專利名稱：季胺基團(tuán)修飾水溶性手性席夫堿金屬配合物及其合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成與在催化應(yīng)用領(lǐng)域，具體地說，涉及一種叔丁基修飾手性席夫堿(Salen)金屬配合物。
背景技術(shù)：
叔丁基修飾手性席夫堿(Salen)金屬配合物(Jacobsen，E.N.J.Am.Soc.1996，118，8983.)的合成與在催化等方面的應(yīng)用，在不對稱合成領(lǐng)域具有重要的意義，至今一直被證明是最有效的稀烴環(huán)氧化催化劑，但由于大型疏水基團(tuán)叔丁基的存在，使金屬配合物的水溶性不佳，在某些水溶性生物分子不對稱合成的應(yīng)用上受到限制，比如D型氨基酸的合成，就一直缺乏有力的不對稱催化劑。
過渡金屬配合物與核酸間的相互作用是近來研究的一個熱點，研究人工核酸切割試劑的主要目的是合成定點切割試劑。而后者是一種重要的分子生物學(xué)工具，在疾病基因的治療、反義PCR技術(shù)等領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用價值。此外，人工核酸切割試劑還可以在足跡技術(shù)和核酸高級結(jié)構(gòu)的研究中用作高分辨率的化學(xué)探針。

發(fā)明內(nèi)容
季胺基團(tuán)修飾水溶性手性席夫堿金屬配合物，它是下述通式(I)的化合物 其中M＝Zn(II)，Mn(III)，Cu(II)，Co(II)，F(xiàn)e(III)或Ni(II)所述的季胺基團(tuán)修飾水溶性手性席夫堿金屬配合物的合成方法，合成路線如圖1，包括下述步驟(1)外消旋環(huán)己二胺拆分L-(+)-酒石酸與1，2-環(huán)己二胺為原料摩爾比為1∶1.8-2，溫度70℃-90℃，得到(R，R)-1，2-環(huán)己二胺-(+)-酒石酸鹽；取(R，R)-1，2-壞己二胺-(+)-酒石酸鹽與無水碳酸鉀質(zhì)量比為1∶1，得到(R，R)-1，2-環(huán)己二胺；N，N-二甲基甲酰胺(DMF)三氯氧磷間苯二酚溶于乙醚的溶液摩爾比為10∶3∶2.5，30℃反應(yīng)4小時，得到無色針狀晶體2，4-二羥基苯甲醛；取2，4-二羥基苯甲醛1，2-二溴乙烷無水KHCO3摩爾比為1∶2∶1，回流40小時，得白色針狀晶體單溴醛；(2)將單溴醛溶解于乙酸乙酯中，預(yù)冷至5℃，通入三甲胺氣體，得到溴季胺鹽(化合物a)；(3)化合物a與高氯酸鈉摩爾比為0.9-1∶2，反應(yīng)得到高氯酸季胺鹽(化合物b)；(4)化合物b與(R，R)-1，2-環(huán)己二胺摩爾比為1∶1，加熱回流0.5小時，反應(yīng)得手性季胺基修飾席夫堿配體(配體1)；(5)取配體1，與Zn(II)，Cu(II)，F(xiàn)e(III)，Ma(III)，Co(II)或Ni(II)的金屬鹽的甲醇溶液混合，配體1與金屬鹽摩爾比為1∶2，加熱回流0.5小時，反應(yīng)得到金屬配合物。
上述步驟(5)所述的金屬鹽為二水合醋酸鋅、二水合醋酸銅、無水三氯化鐵、四水合醋酸錳、四水合醋酸鈷或六水合二氯化鎳。
本研究中合成的由季胺基團(tuán)修飾的手性席夫堿(Salen)金屬配合物，具有很好的水溶性，研究表明其對D，L型氨基酸對映體具有一定的對映選擇性，因此這類季胺基團(tuán)修飾的水溶性手性席夫堿(Salen)金屬配合物具有在水相中催化氨基酸類分子不對稱合成上的潛在應(yīng)用價值。本研究中通過凝膠電泳法研究表明季胺基團(tuán)修飾的水溶性手性席夫堿(Salen)金屬配合物在雙氧水引發(fā)下能夠有效的對超螺旋型的質(zhì)粒DNA進(jìn)行單鏈斷裂形成缺口型DNA，因此本研究中合成的系列金屬配合物在DNA高級結(jié)構(gòu)研究中作為化學(xué)探針方面具有潛在的應(yīng)用價值。


圖1是通式(I)的化合物的合成路線圖；圖2是通式(I)的化合物對DNA的裂解作用電泳照片；圖3是本發(fā)明配合物的通式(I)。
具體實施例方式
