钌配合物,钌配合物差热

作者：管小艳，刘云军，何丽新，陆家政，梅文杰

【摘要】 目的与方法 合成一个新的钌（Ⅱ）多吡啶配合物［Ru(4,7dmp)2(PYNI)］(ClO4)2 ［4,7dmp=4,7二甲基1,10菲咯啉，PYNI=2（2′吡啶）萘基咪唑］，用元素分析、电喷雾质谱、核磁共振谱对该配合物进行表征；用电子吸收光谱、荧光光谱、黏度测试和DNA熔点测定研究配合物与DNA的作用。结果与结论 配合物［Ru(4,7dmp)2(PYNI)］(ClO4)2与DNA之间通过插入模式结合。

【关键词】 钌（Ⅱ）配合物；DNA；光谱性质；黏度测试
　　Abstract:Objectiveand Methods A new Ruthenium(Ⅱ) polypyridyl complex ［Ru(4,7dmp)2(PYNI)］(ClO4)2 ［4,7dmp=4,7dimethyl1,10phenanthroline, PYNI=2(2′pyridyl)naphthoimidazoimidazole)］has been synthesized and characterized by elemental analysis, ESMS and 1H NMR. The DNAbinding behaviors were investigated by electronic absorption spectroscopy, fluorescent spectroscopy, viscosity measurement and DNA melting experiment. Results and Conclusion The results showed the complex ［Ru(4,7dmp)2(PYNI)］2+binding to DNA through intercalation mode.

　　Key words:ruthenium (Ru) complex; DNA; spectral properties; viscosity measurement

近年来，人们对小分子过渡金属多吡啶配合物与大分子DNA相互作用的研究逐步深入，这一研究已经成为生物无机化学领域十分活跃的研究课题。八面体多吡啶钌金属配合物与DNA的作用引起了人们极大的兴趣［1,2］，与其他金属配合物相比，这类配合物易于构造一个既为刚性又带手性的八面体构型，并且配合物的热力学稳定性好，光化学和光物理信息丰富，既可以作为DNA结构探针［3］，又可以作为DNA分子光开关、DNA介导的电子转移、DNA断裂试剂［4］等。研究表明这些配合物能够以插入、静电和沟面结合三种方式与DNA作用，其中插入模式最为重要，因为配合物的很多性质都与插入结合有关。本文合成了一个新的钌(Ⅱ)多吡啶配合物［Ru(4,7dmp)2(PYNI)］(ClO4)2 ［4,7dmp=4,7二甲基1,10菲咯啉，PYNI=2（2′吡啶）萘基咪唑］，合成路线见图1。

　　用元素分析(EA)、电喷雾质谱(ESMS)、核磁共振(1H NMR)对配合物进行详细的表征。采用电子吸收光谱、荧光光谱、黏度测试和DNA熔点测定研究配合物［Ru(4,7dmp)2(PYNI)］(ClO4)2与DNA作用，研究结果表明［Ru(4,7dmp)2(PYNI)］2+通过插入方式与DNA结合。

　　1 实验部分

　　1.1 试剂和仪器
　　
　　实验中使用试剂均为分析纯，使用前未经进一步纯化，缓冲溶液用双蒸水制备；DNA购自华美公司，用Tris（三羟甲基氨基甲烷）缓冲液配成一定浓度的储备液于冰箱中保存；配合物用5 mmol/L TrisHCl，50 mmol/L NaCl(pH=7.0)缓冲溶液配制。

　　LCQ电喷雾质谱仪(ESMS, Finnigan)，快原子轰击质谱（FABMS)使用VG ZABHS质谱仪，Elemental Vario EL 元素分析仪，Bruker ARX500型核磁共振仪，ShimaduUVPC3000 型紫外可见光谱仪，荧光光谱用Rf4500荧光光谱仪测试，黏度测试使用乌氏黏度计。

　　1.2 配合物［Ru(4,7dmp)2(PYNI)］(ClO4)2的制备

　　称取0.312 g cis［Ru(4,7dmp)2Cl2］·2H2O［5］(0.5 mmoL), 0.123 g PYNI［6］(0.5 mmoL) 混合物加入乙二醇15 mL，加热至150 ℃氩气保护下 下反应8 h，得红色清液。冷却至室温，过滤，加40 mL水稀释后，加入NaClO4的饱和溶液即产生大量红色沉淀。抽滤，用水，乙醚洗涤数次后干燥。将干燥后的粗产品用少量乙腈溶解，用中性氧化铝（200 mesh）柱分离。在V（甲苯）∶V（乙腈）=1∶3 混合溶剂淋洗下收集红色组分，然后减压，蒸去溶剂，得红色固体,产率62%。元素分析，实测值（%）：C 54.96，H 3.64，N 10.23；计算值(%)：C 54.95，H 3.67，N 10.19。1HNMR (DMSOD6, 500 MHz) δ：8.34 (d, 1H, J=8.8 Hz), 8.23 (d, 1H, J=8.5 Hz), 8.19 (d, 2H, J=8.6 Hz), 8.03 (d, 1H, J=8.5 Hz), 7.88 (t, 2H, J=7.8 Hz), 7.75-7.79 (m, 2H), 7.67 (d, 1H, J=8.8 Hz), 7.47 (d, 2H, J=8.0 Hz), 7.45 (d, 2H, J=8.2 Hz), 7.23 (t, 1H, J=7.6 Hz), 7.12-7.17 (m, 2H), 7.05-7.09 (m, 2H), 7.03 (d, 1H, J=8.4 Hz), 6.81 (d, 1H, J=8.5 Hz), 5.00 (s, 1H), 2.05 (s, 6H), 2.01 (s, 6H)。 ESMS (CH3OH): m/z 762 (［M2ClO4H］+), 382 (［M2ClO4］2+)。

