新型八面体Co(II)/Ni(II)和四方锥形VO(II)配合物的合成：基于偶氮-Schiff碱配体 研究内容包括：合成方法、光谱分析、密度泛函理论（DFT）计算、分子对接技术以及生物学性质的相关性研究

《Journal of Molecular Structure》：New Octahedral Co(II)/Ni(II) and Square -Pyramidal VO(II) complexes derived from Azo -Schiff -base ligand: Synthesis, Spectroscopic, DFT, Molecular docking, and Biological Profiling Correlation

　　

阿卜杜勒-巴塞特·M·索利曼（Abdel-Baset M. Soliman）、阿卜杜勒-马乌古德·M·阿卜杜勒-马乌古德（Abdel-Mawgoud M. Abdel-Mawgoud）、瓦拉·M·阿卜杜勒-拉希姆（Walaa M. Abd El-Raheem）、艾哈迈德·M·阿布-迪夫（Ahmed M. Abu-Dief）和阿里·阿卜杜（Aly Abdou）

埃及索哈格大学（Sohag University）理学院化学系，索哈格 82524

摘要

在声化学条件下，合成了一种新的偶氮-席夫碱配体（H₂L）及其相应的双核钴(II)（CoL）、镍(II)（NiL）和钒(IV)（VOL）配合物，这种方法被认为是合成过程中的绿色化学方法。通过FT-IR、¹H-NMR、UV-Vis、TGA、磁化率分析、质谱、CHN和PXRD等手段对其进行了全面表征。结果表明，这些配合物的晶粒尺寸范围为15.55纳米（CoL）至29.99纳米（VOL）。计算研究（DFT和TD-DFT）证实了所提出的几何结构：CoL和NiL呈八面体结构，而VOL呈四方锥体结构。前线分子轨道（Frontier MO）分析显示，NiL和CoL的HOMO能级相对不稳定（分别为-3.89 eV和-4.13 eV），而H₂L的HOMO能级为-6.49 eV；同时，HOMO-LUMO能级间隙也较小（分别为1.15–1.25 eV和3.49 eV）。静电势图显示供体原子附近存在富电子区域，有利于分子间的相互作用。生物学实验表明，这些金属配合物比游离配体具有更强的生物活性。NiL表现出优异的抗菌（ZOI：30–36 mm；AI：106–155%）、抗氧化（IC?? = 37.3 μg/mL）和抗炎（IC?? = 73.2 μg/mL）性能，优于参考物质（环丙沙星、抗坏血酸和双氯芬酸）。通过UV-Vis光谱和琼脂糖凝胶电泳技术研究了这些化合物与CT-DNA的结合行为，发现它们能与DNA发生嵌入式结合。结合常数（K_b）分别为8.26 × 10³（H₂L）、9.67 × 10⁵（CoL）、6.71 × 10⁴（NiL）和6.43 × 10⁵（VOL），证明其具有很强的亲和力。负的吉布斯自由能值证实了DNA与配体之间的自发结合。分子对接分析显示NiL对COX-2的结合亲和力最强（-8.10 kcal/mol），并且能与关键活性位点残基形成良好的氢键，这解释了其强大的抗变性作用。

引言

席夫碱是一类多功能螯合剂，能够与多种金属离子结合并提高其稳定性[[1], [2], [3]]。它们通过羰基与伯胺的缩合反应制备而成。这种多功能性使得可以合成具有不同结构几何形状和生物功能的金属配合物，这些性质受到其物理化学性质的影响。最近的研究进一步证明了基于杂环的配体（如1,2,4-三唑衍生物）在形成稳定的金属配合物方面的潜力，这些配合物对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶等酶具有显著的抑制作用[4]。

另一方面，偶氮化合物是一类结构多样的化学物质，其-N=N-键是其生物活性的主要决定因素[5,6]。作为药效团，这一结构常作为活性化合物之间的“桥梁”，以增强其治疗效果。偶氮-席夫碱是通过将含有发色团-N=N-的偶氮染料与具有偶氮甲炔-C=N-结构的席夫碱结合而成的[[6], [7], [8], [9]]。

