c01028

The Studies of Metal Complexes Derived from D-Glucosamine

SHEN Haoyu, LIU Nan，LE Zhifeng^#
(Sanhuan Lucky New Materials Inc., Tianjin, 300457
^#Department of Chemistry, Central China Normal University, Wuhan, 430079)

Abstract Copper(Ⅱ), Zinc(Ⅱ), Iron(Ⅲ), Cobalt(Ⅲ), and Nickel(Ⅱ) complexes derived from D-Glucosamine (GA) were synthesized respectively.These complexes were characterized by elemental analysis, IR, Uv-vis, ¹HNMR, ¹³CNMR, conductivity measurement and rational activity measurement.It is suggested that these complexes have pseudo-tetrahedral structure.The tests of the scavenging effect on the superoxide free radical of all the compounds have been studied by Pryrogallol-NBT Colormetric Method,the results show that all the complexes are superoxide free radical scavengers.
Key words Synthesis, Characterization, D-Glucosamine, Complexes, Scavenger Effect on the superoxide free radicals
摘要报导了D-氨基葡萄糖的 Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Co(Ⅲ)、Ni(Ⅱ)配合物的合成方法，通过元素分析、IR、UV-Vis、¹HNMR、¹³CNMR等手段对配合物进行了表征，初步推断配合物具有准四面体结构。采用Pryrogallol-NBT比色法对化合物清除超氧自由基的能力进行了测试，结果表明各配合物对超氧自由基均有一定的清除作用。
关键词 合成表征 D-氨基葡萄糖配合物超氧自由基清除作用

D-氨基葡萄糖金属配合物的研究

沈昊宇刘难乐芝凤^#
(三环乐喜新材料有限公司天津 300457 ^#华中师范大学化学系武汉 430079)

　　研究糖衍生物与多价金属离子的螯合能力，在发展新型金属亲合色层材料、手性均相催化剂、临床用金属螯合剂和生物螯合模型方面有重要意义^[1,2]。氨基糖及其衍生物在净化水、应用化工方面已有一定的应用^[3,4]。氨基糖金属配合物的研究迄今未见报道。这类化合物具有水溶性好、低毒、甚至无毒的性质，对于它们的研究必然越来越引起人们的关注。本文报道了D-氨基葡萄糖(GA)的铜(Ⅱ)[Cu(Ⅱ)GA]、锌(II)[Zn(Ⅱ)GA]、铁(Ⅲ)[Fe(Ⅲ)GA]、钴(Ⅲ)[Co(Ⅲ)GA]、镍(Ⅱ)[Ni(Ⅱ)GA]配合物的合成方法，并对它们的组成、配位状态以及与超氧自由基的相互作用进行了研究。

1 实验部分
1.1 试剂与仪器
    所有试剂均为国产分析纯试剂。
　　PE 2400 CHN元素分析仪；PE 983红外光谱仪(CsI压片)；Shimadzu UV-265紫外光谱仪；Varian AR×500超导核磁共振仪(D₂O溶剂)；DDS-11A电导率仪；X4型显微熔点仪；WXG-4小型旋光仪；721-A型分光光度计；501型超级恒温水槽。
1.2 合成
    Cu(II)GA的合成：在水:无水乙醇体积比为1:10的体系中，D-盐酸氨基葡萄糖(GA-HCl):金属醋酸盐按物质的量的比为1:1加样反应，加入醋酸钠调节pH值到7左右, 35°C减压浓缩，得浓的蓝色液体；加入无水乙醇，得蓝绿色固体，抽滤，甲醇中重结晶，产率78.2%, 熔点＞250°C, [a]_D:-129.52～-32.38。元素分析:C₈H₁₉NO₉Cu:实验值(理论值)(%):C:28.34 (28.53)；H:5.53 (5.64)；N:4.12 (4.16)；Cu:18.58 (18.87)。Zn(Ⅱ)GA, NiGA, Co(Ⅲ)GA, Fe(Ⅲ)GA的合成与Cu(II)GA相似, 分别得到, Zn(Ⅱ)GA:黄色粉末；产率42.8%, 熔点＞250°C, [a]_D:-2.40～-9.58；元素分析:C₈H₁₉NO₉Zn:实验值(理论值)(%):C:28.24 (28.37)；H:5.53(5.61)；N:4.22(4.14)；Zn:19.12(19.32)。Ni(II)GA:亮绿色粉末；产率56.4%, 熔点>250°C, [a]_D:+5.88～+16.16；元素分析:C₈H₁₉NO₉Ni:实验值(理论值)(%):C:28.55(28.94)；H:5.78(5.73)；N:4.02(4.22)；Ni:17.92(17.70)。Co(Ⅲ)GA，合成时通O₂30h，得到棕黄色固体产物，产率60.2%, 熔点>250°C, [a]_D:-24.97～-4.99；元素分析:C₈H₁₈NO₉Co:实验值(理论值)(%):C:28.63(28.92)；H:5.45 (5.44)；N:3.94(4.22)；Co:17.62(17.75)。Fe(Ⅲ)GA的合成时采用FeCl₃·6H₂O为反应物，得到深红色固体产物，产率: 48.2%，熔点>250°C；元素分析:C₈H₁₈NO₉Fe:实验值(理论值)(%):C:29.03(29.19)；H:5.72 (5.49)；N:3.92(4.26)；Fe:16.59(16.98)。
1.3 化合物与超氧自由基的作用实验
    按文献^[5]加以改进，采用了Pyrogall-NBT比色法研究化合物清除超氧自由基的能力。

