镍镉配合物的抗菌机制与分子模拟：晶体结构解析与量子化学计算揭示的构效关系

本研究针对抗生素耐药性问题，设计合成新型Ni(II)/Cd(II)-喹唑啉配合物，通过X射线衍射(DFT/TD-DFT)理论计算结合分子对接技术，阐明其三维超分子组装机制及抗菌活性。发现配合物较配体抗菌效能提升，ESP/Hirshfeld表面分析揭示非共价相互作用关键作用，为金属抗菌剂开发提供新思路。

　　

在抗生素耐药性日益严峻的背景下，开发新型抗菌剂成为全球研究热点。喹唑啉类化合物因其独特的吡啶并嘧啶结构，在抗菌、抗肿瘤等领域展现出巨大潜力。然而，单纯有机配体的生物活性有限，如何通过金属配位策略增强其效能成为关键科学问题。与此同时，含噻唑环的金属配合物因其特殊的电子结构和配位模式，在生物医药领域备受关注。

针对这一挑战，研究人员设计合成两种新型金属配合物：单核镍配合物[NiL₂(CH₃OH)₂]·2Cl·2(CH₃OH) (1)和双核镉配合物[Cd₂L₂Cl₄(H₂O)₂] (2)，其中L=2,4-二甲基-2-(噻唑-2-基)-1,2-二氢喹唑啉-N³-氧化物。该研究通过多尺度表征手段，系统解析了配合物的结构-活性关系，论文发表在《Journal of Molecular Structure》。

研究采用单晶X射线衍射确定绝对构型，结合DFT(密度泛函理论)优化几何结构，通过TD-DFT(含时密度泛函理论)阐释电子跃迁机制。采用ESP(静电势)和Hirshfeld表面分析量化分子间作用，并运用分子对接模拟抗菌靶点相互作用。

【X-ray crystal structure of 1】
晶体学分析显示配合物1形成三斜晶系，Ni(II)呈现轻微畸变的八面体构型。π-π堆积作用驱动分子自组装为"眼镜状"环形超结构，这种独特拓扑为抗菌活性奠定结构基础。

【Antibacterial activity】
抗菌实验表明，两种配合物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制效果显著优于配体，分子对接揭示其通过疏水作用和氢键与细菌靶蛋白结合。

【Computational studies】
DFT计算显示配合物1的HOMO-LUMO能隙为3.72 eV，ESP图谱明确亲电/亲核攻击位点。TD-DFT成功指认UV-vis特征峰对应的分子轨道跃迁，IRI(相互作用区域指数)分析定量表征了C-H···Cl等弱相互作用。

【Conclusions】
该研究首次报道了Ni(II)/Cd(II)-喹唑啉配合物的多级自组装机制：从1D链状结构→2D层状框架→3D超分子网络的演化路径。特别发现Cd(II)配合物形成海马状拓扑网络，其抗菌活性与金属中心电子结构密切相关。理论计算与实验结果的相互验证，为理性设计金属抗菌剂提供了新范式。

研究团队Lan-Qin Chai等通过跨学科方法，将晶体工程、量子化学计算与生物活性评价有机结合，不仅拓展了喹唑啉金属配合物的结构多样性，更建立了超分子相互作用-电子结构-生物活性的构效关系模型。这项工作对开发新型抗菌材料具有重要指导意义，也为金属配合物在生物医学领域的应用开辟了新途径。