實施例1化合物的合成步驟(1)外消旋環(huán)己二胺拆分1升燒杯中，將150g L-(+)-酒石酸，400mL蒸餾水混合，室溫攪拌至完全溶解，這時開始加入外消旋的1，2-環(huán)己二胺混合物(240mL)，溫度逐漸升高到70℃，向所得到的溶液中開始滴加乙酸(100mL)，滴加的速率使反應(yīng)溫度剛好達(dá)到90℃。隨著酸的滴加，出現(xiàn)白色沉淀物。用力攪拌，2小時內(nèi)冷卻到至溫，然后，用冰鹽浴冷卻到5℃以下，保持兩個小時。抽濾，用5℃的蒸餾水(100mL)和甲醇(5×100mL)洗，抽干，真空干燥，得到(R，R)-1，2-環(huán)己二胺-(+)-酒石酸鹽。mp 272℃-273℃(Galsbol.F.；Steelbol，P.；and Sondergaard，S.Acta.Chem.Scan.1972，26，3605)在50mL圓底燒瓶中加入1.8g(R，R)-1，2-環(huán)己二胺-(+)-酒石酸鹽，1.8g無水碳酸鉀，15mL蒸餾水，6mL乙醇，加熱回流2小時，用CHCl3萃取釋放出來的環(huán)己二胺(每次用5mL CHCl3，共萃取5次)，合并萃取液，無水硫酸鈉干燥。旋去溶劑得到淡黃色油狀液體。即為所需產(chǎn)物(R，R)-1，2-環(huán)己二胺。
2，4-二羥基苯甲醛2，4-dihydroxybenzaldehyde的合成(Song，Hong-Rui(宋宏銳).化學(xué)試劑，1994，16(4)，252)向250mL三口圓底燒瓶中加入30mL(0.4mol)N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，然后緩慢滴加11mL(0.12mol)三氯氧磷，溫度維持在15℃～20℃。再滴加11g(0.1mol)間苯二酚溶于乙醚的溶液，溫度維持在30℃，攪拌4小時。用飽和碳酸氫鈉溶液調(diào)PH至中性，再攪拌三十分鐘，然后加稀鹽酸調(diào)PH至4。將溶液倒入分液漏斗中，用150mL乙醚萃取三遍，所得的乙醚層用水洗至中性。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀旋蒸除去乙醚，所得固體用水重結(jié)晶兩次，得到無色針狀晶體2，4-二羥基苯甲醛8.3g，收率60％。
單溴醛4-[(2-Bromoethyl)oxy]salicylaldehyde)]的合成(S.S Mandal.U.Varshney.S.Bhattacharya.Bioconjugate.Chem.8(1997)，798)稱取2，4-二羥基苯甲醛2.76g(20mmol)和1，2-二溴乙烷7.52g(40mmol)于250mL圓底燒瓶中，加入無水KHCO32.1g(20mmol)，溶于150mL丙酮中，回流40小時，旋去溶劑，用水洗兩次。產(chǎn)品溶于CH2Cl2中，用硅膠柱分離，用CH2Cl2/石油醚(60-90℃)混合液(體積比為1∶1)洗脫，收集第一帶為產(chǎn)物。旋蒸至余有少量溶液，冷卻放置，得白色針狀晶體。產(chǎn)率為46％。
(2)溴季胺鹽4-[[3-(Trimethylammonio)ethyl]oxy]salicylaldehyde Bromide)](化合物a)的合成(S.S Mandal.U.Varshney.S.Bhattacharya.Bioconjugate.Chem.8(1997)，798)稱取420mg單溴醛(0.8mmol)于帶橡皮塞的玻璃瓶中，溶解在20mL乙酸乙酯中，置于冰水中預(yù)冷至5℃下。通入三甲胺氣體，控制通氣速度為每秒5-10個氣泡，通氣10分鐘，將玻璃瓶口用橡皮塞塞緊，置于室溫下過夜，得到白色沉淀。將沉淀濾出，并用乙酸乙酯/乙醇(體積比為1∶1)混和溶劑重結(jié)晶，得到白色粉末固體。產(chǎn)率80％。mp155-157℃。
1HNMR(D2O，300MHz)δ(ppm)3.13(9H，s，N+(CH3)3)，3.64(2H，t，CH2N+(CH3)3)，4.21(2H，t，ArOCH2)，6.13(1H，d，ArH3，)6.71(1H，dd，ArH5，)，7.72(1H，d，ArH6，)，9.83(1H，s，CHO)(帶下劃線H為所指認(rèn)的H)。