　　1.3 实验方法
　　
　　在紫外可见光谱仪中，参比池中加入3　mL的缓冲液，在样品池中加入同样体积的20　μmol/L的配合物溶液，用微量加样器每次往参比池和样品池中分别加入相同体积的DNA储液，使DNA与配合物浓度比值（CDNA/CRu）按一定的比例递增，直至饱和，吸收峰不再减色。每次混和均匀约5 min后，在200～800　nm范围监测配合物的电子吸收光谱变化。配合物［Ru(4,7dmp)2(PYNI)］(ClO4)2与DNA结合常数根据下列方程求得［7］

　　［DNA］εa-εb=［DNA］εa-εf+1Kb(εb-εf)

　　［DNA］代表DNA的浓度εa，εf ，εb分别是配合物与DNA结合，自由配合物和配合物与DNA结合达到饱和时的摩尔吸光系数，Kb为配合物与DNA结合常数，Kb由拟合直线与Y轴相交的截距求得。
　　
　　荧光光谱研究中，配制钌配合物溶液 (2 μmol/L)，用微量加样器每次往样品池中加入相同体积的DNA储液，使DNA与配合物浓度比值（CDNA/CRu）按一定的比例递增，直至饱和。每次混和均匀约5 min后，用Rf4500荧光光谱仪在500～800 nm范围监测配合物的荧光光谱变化。用450 nm光源激发，记录发射光波峰和发光强度。

　　黏度用乌氏黏度计测量。测量黏度时，温度恒定在(28±0.1) ℃。固定DNA的浓度，逐渐增加Ru配合物浓度。相对黏度按下式计算：

η=( t-t0)/ t0

上式中，t0为缓冲液流经毛细管所需的时间，t为DNA溶液(含浓度不等的 Ru配合物)流经毛细管所需的时间。以 (η/η0 )1/3对比率r(r=［Ru］/［DNA］)作图。η0为未加钌配合物时DNA溶液的相对黏度。

　　DNA熔点测定实验，用紫外可见光谱仪监测DNA溶液在有无配合物存在下，在260 nm处的吸收峰强度的变化。
2 结果与讨论

　　2.1 配合物与DNA作用电子吸收光谱

　　配合物的MLCT（metaltoligand charge transfer transition）吸收峰的强度在有DNA存在时有一定的减小，这通常被认为是插入作用的特征之一。产生减色效应的原因是DNA碱基对于插入配体间发生π电子堆积，使后者的π*空轨道上也有一定的电子填充，从而使MLCT跃迁的几率减小。而减色效应的强弱，也能反映插入能力的大小，插入能力越强，减色效应越强。图2（小图表示配合物与DNA结合常数）表明随着小牛胸腺DNA(CTDNA)加入，配合物的电子吸收光谱发生减色和一定程度的红移，金属到配体电荷跃迁(MLCT)峰(462 nm)，在室温时减色率为21.7%，红移4 nm。配合物与DNA的结合常数Kb=2.83×104 M-1。配合物与DNA结合常数类似先前报道的配合物与DNA结合常数［6］。

　　=20 μmol/L. Arrow s hows the absorption change upon the increase of DNA concentration

　　2.2 荧光光谱
　　
　　荧光光谱法是一种比较灵敏的测试方法，广泛用于研究配合物与DNA的相互作用。若钌(Ⅱ)多吡啶配合物在某种条件下发荧光，当加入DNA后，荧光增强，说明配合物与DNA发生某种方式的结合。荧光增强幅度的大小，一般反映配合物与DNA作用的强弱。配合物［Ru(4,7dmp)2(PYNI)］2+与DNA作用的荧光变化如图3，随着DNA的加入，配合物的荧光增强4.0倍。配合物与DNA作用荧光增强的原因在于DNA有效保护了配合物，使之不受水分子的进攻。