当前合成的H₂L配体的独特之处在于将两种发色团战略性地整合到了一个双功能框架中。虽然许多配体仅提供一个供体位点或通过次级电子效应发挥作用，但H₂L中的2-羟基-1-萘醛结构确保了偶氮偶联发生在偶氮甲炔基的邻位。这种排列方式使得配体能够以高度刚性的双齿方式与两个氮供体结合，从而形成具有增强生物活性的双核配合物。

钴(II)、镍(II)和钒(IV)等过渡金属与偶氮-席夫碱配体的配合物化作用具有重要意义，因为它提高了配体的生物活性[10]。金属配合物化可能影响分子的亲脂性、氧化还原性质和电子分布，这些都是决定配体-金属复合物与DNA、微生物膜和酶等生物分子相互作用的重要因素[11]。这种生物活性的增强表现为抗菌、抗氧化和抗炎活性的增强[12]。

近年来，实验分析与计算方法（如分子对接模拟和密度泛函理论（DFT）分析的结合有助于更好地理解金属配合物的结构、电子和反应性质[[13], [14], [15]]。DFT分析能够准确模拟分子的几何结构、振动光谱和前线分子轨道[16]，而分子对接分析则可以预测分子与生物大分子的相互作用[17,18]。

本研究的目的是利用声化学辐照（一种绿色化学方法）合成这些配合物（CoL、NiL和VOL），该方法利用声空化作用缩短反应时间并改善产物形态，相比传统方法更具优势。研究将实验光谱表征与DFT计算和分子对接结果相结合，探讨这些配合物作为抗菌剂、抗氧化剂和抗炎剂的潜力，特别是针对环氧化酶-2（COX-2）酶的作用。

章节摘录

材料与化学品

在配体及金属配合物的合成过程中使用了邻氨基酚（o-Aminophenol）、2-羟基-1-萘醛（2-hydroxy-1-naphthaldehyde）、异靛酮（isatin）、肼水合物（hydrazine hydrate）、四水合醋酸镍（Ni(OAc)₂.4H₂O）和六水合氯化钴（CoCl₂.6H₂O）以及乙酰丙酮酸钒（Vanadyl acetylacetonate）。

3-[2-((2-羟基-3-[(2-羟基苯基)二氮基]萘-1-基)亚甲基)肼基]-1,3-二氢-2H-吲哚-2-酮（H₂L）配体的合成

H₂L配体的合成分为两步：首先制备偶氮染料，然后将其与异靛酮单腙（isatin monohydrazine）偶联。具体实验步骤如下：

• 步骤I：

H₂L的结构解析

使用FT-IR和NMR光谱技术对H₂L配体进行了表征。FT-IR光谱在3419 cm^-1处显示出一个宽吸收带，对应于酚基-OH的伸缩振动；在3166 cm^-1处有一个吸收带，对应于-NH基的振动；在1717 cm^-1处观察到的强吸收带属于羰基（C=O）的伸缩振动[[28], [29], [30]]；而在1336 cm^-1处的吸收带则是偶氮（-N=N-）的特征

结论

成功合成了一种新的偶氮-席夫碱螯合剂（H₂L），并对其相应的钴(II)（CoL）、镍(II)（NiL）和钒(IV)（VOL）配合物进行了表征。光谱和分析结果表明，CoL、NiL和VOL配合物呈二聚体结构，具有不同的几何形态。红外光谱通过观察到的带位移和特征振动模式证实了金属与配体的配位。

数据可用性声明

作者确认，支持本研究结果的数据可在文章及其补充材料中找到。

CRediT作者贡献声明

阿卜杜勒-巴塞特·M·索利曼（Abdel-Baset M. Soliman）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据管理、概念构思。阿卜杜勒-马乌古德·M·阿卜杜勒-马乌古德（Abdel-Mawgoud M. Abdel-Mawgoud）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据管理、概念构思。瓦拉·M·阿卜杜勒-拉希姆（Walaa M. Abd El-Raheem）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据管理、概念构思。艾哈迈德·M·阿布-迪夫（Ahmed M. Abu-Dief）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据管理、概念构思。阿里·阿卜杜（Aly Abdou）：撰写 – 审稿与编辑

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。