(3)高氯酸季胺鹽4-[[3-(Trimethylammonio)ethyl]oxy]salicylaldehyde Perchlorate)](化合物b)的合成(S.S Mandal.U.Varshney.S.Bhattacharya.Bioconjugate.Chem.8(1997)，798)稱取化合物a 670mg(2.1mmol)，溶于1mL水中，加入2mL含有650mg高氯酸鈉(4.4mmol)的水溶液，立刻得到大量白色沉淀，放置待沉淀完全析出，將沉淀濾出并真空干燥，得到白色粉末固體674mg。產(chǎn)率95％。mp148-149℃。
(4)季胺基團(tuán)修飾手性席夫堿(Salen)配體N，N′-Bis[4-[[3-(trimethylammonio)propyl]oxy]salicylidene](R，R)-1，2 hexamethylenediamine Diperchlorate(配體1)的合成稱取高氯酸季胺鹽250mg(0.75mmol)置于50mL圓底燒瓶中，加入15mL無水甲醇，緩慢加熱至高氯酸季胺鹽全部溶解，得到無色透明溶液。向該溶液中加入85mg(0.75mmol)(R，R)-1，2-環(huán)己二胺，溶液變?yōu)榱咙S色。加熱回流0.5小時，然后放置冰箱中冷卻，得黃色微晶。真空干燥后稱重得170mg，產(chǎn)率63％。
1HNMR(D2O，300MHz)δ(ppm)1.2-1.6(4H，m，Ha)，1.8-2.0(4H，m，Hb)，3.12(18H，s，N+(CH3)3)，3.51(2H，t，Hc)，3.63(4H，t，CH2N+(CH3)3)，4.22(4H，t，ArOCH2)，6.13(2H，d，ArH3)，6.72(2H，d，ArH5)，6.93(2H，dd，ArH6)，7.91(2H，s，CHO)；IR(KBr)2933.4(w)，2859.3(w)，1628.73(s)，1479.3(s)，1409.7(m)，1340.2(m)，1299.2(m)，1186.4(m)，1093.8(s)，623.5(s)(cm-1)；UV-Vis(H2O)(λmax/nm(10-4ε/(mol-1·dm3·cm-1))377.3(2，53)，285.6(6.44)，243.1(3.34)，226.2(8.74)；Anal.calcd.(％)for C30H46O12N4Cl2C49.72；H6.35；N7.73；Found(％)C49.10；H6.45；N7.46。
(5)Zn(II)金屬配合物的合成稱取配體1 58mg(0.08mmnol)，加入到15mL甲醇中，形成懸浮液。攪拌均勻后，加入二水合醋酸鋅35mg(0.16mmol)的甲醇溶液，加熱回流0.5小時，懸浮液變?yōu)闇\黃色澄清溶液。停止加熱，將溶液放入冰箱冷卻，得到白色沉淀，用冷甲醇5mL洗兩次，真空干燥后稱重得白色粉末固體42mg。產(chǎn)率67％。
Anal.calcd.(％)for C30H44O12N4Cl2ZnC45.74；H5.60；N7.12；Found(％)C45.20；H5.95；N6.93。
實施例2
(1)——(4)同實施例1(5)Cu(II)金屬配合物的合成稱取配體1 58mg(0.08mmol)，加入到15mL甲醇中，形成懸浮液。攪拌均勻后，加入二水合醋酸銅35mg(0.16mmol)的甲醇溶液。加熱回流0.5小時，懸浮液變?yōu)榱磷仙吻迦芤?。停止加熱，將溶液放入冰箱冷卻。得到粉紫色沉淀。用冷甲醇5mL洗兩次，真空干燥后稱重得紫色粉末固體48mg。產(chǎn)率76％。
Anal.calcd.(％)for C30H44O12N4Cl2CuC45.78；H5.63；N7.17；Found(％)C45.56；H5.47；N7.29。
摩爾電導(dǎo)率1.88×10-2S·m2·mol-1實施例3(1)——(4)同實施例1(5)Fe(III)金屬配合物的合成稱取配體1 58mg(0.08mmol)，加入到15mL甲醇中，形成懸浮液。攪拌均勻后，加入無水三氯化鐵26mg(0.16mmol)的甲醇溶液。加熱回流0.5小時，懸浮液變?yōu)樯罴t色澄清溶液。停止加熱，將溶液冷卻到室溫。向溶液中加入大量環(huán)己烷，溶液立刻變得渾濁。將瓶口密封，放置過夜待其沉淀顆粒長大。過濾，得到棕紅色晶體。真空干燥后稱重得46mg。產(chǎn)率71％。