　　2.3 黏度测试

　　流体力学法即黏度法是研究配合物与DNA作用模式的另一种最有力的实验方法，因为它对DNA的长度变化比较敏感。一般来说，如果配合物与DNA以插入方式作用，由于插入配体进入到DNA的碱基对中，导致DNA双螺旋链伸长，由此使DNA的相对黏度增大；当配合物与DNA以部分插入DNA时，会导致DNA的双螺旋链的弯曲或褶皱，长度减小， 因而其黏度下降。当配合物以静电作用与DNA结合，DNA溶液的黏度几乎不变。图4是配合物［Ru(bpy)2(dppz)］2+(■)，［Ru(4,7dmp)2(PYNI)］2+(▲)和［Ru(bpy)3］2+(●)与DNA作用的黏度变化图。已知［Ru(bpy)2(dppz)］2+是典型的DNA插入试剂，与DNA溶液作用时，溶液的黏度明显升高；［Ru(bpy)3］2+是以静电作用与DNA结合，其DNA溶液的黏度没有明显变化；当配合物［Ru(4,7dmp)2(PYNI)］2+与DNA溶液结合时，DNA溶液的黏度稳定增加，类似配合物［Ru(bpy)2(dppz)］2+与DNA作用，但作用强度不如后者，因此［Ru(4,7dmp)2(PYNI)］2+与DNA作用是以插入方式结合的。

　　2.4 DNA熔点测定
　　
　　DNA熔点测定是研究过渡金属配合物与DNA相互作用的一个重要方法，通过DNA熔点测定实验可以测得DNA的熔点。DNA在受热过程中，碱基对之间的氢键遭到破坏，DNA两条链逐步解离而发生变性，以温度为横坐标，以260 nm处吸收率为纵坐标作图得到的曲线称为热变性曲线，当达到熔点温度Tm时，有50% DNA由双链改变为单链。一些能作为DNA插入试剂的天然或合成的有机化合物和金属有机配合物与DNA的作用，由于插入试剂与DNA碱基对之间能发生ππ堆积，使DNA的双螺旋变得稳定，从而使DNA的熔点(Tm)明显升高［8-10］。图5显示DNA在有无配合物 ［Ru(4,7dmp)2(PYNI)］2+的情况下260 nm处吸光强度随温度的变化。实验测得DNA的熔点为(74.3 ± 0.5) ℃，在配合物 ［Ru(4,7dmp)2(PYNI)］2+存在时，DNA的熔点升高了5.3 ℃,表明配合物与DNA之间是通过插入方式结合的。

　　3 结 论
　　
　　本文合成了一个新的不对称钌(Ⅱ)多吡啶金属配合物Ru(4,7dmp)2(PYNI)］(ClO4)2，并用元素分析、电喷雾质谱和1HNMR进行表征。光谱实验、黏度测试和DNA熔点变化表明配合物［Ru(4,7dmp)(PYNI)］2+与DNA是通过插入作用结合的。

【参考文献】
　　［1］HALL D B, HOLMLIN R E, BARTON J K. Oxidative DNA damage through long-range electron transfer［J］.Nature,382:731.

　　［2］DANDLIKER P J, HOLMLIN R E, BARTON J K,et al. Oxidative thymine dimer repair in the DNA helix［J］.Science,1997,275:1464.

　　［3］HOLMLIN R E, STEMP E D, BARTON J K. ［Ru(phen)2dppz］2+ Luminescence: Dependence on DNA Sequences and GrooveBinding Agents［J］. Inorg Chem,1998,37:29.

　　［4］FREIDMAN A E, CHAMBRON J C, SAUVAGE J P,et al. A molecular light switch for DNA: Ru(bpy)2(d ppz)2+［J］. J Am Chem Soc,1990,112:4960.

　　［5］BOLGER J B, GOURDEN A, ISHOW E,et al. Mononuclear and Binuclear Tetrapyrido［3,2a: 2,3c: 3",2"h: 2", 3"j］phenazine(tpphz) Ruthenium and Osmium Complex［J］. Inorg Chem,1996,35(10):2937.

　　［6］LIU Y J, CHAO H, TAN LF,et al. Interaction of polypyridyl ruthenium(II) complex containing asymmetric ligand with DNA［J］. J Inorg Biochem,2005,99(2):530.

　　［7］HARSH R H, BARTON J K. Novel dipyridophenazine complexes of ruthenium(II): exploring luminescent reporters of DNA［J］. J Am Chem Soc,1992,114(15):5919.

　　［8］KELLY J M, TOSSI A B, MCCONNELL D J, et al. A study of the interaction of some polypyridylruthenium(II) complexes with DNA using fluorescence spectroscopy topoisomerisation and thermal denaturation［J］. Nucleic Acids Res,1985,13(17):6017.

　　［9］HAQ I, LINCOLN P, SUH D, et al. Interaction of DELTAand LAMBDA［Ru(phen)2DPPZ］2+ with DNA: A Calorimetric and Equilibrium Binding Study［J］. J Am Chem Soc,1995,117(17):4788.

　　［10］NEYHAT G A, GROVER N, SMITH S R,et al. Binding and kinetics studies of oxidation of DNA by oxoruthenium(IV) ［J］. J Am Chem Soc,1993,115(11):4423.

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