基于吡嗪-2-甲酰胺配体的钴(II)配合物合成及其Fe3+可视化检测与抗菌抗氧化功能研究

研究人员针对环境中Fe3+检测难题，设计合成两种新型钴(II)配合物[Co(L2I)2(CH3CN)2(Cl)2]和[Co(L2Br)2(CH3OH)2(Cl)2]，通过单晶X射线衍射解析结构，发现配体L2I/L2Br可特异性识别Fe3+（检测限11.6-11.7 μM），实现试纸条可视化检测，并展现抗菌（金黄色葡萄球菌等）和抗氧化活性，为环境监测与生物医学提供多功能材料。

　　

铁元素在自然界和生命体系中扮演着双重角色——既是维持氧代谢和电子传递的关键因子，又是引发帕金森病、阿尔茨海默病等疾病的潜在风险源。世界卫生组织规定饮用水中铁含量不得超过0.3 mg/L，但传统检测方法如原子吸收光谱（AAS）成本高昂且操作复杂。与此同时，抗生素耐药性危机和氧化应激相关疾病的蔓延，亟需开发兼具环境监测与生物活性的新型功能材料。

在此背景下，研究人员通过精准分子设计，合成出两种结构新颖的钴(II)配合物。单晶X射线衍射揭示其空间构型：配合物1属于单斜晶系C2/c空间群，呈现扭曲八面体几何；配合物2则结晶于三斜晶系Pī空间群，形成规则八面体结构。核心创新在于配体L^2I（N-(2-碘苯基)吡嗪-2-甲酰胺）和L^2Br（N-(2-溴苯基)吡嗪-2-甲酰胺）的双重功能——既能作为金属配位节点，又可作为高选择性Fe³⁺传感器。

研究采用多模态技术验证功能：紫外-可见光谱和荧光光谱证实配体与Fe³⁺结合后产生显著荧光淬灭和吸收增强，结合常数达10³-10⁴ M^-1量级；试纸条实验实现实际水样中Fe³⁺的裸眼检测（无色→亮黄）；抗菌实验显示配合物1、2及L^2I-Fe³⁺体系对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等具有抑制效果；DPPH自由基清除实验则证实其抗氧化潜力。

【关键方法】
• 单晶X射线衍射（解析配合物晶体结构）
• 荧光光谱（检测Fe³⁺结合特性）
• 抗菌培养实验（测试金黄色葡萄球菌等菌株抑制率）
• 紫外-可见吸收光谱（表征配体-金属相互作用）

【研究结果】

1. 合成与晶体结构
   配合物1中Co(II)与两个L^2I配体轴向配位，赤道面由两个Cl^-和乙腈分子占据；配合物2则以甲醇替代乙腈。键长分析显示L^2Br配位的Co-N键（2.130-2.167 ?）短于L^2I体系（2.145-2.189 ?），导致几何构型差异。

2. Fe³⁺传感性能
   L^2I对Fe³⁺的灵敏度高于L^2Br（K_a=4.90×10⁴ vs 1.75×10³ M^-1），Job曲线证实1:1结合计量比。EDTA竞争实验表明检测过程可逆，且不受Na⁺、Cu²⁺等17种离子干扰。

3. 生物活性
   配合物2对白色念珠菌抑制效果最佳（抑菌圈直径12.3 mm）；L^2I-Fe³⁺复合物对大肠杆菌的抑制率比游离配体提高40%。抗氧化实验中，L^2Br的IC₅₀值最低（28.5 μM）。

【结论】
该研究通过分子工程策略，成功将Fe³⁺检测、抗菌和抗氧化功能集成于单一钴配合物体系。特别是L^2I配体构建的试纸条检测系统，突破传统方法对专业设备的依赖，为偏远地区水质监测提供可能。晶体结构-功能关系分析表明，卤素取代基（碘/溴）的电子效应显著影响配合物构型和Fe³⁺结合能力。这项工作发表于《Journal of Molecular Liquids》，为多功能金属有机材料的开发提供新思路，Fatemeh Soleimani Ravandi等作者强调其"检测-治疗"一体化应用前景，尤其在应对重金属污染和病原菌感染协同治理方面具有独特价值。