Anal.calcd.(％)for C30H44O12N4Cl3FeC44.25；H5.41；N6.88；Found(％)C44.46H5.59；N6.72。
摩爾電導(dǎo)率3.69×10-2S·m2·mol-1實施例4(1)——(4)同實施例1(5)Mn(II)金屬配合物的合成在50mL三口瓶中，稱取配體1 58mg(0.08mmol)，加入到15mL甲醇中，形成懸浮液。攪拌均勻后，加入四水合醋酸錳34mg(0.16mmol)的甲醇溶液。加熱回流，懸浮液變?yōu)榛液稚?，鼓入空?小時，變?yōu)槌吻逋噶恋纳詈稚芤?，停止鼓氣。繼續(xù)加熱回流0.5小時，停止加熱。將溶液冷卻到室溫，向溶液中加入大量環(huán)己烷，溶液立刻變得渾濁。將瓶口密封，放置過夜待其沉淀顆粒長大。過濾，得到棕褐色晶體。真空干燥后稱重得49mg。產(chǎn)率73％。Anal.calcd.(％)for C30H44O12N4Cl2Mn(OAc)C45.93；H5.62；N6.70；Found(％)C45.46；H5.44；N6.29。
摩爾電導(dǎo)率2.79×10-2S·m2·mol-1實施例5(1)——(4)同實施例1(5)Co(II)金屬配合物的合成稱取配體1 58mg(0.08mmol)，加入到15mL甲醇中，形成懸浮液。攪拌均勻后，加入四水合醋酸鈷40mg(0.16mmol)的甲醇溶液。加熱回流0.5小時，懸浮液變?yōu)楹志G色澄清溶液。停止加熱。將溶液放入冰箱冷卻48小時，得到褐綠色沉淀。用冷甲醇5mL洗兩次，真空干燥后稱重得褐綠色粉末固體48mg。產(chǎn)率77％。
Anal.calcd.(％)for C30H44O12N4Cl2Co(1H2O)C45.11；H5.76；N7.01；Found(％)C44.86；H5.87N6.85。
摩爾電導(dǎo)率2.39×10-2S·m2·mol-1實施例6(1)——(4)同實施例1(5)Ni(II)金屬配合物的合成稱取配體1 58mg(0.08mmol)，加入到15ml甲醇中，形成懸浮液。攪拌均勻后，加入六水合二氯化鎳30mg(0.16mmol)的甲醇溶液。加熱回流0.5小時，懸浮液變?yōu)槌燃t色澄清溶液。停止加熱。將溶液放入冰箱冷卻48小時，得到橙紅色沉淀。用冷甲醇5mL洗兩次，真空干燥后稱重得橙紅色粉末固體47mg。產(chǎn)率76％。
Anal.calcd.(％)for C30H44O12N4Cl2Ni(2H2O)C44.17；H5.89；N6.87；Found(％)C43.76；H5.97；N6.69。
摩爾電導(dǎo)率2.58×10-2S·m2·mol-1實施例7化合物性質(zhì)測定1.Salen Zn(II)對手性氨基酸對映體有選擇性配位的性質(zhì)UV-Vis滴定法測得Salen Zn(II)配合物對系列氨基酸對映體配位平衡常數(shù)主客體溶液的配置均采用稱量法。溶劑為二次重蒸水，使用的緩沖體系為KH2PO4-NaOH，PH＝7.1。主體Salen Zn的濃度為5.0×10-5mol/L，客體濃度范圍為0.05～0.0005mol/L，相當(dāng)于從客體濃度為主體濃度的幾十倍到上千倍不等，測定每組溶液的平衡常數(shù)時溶液數(shù)不少于8個，在同一種溶液中主體濃度相同，而客體濃度不同。
根據(jù)測得的吸光度值，計算得到的Salen Zn(II)對三對氨基酸對映體的平衡常數(shù)如下

對映選擇性KD/KL

2.系列金屬配合物在雙氧水存在下對DNA的切割作用對合成的一系列水溶性金屬配合物，采用凝膠電泳法測試了其在過氧化氫引發(fā)下對質(zhì)粒DNA的切割作用采用的質(zhì)粒DNA為PBR322，緩沖溶液為Tris-HCl操作流程為配制每份10μL反應(yīng)組與對照組的溶液，每份反應(yīng)組溶液中含有質(zhì)粒DNA PBR322為33μg，Tris-HCl緩沖溶液的濃度為10mM，金屬配合物濃度為100μM，雙氧水為5mM，對照組中不含有雙氧水。
