联吡啶-吡嗪二羧酸衍生物的Cu(II)配合物：合成、结构表征及生物活性

该研究通过水热法合成了一种新型混合配体Cu(II)配合物(H2BPE)[Cu(PDA)2]n(1)，并系统表征其晶体结构及抗菌活性。结构分析表明Cu(II)采用高度变形八面体构型，配体通过氧和氮原子配位形成一维超分子聚合物。体外测试显示该配合物对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抑制中值分别为15.60和31.25 μg/mL，显著优于部分常规抗生素。

Nurgün Büyükkıdan|Seher Kaya|Halil İlkimen|Aysel Gülbandılar|Musa Sarı

土耳其库塔希亚杜姆卢皮纳尔大学艺术与科学学院化学系，43100库塔希亚

摘要

在本研究中，我们在水热条件下合成了新型混合配体Cu(II)配合物(H₂BPE)[Cu(PDA)₂]_n（1）（BPE：4,4′-乙撑二吡啶乙烷；H₂PDA：2,3-吡嗪二羧酸）。通过红外光谱（IR）、紫外-可见光谱（UV–Vis）、元素分析、磁化率测量以及X射线晶体学技术对这种配合物进行了表征。结果表明，Cu(II)配合物具有高度畸变的八面体结构，由四个羧酸氧原子和两个来自PDA²⁻配体的氮原子配位而成。两个PDA²⁻配体通过一个氧原子和一个氮原子与Cu(II)离子配位，形成了一个一维配位聚合物。此外，我们利用微量稀释法研究了起始材料及化合物1对Pseudomonas aeruginosa、Bacillus subtilis、Staphylococcus aureus、Enterococcus faecalis、Escherichia coli、Listeria monocytogenes细菌以及Candida albicans酵母的抗菌活性，并将其与现有抗生素（头孢吡肟、万古霉素、左氧氟沙星和氟康唑）进行了比较。实验结果显示，新合成的化合物对这些微生物具有抗菌作用，尤其是化合物1对S. aureus（15.60 μg/mL）和C. albicans（31.25 μg/mL）的抑制效果优于对照化合物。

引言

2,3-吡嗪二羧酸（H₂PDA）是一种杂环羧酸，常用于配位化合物的合成[1]。与吡啶二羧酸相比，2,3-吡嗪二羧酸具有更丰富的配位模式和氢键供体/受体特性[2],[3]，因此在构建晶格结构化合物方面备受青睐[2],[4]。这类化合物在材料科学、医学、工业催化、发光特性以及生物系统中的分子识别等领域具有广泛的应用[2],[5],[6],[7],[8],[9],[10]。2,3-吡嗪二羧酸含有六个潜在的配位位点，包括羧基中的氧原子和氮原子，可作为多功能配体用于金属复合物的构建[11],[12]。H₂PDA配体与d区过渡金属形成的配合物主要表现为一维（1D）[2],[13],[14],[15],[16],[17]或二维（2D）配位结构[18],[19],[20],[21]；而与镧系元素之间的相互作用则通常形成三维（3D）结构[15],[16],[17],[22],[23]。

像4,4′-乙撑二吡啶乙烷（BPE）这样的双齿柔性配体能够形成具有复杂超分子固态拓扑结构的多金属配位网络[24],[25]。BPE化合物可通过氮原子与金属离子结合，形成一维（1D）、二维（2D）、三维（3D）等多种结构[26],[27],[28],[29],[30],[31]。文献中报道，BPE铜配合物具有抗生素[32]、抗菌[24],[33],[34]、抗真菌[25]、抗癌[35]和抗氧化[36]等多种生物活性。如今，合成具有抗病活性的化合物对于人类健康至关重要，亟需更有效的化学物质来对抗各种疾病。

本研究通过水热反应合成了新型混合配体复合物(H₂BPE)[Cu(PDA)₂]_n（1），该复合物呈聚合物形态。在Cu(II)配合物中，BPE配体作为阳离子辅助离子中和了阴离子配合物的电荷。通过X射线、元素分析、原子吸收光谱（AAS）、红外光谱（IR）和紫外-可见光谱（UV–Vis）等技术确定了1的结构。同时，还研究了起始材料及新合成金属配合物对细菌和酵母的抗菌效果，并将其与现有抗生素（万古霉素、左氧氟沙星、头孢吡肟、氯霉素和氟康唑）进行了比较。

技术方法与资源

所有化学品均购自Abcr公司。用于确定化合物结构的仪器包括：Elementar Vario III EL（用于元素分析）、Perkin Elmer AAS PinAAcle 900 T（用于原子吸收光谱分析）、Shimadzu UV-2550（用于紫外-可见光谱）、Bruker Optics Vertex 70（用于红外光谱分析）、Sherwood Scientific Magway Msb Mk1（用于磁化率测量）以及Bruker D8 Quest（用于X射线衍射分析）。

1的合成

反应原料包括：1 mmol（0.167 g）H₂PDA、1 mmol（0.200 g）Cu(CH₃COO)₂·H₂O、1 mmol（0.368 g）BPE以及20 mL溶剂。

1的分子结构

化合物1的不对称单元和对称单元的结构分别如图1和图2所示，其聚合物单元的结构见图3。分子结构的详细信息列于表S1中，选定的键长和键角数据见表1。

化合物1属于三斜晶系P-1空间群，具有对称中心。一个不对称单元包含一个PDA²⁻离子、半个BPE²⁺离子和一个Cu(II)离子（见图2）。两个PDA²⁻离子、一个BPE²⁺离子以及另外两个配体与Cu(II)离子共同构成配合物。

结论

本研究合成了新型Cu(II)配合物(H₂BPE)[Cu(PDA)₂]_n（1），该配合物在水热条件下形成聚合物状阴离子结构。单晶X射线分析表明，该八面体阴离子配合物由两个双齿PDA²⁻分子和两个单齿PDA²⁻分子与Cu(II)离子配位而成。BPE配体在配合物中以辅助离子的形式存在。

Cu(Ac)₂.2H₂O、BPE、H₂PDA等也是本研究使用的试剂。

作者贡献声明

Nurgün Büyükkıdan：负责撰写、审稿与编辑工作，以及研究方法和概念设计。Seher Kaya：参与研究工作。Halil İlkimen：参与研究并负责数据整理。Aysel Gülbandılar：负责撰写、审稿与编辑。Musa Sarı：负责数据分析。

资助信息

本研究得到了库塔希亚杜姆卢皮纳尔大学研究基金（项目编号：2021–42）的支持，并在该大学的化学系完成。作者感谢土耳其锡诺普大学的科学技术研究应用与研究中心提供的Bruker D8 QUEST X射线衍射仪。

利益冲突声明

作者声明以下可能构成利益冲突的财务关系/个人情况：Nurgün Büyükkıdan表示，研究所需的资金、设备、药品或试剂均由库塔希亚杜姆卢皮纳尔大学提供。若存在其他作者，他们也声明自己不存在任何可能影响本研究结果的财务利益或个人关系。