2 结果与讨论
2.1 摩尔电导率
　　分别测定了各化合物浓度为1.0×10^-3mol·L^-1水溶液中的摩尔电导值(L/s·cm²·mol^-1), Cu(Ⅱ)GA:13.08； Zn(Ⅱ)GA:13.25；Fe(Ⅲ)GA:14.28；Co(Ⅲ)GA:9.12；Ni(Ⅱ)GA:16.26；结果表明各配合物均为非电解质^[6]。
2.2 电子光谱
　　测定190～900 nm范围内配合物的电子光谱。各配合物在紫外区～270 nm附近均有吸收峰，而GA·HCl本身在紫外区没有吸收，这说明醋酸根(COO^-)参与了配位，各配合物可见光谱可观察到金属离子[Zn(Ⅱ)除外]的d-d跃迁。
2.3 红外光谱
　　分别在400～4000cm^-1范围和180～4000cm^-1范围测得配体GA·HCl和各配合物的红外光谱。从红外光谱分析，在3500～3000 cm^-1范围内D-GA·HCl出现了3346 cm^-1, 3293 cm^-1, 3096 cm^-1, 3040 cm^-1四个强吸收峰，且各峰分裂明显，这是由于分子中有多个羟基，且分子间有较强的氢键作用，它们属于氨基糖分子的羟基伸缩振动的n_O-H吸收峰，而金属离子与GA·HCl配位后，此范围内各峰变宽，且不易分辨。在1700～1500cm^-1范围内，GA·HCl有1616 cm^-1, 1584 cm^-1, 1538 cm^-1三个吸收峰，它们为N-H的变角振动吸收峰，而形成金属配合物后，各配合物只在1580 cm^-1左右出现一个宽的吸收峰，这是由形成配合物时-NH₂参加了配位，同时，各配合物均出现～1625, ～1420 cm^-1一对新峰，这是由于CH₃COO^-参加配位羧基的伸缩振动n_C=O而产生的。在1500～1300 cm^-1范围内，GA·HCl出现了1421, 1393, 1317 cm^-1四个吸收峰。它们是由CH₂的弯曲振动以及OCH、CCH、COH等几种变角振动偶合而形成的。形成配合物后，各配合物均只在1400 cm^-1附近形成一宽峰，此处的变化可能与糖环上C₃的OH发生配位作用有关。结合远红外区的金属配体的配位原子伸缩振动的吸收峰，说明D-GA的氨基氮，3-OH氧及CH₃COO^-参加了配位。由吡喃醚端基异构O-C-H变角振动吸收峰可推断各配合物均为a构型^[7,10]。

2.4 ¹H NMR,¹³C NMR
分别测定了GA·HCl和ZnGA的¹H NMR, ¹³C NMR，结果列入表1。

表1 GA·HCl和ZnGA的¹H NMR和 ¹³C NMR数据(d:ppm)

	¹H NMR				¹³C NMR
化合物	糖环质子	CH₃(COO)质子	-NH₂质子	水及-OH	糖环碳	CH₃(COO)碳	COO-碳

Glu·HCl	5.34～3.18 (5H, 环)	-	2.89 (2H)	- -	88.6～53.21(6C)	-	-
Zn(Ⅱ)GA	5.11～3.30 (5H,环)	2.04 (3H, S)	0.99 (1H)	8.60,1.76	155.93, 143.18 (2C,C1,C5) 75.68～61.50(6C)	24.60 (1C)	182.78 (1C)