37℃下孵化半小時，加入1μL含有溴酚藍(lán)的上樣緩沖液，上樣。電泳凝膠使用1％的瓊脂糖凝膠，凝膠中含有1.5μL的染色劑EB，電解質(zhì)緩沖液為TBE，電泳電壓為80V，電泳時間為2小時。
電泳完成之后，將膠板從電泳槽中取出，在暗室紫外光照射下照相。將相片用圖像分析工具ImageJ分析，得到每個反應(yīng)之后DNA的三種形式的占有比例。以缺口形式DNA比例增加量為切割效果的衡量。
圖2是由凝膠電泳法得到的通式(I)化合物對DNA的裂解作用的照片。圖中1為質(zhì)粒DNA PBR322空白對照，2為DNA+H2O2(5mM)，3，5，7，9分別為DNA+Salen M(100μM)；(M依次為Mn，Ni，Cu，Co)，4，6，8，10分別為DNA+H2O-2(5mM)+Salen M(100μM)。FI為超螺旋形式DNA，F(xiàn)II為缺口形式的DNA。
結(jié)果在雙氧水的引發(fā)下，金屬配合物對PBR322的切割效果如下

權(quán)利要求
1.一種季胺基團(tuán)修飾水溶性手性席夫堿金屬配合物，其特征在于它是下述通式(I)的化合物 其中M＝Zn(II)，Mn(III)，Cu(II)，Co(II)，F(xiàn)e(III)或Ni(II)
2.權(quán)利要求1所述的季胺基團(tuán)修飾水溶性手性席夫堿金屬配合物的合成方法，其特征在于它包括下述步驟(1)外消旋環(huán)己二胺拆分L-(+)-酒石酸與1，2-環(huán)己二胺為原料摩爾比為1∶1.8-2，溫度70℃-90℃，得到(R，R)-1，2-環(huán)己二胺-(+)-酒石酸鹽；取(R，R)-1，2-環(huán)己二胺-(+)-酒石酸鹽與無水碳酸鉀質(zhì)量比為1∶1，得到(R，R)-1，2-環(huán)己二胺；N，N-二甲基甲酰胺(DMF)∶三氯氧磷∶間苯二酚溶于乙醚的溶液摩爾比為10∶3∶2.5，30℃反應(yīng)4小時，得到無色針狀晶體2，4-二羥基苯甲醛；取2，4-二羥基苯甲醛∶1，2-二溴乙烷∶無水KHCO3摩爾比為1∶2∶1，回流40小時，得白色針狀晶體單溴醛；(2)將單溴醛溶解于乙酸乙酯中，預(yù)冷至5℃，通入三甲胺氣體，得到溴季胺鹽(化合物a)；(3)化合物a與高氯酸鈉摩爾比為0.9-1∶2，反應(yīng)得到高氯酸季胺鹽(化合物b)；(4)化合物b與(R，R)-1，2-環(huán)己二胺摩爾比為1∶1，加熱回流0.5小時，反應(yīng)得手性季胺基修飾席夫堿配體(配體1)；(5)取配體1，與Zn(II)，Cu(II)，F(xiàn)e(III)，Mn(III)，Co(II)或Ni(II))的金屬鹽的甲醇溶液混合，配體1與金屬鹽摩爾比為1∶2，加熱回流0.5小時，反應(yīng)得到金屬配合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的季胺基團(tuán)修飾水溶性手性席夫堿金屬配合物的合成方法，其特征在于，步驟(5)所述的金屬鹽為二水合醋酸鋅、二水合醋酸銅、無水三氯化鐵、四水合醋酸錳、四水合醋酸鈷或六水合二氯化鎳。
全文摘要
本發(fā)明涉及合成與在催化應(yīng)用領(lǐng)域，具體地說，涉及一種叔丁基修飾手性席夫堿(Salen)金屬配合物。季胺基團(tuán)修飾水溶性手性席夫堿金屬配合物，它是上述通式(I)的化合物其中M＝Zn(II)，Mn(III)，Cu(II)，Co(II)，F(xiàn)e(III)或Ni(II)。本發(fā)明合成了一系列由季胺基團(tuán)修飾的Salen金屬配合物，并通過核磁共振波譜、元素分析、紅外光譜、紫外－可見光譜進(jìn)行了表征；用紫外可見滴定法測得Zn配合物對D，L型氨基酸對映體有選擇性鍵合作用；凝膠電泳法測得該系列金屬配合物在雙氧水引發(fā)下對質(zhì)粒DNA有切割作用。
文檔編號C07F1/00GK1737002SQ20051001467
公開日2006年2月22日 申請日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日
發(fā)明者阮文娟, 曹小輝, 張炎, 戴放, 朱志昂 申請人:南開大學(xué)