二茂铁功能化有机金属金 (III) 吡唑配合物：从密度泛函理论分析到抗癌与抗菌评价

《Polyhedron》：Ferrocene functionalized organometallic gold(III) pyrazole complexes: From DFT insights to anticancer and antimicrobial evaluation

　　

摘要

取代的 C, N-供体吡唑二茂铁基配体 (L¹-L⁵) 及其金 (III) 有机金属配合物 (I-V) 的合成工作已完成，并使用各种光谱和分析技术进行了表征。化合物生物分子相互作用研究（化合物 -DNA/BSA 结合）通过紫外 - 可见光谱法、荧光光谱法和黏度测量进行了开展。通过分析加入化合物后 HS-DNA 的吸收最大值和光谱位置的变化，并配合黏度测量来研究化合物 -DNA 相互作用引起的 DNA 长度变化，评估了合成化合物的 DNA 结合性质。使用带有 LANL2DZ 基组的 RB3LYP 方法，我们优化了金 (III) 二茂铁配合物 (I-V)。HOMO-LUMO 能隙在 1.373 和 1.777 eV 之间，这表明它们处于中等电子跃迁的范围。偶极矩介于 5.03 和 8.10 D 之间。连同总电子能量，这些结果表明具有稳定的单重态基态。所有结构均顺利收敛，优化结束时均方根梯度非常小。对两种革兰氏阳性菌和三种革兰氏阴性菌进行了金 (III) 配合物的抗菌活性测试，结果表明配合物对细菌的效力优于其相应的配体。对合成化合物进行了细胞毒性测定，如卤水虾致死生物测定和 MTT 测定，分别针对卤水虾 (6.2–8.0 μg/mL) 和 MCF-7 细胞系 (92–128 μg/mL)。抗增殖活性表明所有化合物对测试细胞系 (MCF-7) 均显示出良好的细胞毒性。

引言

根据癌症研究，非传染性疾病 (NCDs) 占全球所有死亡人数的 71%，其中癌症是所有 NCDs 中的主要死亡原因 (9%)。因此，癌症正变得越来越危险 [1], [2]。含金化合物作为有效的化学治疗药物已使用数千年，可追溯至古代阿拉伯和中国的治疗。在抗癌药物领域，对有机部分配位金属配合物进行了大量研究 [3]。据报道，许多过渡金属配合物如 Pd(II)、Pt(II)、Ru(III)、Re(III) 和 Ir(III) 是强效抗癌药物，但它们显示出副作用，如毒性过大，也可能损害正常细胞，因此需要开展抗癌药物研发领域的研究 [4], [5], [6]。最近的研究开始关注开发含金金属配合物作为抗肿瘤药物。

类风湿性关节炎是最严重的免疫疾病之一，会过度破坏关节并引起剧烈疼痛。由于其免疫抑制和抗炎作用，奥金诺已被证明对幼年型类风湿关节炎和银屑病关节炎有效 [7], [8], [9]。许多基于金 (I) 金属的药物，包括硫代金苹果酸盐、硫代金马洛特和硫代金葡萄糖酸，在治疗类风湿性关节炎方面也非常有效 [10]。与其寻找抗关节炎特性，最近的研究更关注寻找更高氧化态的含金金属配合物以作为抗癌药物发挥作用。在生理条件下，涉及 Au(III) 到 Au(I) 和 Au(I) 到单质金的细胞内氧化还原反应。含硫醇的酶负责这种类型的氧化还原反应，因此合成具有 C, N-和 N, N-供体配体的稳定 Au(III) 配合物可以抑制含硫醇酶的活性，并可提高 Au(III) 配合物的抗癌活性和稳定性 [7], [11]。研究领域表明顺铂是非常强效的抗癌药物，但其效力也显示出对正常细胞的多种影响，因此探索类似几何结构和等电子金 (III) 配合物可能会减少这种多种影响。

在过去二十年中，研究人员专注于两个领域，即有机金属化学和生物化学，因此生物有机金属化学涉及新有机金属化合物的合成以及研究其对各种疾病如癌症和疟疾的生物效应 [12]。二茂铁显示出良好的生物活性，因为它稳定、无毒且具有良好的氧化还原特性，因此它是抗癌药物研发研究中最佳的有机金属部分之一 [13], [14], [15]。多二茂铁基配体的独特电化学特性因其经历氧化还原反应的能力而得到突出。将氧化还原活性基团的数量增加到 n 会导致 n + 1 个氧化还原态，在正确的实验条件下或通过精心选择的不对称配体设计，甚至可以选择性地针对这些状态 [16]。关于多二茂铁化合物中电子转移机制的研究提高了我们对电荷离域和混合价态系统以及基本电子转移过程的理解 [17], [18]。

章节片段

材料与物理测量

所有吡唑衍生物、二茂铁甲醇、HBF₄ 和金 (III) 盐 (HAuCl₄) 均购自默克有限公司 (印度)，纯度≥99.9%，未经纯化直接使用。营养肉汤购自 Himedia (印度)。鲱鱼精 (HS)-DNA 和牛血清白蛋白 (BSA) 购自 Sigma Aldrich Chemical Co. (印度)。微生物包括两种革兰氏阳性菌，即金黄色葡萄球菌 (S. aureus) (MTCC-3160) 和枯草芽孢杆菌 (MTCC-7193)；以及三种革兰氏阴性菌，即

¹H NMR 和¹³C NMR 光谱

化合物的物理化学信息汇编在实验部分。二茂铁吡唑基配体 (L¹-L⁵) 及其金 (III) 配合物 (I-V) 的¹H NMR 光谱是在溶剂 DMSO?d₆ 中获得的，如补充材料 1 所示。在金 (III) 配合物 (I-V) 和二茂铁吡唑基配体 (L¹ - L⁵) 的¹H NMR 光谱中，环戊烷 (-Cp) 环氢峰出现在 4.19–4.38 δ ppm 和 4.20–4.43 δ ppm 范围内。对于配体 (L¹ - L⁵)，

.结论

基于二茂铁吡唑的 C,N-供体配体 (L¹-L⁵) 及其金 (III) 配合物 (I-V) 已合成并进行了彻底研究。金 (III) 配合物为平面正方形，抗磁性，并具有 dsp² 杂化的 d⁸-低自旋结构。二茂铁吡唑基配体 (L¹-L⁵) 和金 (III) 配合物 (I-V) 的吸收滴定实验的 HS-DNA 结果显示红移伴随减色效应，表明是一种嵌入结合机制。所有合成的

CRediT 作者贡献声明

Nikita J. Patel: 写作 – 原稿，监督，资源，数据管理，构思。Aakanksha P. Patil: 形式分析。Bhupesh S. Bhatt: 写作 – 审阅与编辑，监督。Miral Vora: 写作 – 审阅与编辑。Deep M. Patel: 软件，数据管理。Vaibhav D. Bhatt: 验证，形式分析。Mohan N. Patel: 写作 – 审阅与编辑，资源，数据管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

作者感谢萨达尔·帕特尔大学化学系主任提供必要的研究设施；感谢萨达尔·帕特尔大学 CAS-第二阶段和 UGC-CPEPA 项目提供仪器和化学设施。作者还衷心感谢瓦多达拉的基兰·帕特尔和帕拉维·帕特尔全球大学克丽施那科学学校 (KSS) 化学系。

Nikita J. Patel|Aakanksha P. Patil|Bhupesh S. Bhatt|Miral Vora|Deep M. Patel|Vaibhav D. Bhatt|Mohan N. Patel

化学系，萨达尔·帕特尔大学，瓦拉布·维迪亚纳加尔 388 120，印度古吉拉特邦