Pt(II) Rollover Cyclometalated Complexes Supported by 2,2’-Bipyridine N-Oxide：合成、表征与生物学评价

《Organometallics》：Pt(II) Rollover Cyclometalated Complexes Supported by 2,2’-Bipyridine N-Oxide: Synthesis, Characterization, and Biological Evaluation

　　

研究人员合成了四种源自2,2’-联吡啶N-氧化物(bpyNO)的铂(II) rollover环金属化配合物，分别为[Pt(bpyNO-H)(DMSO)Me] (1a)、[Pt(bpyNO-H)(PPh3)Me] (2a)、[Pt(bpyNO-H)(DMSO)Cl] (3a)与[Pt(bpyNO-H)(PPh3)Cl] (4a)，对其进行了表征并评估了抗菌与细胞毒性活性。bpyNO的缺电子特性使得室温下的rollover C–H键活化成为可能。核磁共振(NMR)与X射线分析(4a)揭示了显著特征，包括H3′氢与N-氧化物氧之间的分子内相互作用。研究人员发现了直接195Pt–31P耦合常数与环金属化配体给电子性质之间的相关性，从而建立了有用的给电子性质标度。针对大肠杆菌(E. coli)、肺炎克雷伯菌(K. pneumoniae)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(S. aureus MDR)、化脓性链球菌(S. pyogenes)、铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)和白念珠菌(C. albicans)的初步抗菌活性筛选显示了选择性活性。配合物3a对大肠杆菌与耐多药金黄色葡萄球菌显示出最有前景的结果。值得注意的是，这些配合物还表现出生物膜抑制行为；其中配合物1a对肺炎克雷伯菌显示出活性。此外，研究人员还在人肿瘤细胞(HT29)与正常人细胞(CCD 841 CoN)上进行了初步细胞毒性测试。在所研究的化合物中，1a、2a与3a表现出肿瘤细胞活力显著降低，而配合物4a显示中等活性。这些结果确立了2,2’-联吡啶N-氧化物作为开发铂配合物的有前景的配体骨架。

本研究发表于《Organometallics》。当前过渡金属配合物在材料、催化及药物化学中应用广泛，但针对抗菌药物的研究相对不足。面对全球抗菌药物耐药性（AMR）与多重耐药性（MDR）威胁，探索金属基抗菌支架具有重要意义。Rollover环金属化铂(II)配合物因具备未配位供体原子带来的独特相互作用潜力，成为结构—活性关系研究的理想平台。2,2’-联吡啶N-氧化物（bpy^NO）相较于经典2,2’-联吡啶（bpy）具有结构差异与更强吸电子性，其在rollover环金属化及生物活性方面的系统研究尚不充分。因此，研究人员旨在合成并表征基于bpy^NO的Pt(II) rollover配合物，评估其抗菌与细胞毒性，比较其与bpy及2-苯基吡啶等配体的环金属化行为，并建立配体给电子性质的核磁标度。

研究人员主要采用的关键技术方法包括：有机金属配合物的常规合成与分离纯化；元素分析与多维核磁共振（NMR，含¹H、¹³C、³¹P及2D COSY、NOESY）溶液表征；单晶X射线衍射（SCXRD）固态结构解析；循环伏安法（CV）电化学表征；基于Kirby–Bauer法的琼脂扩散初筛、肉汤微量稀释法测定最小抑菌浓度（MIC）、最小杀菌浓度（MBC）及最小生物膜抑制浓度（MBIC）的抗菌与抗生物膜评价；以人结肠肿瘤细胞HT29及正常人结肠上皮细胞CCD 841 CoN为对象的MTT法细胞毒性检测。

结果与讨论

合成与表征

研究人员通过cis-[Pt(DMSO)₂Me₂]与bpy^NO在丙酮中反应，于室温或60℃高产率得到配合物1a，证明bpy^NO的缺电子性使rollover C–H键活化在室温即可进行，而无须如bpy所需回流条件。1a的¹H NMR显示芳香区缺失H³，H^6’与H^3′显著去屏蔽（分别位于9.90与9.98 ppm），且具¹⁹⁵Pt卫星峰，证实氮配位与环金属化；NOESY显示DMSO与甲基氢及相邻质子的NOE接触。由1a可经配体取代得2a。研究人员进一步制备氯代类似物3a（1a加HCl）与4a（3a加PPh₃）。几何构型因反位影响差异而唯一：Me在高反位影响时位于trans至N，Cl在低反位影响时位于trans至C。¹H NMR中3a的H^6’与H^3′亦去屏蔽明显，Pt–H^6’耦合常数增大反映trans S–Pt–N排列；4a的³¹P NMR显示¹J_Pt–P=4191 Hz（2a为2304 Hz），且H⁴、H⁵因PPh₃邻近而屏蔽。4a的SCXRD揭示近规则正方形平面几何，存在O···H（2.110、2.114 ?）与Cl···H长程相互作用及一维π堆积。研究人员比较系列[Pt(N^C)(PPh₃)Me]配合物发现，直接¹J_Pt–P耦合常数随环金属化配体给电子性减弱而增大，bpy^NO（2304 Hz）高于bpy（2229 Hz）与phpy（2105 Hz），确立其为极缺电子中性配体；质子化阳离子配合物值更高。该标度对¹J_Pt–C同样适用，而X射线键长差异无统计显著性。

