新型N,O-双齿酰肼腙Ni(II)、Cu(II)和Zn(II)配合物的合成、表征及DNA结合研究

《BioMetals》：Synthesis, characterization, and DNA binding of Ni(II), Cu(II), and Zn(II) complexes with a novel N,O-bidentate acylhydrazone

　　

摘要：合成了一种新型酰肼腙席夫碱配体，2-fluoro-N′-[(1E,2E)-3-(2-methoxyphenyl)prop-2-en-1-ylidene]benzohydrazide（L），并与Ni(II)、Cu(II)和Zn(II)离子配位。采用热重-差示扫描量热分析(TGA–DSC)、傅里叶变换红外/衰减全反射(FTIR/ATR)、高分辨电喷雾质谱(HRESIMS)、¹H核磁共振(¹H NMR)、粉末X射线衍射(PXRD)、元素分析及络合滴定对所得配合物进行表征，结果证实其金属:配体为1:2化学计量比，并形成多晶化合物。配位通过烯醇氧原子与亚胺氮原子以N,O-双齿方式进行，从而构建稳定的五元螯合环。热分析表明这些化合物具有较高热稳定性，分解最终生成相应金属氧化物；PXRD显示晶粒尺寸约为20–50 nm。通过紫外-可见吸收光谱(UV–Vis)和荧光光谱开展的DNA结合研究表明，化合物引起20–41%的中等程度减色效应，且未出现显著红移，内在结合常数(K_b)约为10⁴ L mol^?1量级。黏度测定与溴化乙锭(EB)置换实验共同支持其主要以非嵌入式沟槽结合模式与DNA作用。分子对接模拟进一步支持上述实验结果，显示化合物可在DNA小沟中形成合理结合构象，并由氢键、卤键、π-阴离子相互作用及疏水作用稳定，符合实验观察到的DNA结合行为。牛血清白蛋白(BSA)荧光猝灭研究提示其主要遵循静态猝灭机制，结合常数为10⁴–10⁵ M^?1，表明其与血清白蛋白形成中等强度、可逆的基态复合物，具有相关蛋白结合行为。综合实验与理论数据表明，金属配位可增强DNA亲和力并调控生物大分子相互作用，其中Ni(II)配合物尤为突出，提示该新型酰肼腙骨架可作为DNA结合配位化合物及生物分子相互作用研究的平台。

论文解读：
席夫碱及其金属配合物因合成简便、结构可调和生物活性丰富而受到广泛关注，尤其是在药物化学、生物无机化学与分子识别领域。酰肼腙类化合物因具有R₁–NHN=CH–R₂骨架、易于与过渡金属离子配位且常表现出抗菌、抗炎、抗癌等活性，被认为是构建功能性配位分子的理想母体。DNA是细胞内重要靶标，配合物与DNA的相互作用模式直接关系到其潜在生物活性，因此开发新的配体骨架并考察其金属配位后对DNA和蛋白质的作用，具有明确研究价值。本文报道了一种此前未见文献记载的新型酰肼腙席夫碱配体L，并构建了其Ni(II)、Cu(II)和Zn(II)配合物；研究人员系统阐明了其结构特征、热稳定性、晶体学特征以及与CT-DNA和BSA的结合行为，证明金属配位能够显著改变配体的电子性质和生物分子相互作用能力，尤其以Ni(II)配合物表现最强。

研究采用的主要方法包括：配体及配合物合成；FTIR/ATR、¹H/¹³C NMR、HRESIMS、元素分析、络合滴定和PXRD用于结构与组成表征；TGA–DSC评估热稳定性；UV–Vis滴定、黏度法和EB置换实验解析CT-DNA结合模式；BSA荧光猝灭实验分析蛋白结合；分子对接用于验证并补充实验推断。

结果部分首先表明，TGA–DSC、元素分析和EDTA滴定共同证实三种配合物均为1:2金属:配体体系，其中Ni(II)与Cu(II)配合物形成[M(L)₂]结构，Zn(II)配合物为[Zn(L)₂]·0.5CH₃OH。热分析显示各配合物均具有较高热稳定性，最终分解生成NiO、CuO或ZnO。PXRD证明产物为多晶材料，配位后晶体衍射峰位置与强度均发生变化，提示晶体堆积方式被重构。FTIR/ATR中，配体的ν(C=O)与ν(C=N)吸收峰在配位后均发生位移，同时自由配体中的ν(N–H)消失，并出现ν(M–O)与ν(M–N)新峰，表明配体经烯醇化并去质子化后，以N,O-双齿方式与金属离子配位，形成五元螯合环。¹H NMR进一步支持Zn(II)配合物的这一配位模式：自由配体中存在E-trans/E-cis构象共存，而配位后谱峰简化为单一组信号，且亚胺氢明显下移、NH信号消失，说明配位锁定了构象并赋予配体阴离子特征。UV–Vis光谱显示金属配位引起吸收带位移、展宽及向可见区延伸，其中Ni(II)配合物电子相互作用最明显。

DNA结合结果表明，随着CT-DNA逐步加入，所有化合物均出现20.55%–41.02%的中等减色效应，但未见明显红移；由此得到的K_b处于10⁴ L mol^?1量级，低于经典嵌插剂，提示其并非典型嵌插结合。黏度实验中，随着化合物浓度增加，DNA黏度呈上升趋势，说明其与DNA作用时存在以沟槽结合为主、伴少量嵌插贡献的混合特征。EB置换实验中，化合物可逐步削弱EB-DNA荧光，K_sv顺序为Cu(II)>Ni(II)>配体>Zn(II)，进一步支持其能够与DNA竞争结合位点，但整体仍符合沟槽结合而非强嵌插模式。综合三类实验，研究人员认为这些化合物主要通过DNA小沟结合与CT-DNA相互作用，其中Ni(II)配合物的结合响应最强。

BSA结合实验显示，化合物对BSA内源荧光具有明显猝灭作用，且k_q高于扩散控制上限，提示以静态猝灭为主，即更可能形成基态复合物。双对数拟合表明其与BSA具有单一独立结合位点，K_b处于10⁴–10⁵ M^?1范围，说明其与血清白蛋白存在中等强度、可逆相互作用，可能影响体内转运行为。分子对接结果与实验高度一致：配体和三种配合物均可稳定嵌入DNA小沟，通过氢键、卤键、π-阴离子和疏水接触维持结合构象；其中Ni(II)配合物对DNA的理论结合最有利，Cu(II)与Zn(II)次之，和实验趋势基本一致。

综上，本文构建并证实了一类新的酰肼腙席夫碱Ni(II)、Cu(II)、Zn(II)配合物，明确其为N,O-双齿螯合结构，且具有良好热稳定性和可控晶体学特征。更重要的是，研究人员证明金属配位显著增强了配体与DNA及BSA的相互作用，其中DNA结合主要表现为非嵌入式小沟结合，BSA结合则以静态猝灭为主。该研究为酰肼腙金属配合物的结构-性质-生物相互作用关系提供了系统证据，也提示Ni(II)配合物具有进一步研究价值。