离子.而5一OH和4,_OH 的质子信号依然在配合物的HNMR中出现,证明 由于5一OH和4,_OH酸性较弱,不能脱去质子. 而配合物中苯环上的其他质子信号相对于配体中的 化学位移而言,向高场方向有一些移动,这是由于 配位反应增加了芦丁配体苯环上的共轭效应所致. 基于文献[13]及以上元素分析,红外光谱和核 磁共振波谱数据分析结果,认为芦丁和Cd(?), Co(II),Ni(?),Cu(?)和Zn(?)的配位化合物可 能的结构如图2所示. (HO) + (HO) + CH3coo)2 一 2,M—Cd(II),Zn(II); 一 4,M—Cu(II),Co(II).Ni(II) 图2芦丁配合物可能的结构 2.3与DNA作用的电化学研究 循环伏安法是最常用的电化学方法之一], 具有电活性的配合物与DNA发生相互作用,会引 起配合物电化学信号的变化.图3为DNA存在与 不存在时芦丁铜的循环伏安曲线.由图3可知,当 加人DNA后,芦丁铜氧化还原峰电流明显降低, 说明配合物分子嵌人DNA分子中发生了键合作 用,使得溶液中自由配合物分子浓度降低,单位时 间内迁移到电子表面的配合物分子数下降,导致氧 化还原峰电流减少[1. 扫描速度为50mV/s,DNA浓度为2×10,mol/L, 缓冲溶液为5mol/L的Tris—HC1(pH一6.9), 支持电解质为0.05mol/L的NaC1 图3CuL(a)与CuL+DNA(b)在玻碳电极上的 循环伏安图 根据文献报道的方法[1,用DNA滴定5.0× 10一mol/I芦丁铜的曲线,总的阴极峰电流()对 R(R一[-DNA的摩尔浓度]/E配合物的摩尔浓度]) 的拟合曲线如图4所示. 2006年第1期康敬万等:芦丁配合物的合成,表征及其与DNA作用的电化学研究 2006No.1Synthesis,characterizationofrutincomplexesandelectrochemicalresearchofitsi nteractionwithDNA57 图4峰电流i对R的拟合曲线 当R较小时,iT主要来自溶液中没有键合的芦 丁铜;R较大时峰电流主要是由芦丁铜与DNA键 合所致.在任何一个R情况下总电流可表示为m]: 在25?时, r11-1 T—BlD(f+DCbI. 对Nerstian循环伏安波 B===2.69×10A, C是加入总的DNA的量,假定CT为配合物平衡 键合时DNA的浓度,则 6一b一一2K2CTVNP]]百 一———————一' 其中6—1+KCT+..上式中,K为键合常 数,s是键合位点数,VNP]为核酸磷酸浓度.根据 上式和图4得到的数据,由非线性回归分析可以得 到K一2.43×10L/mol,s一3.29,Df一3.04×10 cm/s,Db一5.31×10一.cm/s. 参考文献: [1]KUBOI,NIHEIK,SHIMIZUK.Oxidation productsofquercetincatalyzedbymushroom tyrosinase[J].BioorgiviedCh绷,2004,12(20): 5343—5347. 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