电化学

研究人员在CH₂Cl₂/TEAPF₆中对1a–4a进行循环伏安表征。1a、2a、4a在0.80–1.07 V呈现宽不可逆阳极过程，3a未检出阳极过程（可能超出溶剂窗口）。以Cl取代Me使电位向阳极移动，反映Cl更强吸电子性。2a不同扫速下电流与v^1/2线性，属扩散控制电荷转移。1a在测试中日黄变绿，可能因溶液中重排致伏安响应重现性差。

抗菌活性

研究人员以革兰氏阳性菌（化脓性链球菌DSM 20565、临床分离耐多药金黄色葡萄球菌MDR）、革兰氏阴性菌（肺炎克雷伯菌DSM 681、大肠杆菌DSM 1103、铜绿假单胞菌DSM 1117）及白念珠菌DSM 1386为对象。先在氘代DMSO中确认配合物稳定。

琼脂扩散试验

初筛中多数菌株无明显抑制圈，但对大肠杆菌与耐多药金黄色葡萄球菌有差异：3a对两者均有活性；4a与1a对金黄色葡萄球菌MDR有活性；2a无抑制圈。表明扩散率影响结果，需微量稀释验证。

最小抑菌浓度（MIC）、最小杀菌浓度（MBC）与抗生物膜试验

3a总体最优，对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌MDR的MIC、MBC、MBIC均为1.25 mM；2a中等（MIC=2.5 mM）；1a与4a多＞10 mM，但1a对肺炎克雷伯菌MBIC=1.25 mM（低于其MIC 2.5 mM），提示可在亚抑制浓度干扰早期生物膜形成。3a的MBIC=MIC，其生物膜抑制可能与杀菌相关。结构—活性关系非线性：最缺电子3a（含易离去DMSO/Cl）与富电子2a（含PPh₃）均高活性，反映协同配体动力学离去性、反位影响及骨架电子调制的复杂作用。NMR证明环金属化配体牢固，DMSO/Cl相对易取代，PPh₃与甲基稳固。

人结肠细胞系细胞毒性评价

以HT29与CCD 841 CoN为模型，所有配合物呈剂量依赖毒性，4a例外（仅最高浓度降存活率至64%，整体低毒）。2a与3a活性最强。正常细胞上总体高毒但无清晰剂量依赖，4a则呈剂量依赖且毒性较温和，可能与其结构及摄取相关。

结论

研究人员报道了基于缺电子2,2’-联吡啶N-氧化物（bpy^NO）的Pt(II) rollover配合物合成、表征与生物活性。Rollover环金属化具自由供体原子可实现经典环金属化物不具备的分子间作用，此处氮氧化与N–O功能带来独特分子内/间作用。bpy^NO的吸电子性显著提升C–H活化反应性，使室温rollover环金属化可行。配合物具结构特征：环金属化平面排列使H^3′靠近N–O，致显著去屏蔽（如1a中H^3′ 9.98 ppm vs bpy类似物1b中8.29 ppm），4a的X射线证实O···H距离2.110–2.114 ?。NMR中直接¹⁹⁵Pt–³¹P耦合常数与环金属化配体给电子性相关，提供实用标度。配合物对临床病原菌具选择性抗菌与生物膜抑制（尤其1a对肺炎克雷伯菌、3a对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌MDR）。2a（最易氧化，0.80 V）与3a（最难氧化，电位超量程）活性高，中间1a（1.07 V）、4a（0.94 V）较弱但1a抗生物膜特异。细胞毒性显示1a、2a、3a显著降低HT29存活，4a中等；部分具初步选择性趋势。此为首次报道具抗菌活性的rollover配合物，确立bpy^NO作为对抗AMR的金属药物开发工具，为后续药理与机制研究奠基。