4-(2-氨基乙基) 吗啉溴化镉的计算、振动光谱及体外生物学研究

《Journal of Molecular Structure》：Computational, Vibrational Spectroscopic and In Vitro Biological Studies Of 4-(2-Aminoethyl) Morpholine Cadmium Bromide

　　

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  DFT保留了AEMCB的溴桥联Cd?Br?二聚体核心。
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  FT-IR和FT-Raman光谱与缩放DFT及PED归属一致。
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  孤立AEMCB二聚体的HOMO–LUMO能隙为5.33 eV。
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  NBO揭示了N→Cd、Br→Cd及配体内供体-受体相互作用。
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  AEMCB表现出抗菌、抗氧化和α-葡萄糖苷酶抑制活性。
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  AEMCB对BSA变性的抑制作用强于双氯芬酸（IC??为13.18 μg/mL）。

引言

镉(II)配位化合物具有极大的结构多样性，因为金属中心可以适应氮、氧和卤素供体原子的不同组合[[1]、[2]、[3]]。其配位几何构型和晶体维度性受配体齿数、配位阴离子的性质以及次级分子间相互作用的强烈影响[4]。特别是，卤素配体可以作为端基或桥联供体，生成离散的配合物、二聚体、链状结构或扩展的配位网络。因此，Cd(II)–卤素体系是理解金属-配体配位和超分子相互作用对晶体结构的综合效应的重要模型[5,6]。

吗啉衍生物因其环和侧链中的杂原子可参与金属配位和分子间缔合，在配位化学中引起了关注[7,8]。其中，4-(2-氨基乙基)吗啉是一种具有吸引力的多功能配体，含有一个叔吗啉氮、一个末端伯胺氮和一个醚氧。两个氮原子可以以N, N′-双齿模式螯合金属中心形成五元环，而灵活的氨基乙基链允许在金属离子周围进行构象适应。在相关配合物中，吗啉环通常采取椅式构象，配体作为有效的螯合单元[[8]、[9]、[10]]。此前已报道了4-(2-氨基乙基)吗啉的Cd(II)配合物的结构表征，包括氯化物和乙酸根配体。在氯化物配合物中，Cd(II)由两个N,N′-双齿4-(2-氨基乙基)吗啉配体和两个反式氯化物离子配位，而相应的乙酸根配合物含有两个N,N′-螯合配体和两个反式配位的乙酸根基团[11,12]。相关的Cd(II)卤素-胺配合物也表明，卤素离子可以采用端基或桥联配位模式，产生离散的、二聚体的或扩展的结构，包括中心对称的卤素桥联Cd?X?单元[6,13]。这些结构先例表明，配体环境和伴随阴离子的性质强烈影响Cd(II)配合物的配位结构。4-(2-氨基乙基)吗啉的配位行为也取决于所涉及的特定阴离子。即使配体保持其N, N′-螯合模式，阴离子的变化也可能改变金属中心周围的供体环境并改变所得的晶体堆积排列。在AEMCB中，溴的独特配位行为在确定所观察到的结构构型中起主要作用。

4-(2-氨基乙基)吗啉溴化镉(AEMCB)的晶体结构此前已由本课题组报道[14]。AEMCB的晶体结构由本课题组以存档编号CCDC 2298040存入剑桥晶体学数据中心(CCDC)[14]。在该化合物中，每个Cd(II)中心由一个螯合配体的两个氮原子、一个端基溴、两个桥联溴离子以及相邻吗啉配体的一个醚氧原子配位，形成扭曲的八面体环境。在该化合物中，溴桥创建了中心对称的Cd₂Br₂二聚体核心，额外的Cd···O接触将二聚体连接成聚合物双链。三维晶体网络还由N–H···Br、C–H···Br和C–H···O相互作用进一步稳定[14]。尽管AEMCB的晶体结构已经确立，但分子层面的电子性质尚未被详细探索。此外，使用密度泛函理论和势能分布分析对FT-IR和FT-Raman光谱进行完整解释此前尚不可用。这种方法对于归属配体振动和低频Cd–N、Cd–Br及配位层模式至关重要。同样，前线分子轨道、分子静电势(MEP)、Mulliken布居数和自然键轨道(NBO)分析可以展示配合物中的电荷分布、供体-受体相互作用和电子稳定化[15]。吗啉基配体及其金属配合物也经常被考察其初步生物活性[16,17]。在此背景下，对AEMCB的抗菌、DPPH自由基清除、α-葡萄糖苷酶抑制和BSA变性抑制活性进行了评估，作为其生物响应的初步体外评价。