    从GA·HCl和ZnGA的¹H NMR和 ¹³C NMR可以看出：氢谱中，Zn(Ⅱ)GA的图谱与GA·HCl本身的图谱相比，糖环的吸收部分变得更加复杂，分裂不完全且各质子化学位移在Zn(Ⅱ)与GA配位后由于糖环的构象和结构有很大变化而有影响，同时Zn(Ⅱ)GA的氢谱中还出现了CH₃和水的吸收峰，NH₂的吸收也发生了较大的位移，且失去了一个质子；¹³C NMR谱中出现了CH₃的吸收峰，这说明GA的2位氨基氮和CH₃COO-的氧均参与了配位，从¹³C NMR谱可看出，水溶液状态下Zn(Ⅱ)GA的糖环可能存在开环现象，C₁和C₂的化学位移移动很大。
2.5 ESR
    测定了Cu(II)(GA)的ESR 谱, 得 g_//=2.17, g_⊥=2.06, A_//=163.7G, g₀=2.08。由于精细分裂峰较宽，且g_//>g_⊥>2.04,. 结果表明Cu(II)(GA) 具有准四面体结构。
    综合以上讨论推断配合物可能的配位状态，见图1和图2。


	图1 配合物Cu(Ⅱ)GA、Zn(Ⅱ)GA、Ni(Ⅱ)GA可能的配位状态


	图2 配合物Fe(Ⅲ)GA、Co(Ⅲ)GA可能的配位状态

2.6 根据配合物清除超氧自由基平均抑制率计算公式：

参比管与样品管在等同条件下重复三次，求其平均吸光度，得平均抑制率。以平均抑制率(ASR)为纵坐标，配合物浓度的负对数(PC)为横坐标作图, 得到化合物清除超氧自由基的能力图(见图3)。
　　结果表明：除配体GA·HCl对超氧自由基的抑制能力随化合物浓度增大而线性减小外，各配合物对超氧自由基的抑制能力均随化合物浓度的增大而线性增大。
　　(1) 配体GA·HCl对超氧自由基只有较弱的抑制能力，而各配合物对超氧自由基均有一定的抑制作用。
　　(2) 各配合物同一浓度下对超氧自由基的抑制情况大致为：Cu(Ⅱ)GA>Co(Ⅲ)GA>Ni(Ⅱ)GA>Zn(Ⅱ)GA>Fe(Ⅲ)GA。它们是值得进一步研究清除超氧自由基的SOD模型化合物。
(3) 各配合物中以Cu(Ⅱ)的配合物对超氧自由基的抑制效果最好，Co(Ⅲ)GA次之，这与我们以前多次实验的结果是一致的^[11]。


	图3 各配合物对超氧自由基的的抑制能力图 I-GA·HCl, II-Cu(Ⅱ)GA, III-Zn(Ⅱ)GA, IV-Fe(Ⅲ)GA, V-Co(Ⅲ)GA, VI-Ni(Ⅱ)GA

3 参考文献
[1] Michael J Adam, Lawrence D Hall. J. Chem. Soc. Chem. Comm., 1979:234-240.
[2] Jolles Z E, Morgan W T J. Biochem. J., 1940, 34:1183-1187.
[3] 黄祖秀，孔祥虹，高红利．北京大学学报(自然科学版). 1993, 2(4):440-443.
[4] 庄公惠，郑之敏，杜道成等．　天津大学学报，1993(1):1-6.
[5] 蓝开蔚，黄建鸣，谢之英等．生物化学与生物物理进展，1988, 15(2):138-140.
[6] Geary W J. Coord Chem. Rev., 1971, 12:810-942.
[7] 张惟杰　主编．复合多糖生化研究技术．上海：上海科学技术出版社，1987:121-128
[8] [日]中本一雄．黄如德，汪任庆译．无机和配位化合物的红外和拉曼光谱，第四版．北京：化学工业出版社，1991:209-211.
[9] 扬廷民，翁诗甫，吴谨光．高等学校化学学报，1994, 15(5):646-650.
[10] Neely W B. Adv. in Carbonhyd. Chem. , 1957, 12:13-33.
[11] Shen H Y, Liang S Y, Luo Z F, et al. Synth. React. Inorg. Met-org. Chem., 1998, 28(6):907-916.

沈昊宇 女，29岁，博士，从事生物无机及磁性材料研究。
2000-04-23收稿，2000-12-10修回。