本工作通过互补的振动、密度泛函理论和初步体外研究，扩展了此前报道的AEMCB晶体学研究。对实验确定的中心对称二聚体进行了计算优化，并将计算的结构参数与单晶X射线数据直接比较。使用计算频率和势能分布(PED)归属对实验FT-IR和FT-Raman光谱进行了分析。进行了前线分子轨道、全局反应性描述符、分子静电势、Mulliken布居数和自然键轨道分析，以研究配合物的电子分布和稳定性。同时，对AEMCB的抗菌、自由基清除、$\alpha$-葡萄糖苷酶抑制和牛血清白蛋白变性抑制活性进行了测试。因此，本研究将AEMCB已确立的固态结构与其振动和电子性质联系起来，并在所研究的体外检测条件下对其生物响应提供了初步评估。

章节摘要

AEMCB的合成与晶体生长

将溴化镉四水合物(3.44 g, 0.01 mol)和4-(2-氨基乙基)吗啉(1.30 g, 0.01 mol)分别溶解在100 mL双蒸水中。然后将两种溶液以1:1摩尔比混合，在303 K下持续搅拌直至获得澄清均匀的溶液[14]。该化合物合成的化学反应如方案1所示。将所得溶液过滤以去除悬浮杂质，静置

几何优化与分子结构相关性

使用Gaussian 16程序，采用B3LYP密度泛函和LANL2DZ基组对AEMCB的分子几何结构进行了完全优化。优化后的结构如图2所示，实验X射线数据和计算DFT几何参数在表1a和表1b中进行了比较。实验结构包含一个中心对称的Cd₂Br₄L₂二聚体，其中每个Cd(II)中心由一个N, N′-双齿配体的两个氮供体、一个端基溴和两个桥联溴

抗菌活性

采用琼脂扩散法[66,67]对AEMCB的抗菌活性进行了测试，针对某些细菌和真菌菌株。AEMCB的抑制效果与标准抗菌药物进行了比较。阿莫西林作为标准抗细菌药物，氟康唑作为针对白色念珠菌的标准抗真菌药物[68]。通过测量样品周围形成的清晰抑菌圈直径来确定抗菌活性。测得的

结论

本研究将晶体学上已确立的AEMCB Cd?Br?L?二聚体与其振动、电子和初步生物学特性联系起来。孤立二聚体DFT模型保留了溴桥联核心，并与实验配位几何构型显示出合理的整体一致性，同时PED分析支持了振动归属。MEP和Mulliken/NPA分析提供了关于空间静电势和原子中心电荷的互补描述

CRediT作者贡献声明

P. Vijayamathubalan: 撰写-原始草稿、软件、数据整理、概念构思。S. Joseph Manoj Babu: 软件。B. Chidambaranathan: 方法学、数据整理、概念构思。S. Sivaraj: 正式分析、概念构思。R. Gunaseelan: 数据整理、概念构思。P. Sagayaraj: 验证、概念构思。S. Selvakumar: 验证、监督、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文中报道的工作。

致谢

作者感谢提鲁契拉普里圣约瑟夫学院(自治)大主教卡斯米尔仪器中心(ACIC)提供FTIR研究，以及卡拉库迪阿拉加帕大学物理系提供FT-Raman研究。

P. Vijayamathubalan|S. Joseph Manoj Babu|B. Chidambaranathan|S. Sivaraj|R. Gunaseelan|P. Sagayaraj|S. Selvakumar