毕业设计论文香草醛希夫碱及其金属配合物的合成研究

大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计（论 文）香草醛希夫碱及其金属配合物的合成研究学 院（系）： 生命科学学院 专 业： 应用化学 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2011年6月 摘 要席夫碱类化合物及其配合物具有一定的药理学和生理学活性。研究表明，它具有抗结核、抗癌、抗菌等药理作用，且其生物活性和金属的配合有关，广泛应用于治疗、合成、生化反应(如酰胺基转移、脱羧、缩合、-消除及外消旋反应) 、催化、生物调节剂等方面。因此,关于该类化合物的合成、结构、生物活性及其应用研究引起人们的极大兴趣。铜是人体必需的微量元素，它与含O、N 的有机配体形成过渡元素希夫碱配合物后，具有抗炎、抑菌及抗癌等生理活性，对揭示生命现象具有重要意义，多年来一直受到人们的广泛研究。为了研究香草醛类希夫碱和金属铜合成的配合物具有的性质，本文通过双希夫碱配体(香草醛缩乙二胺) 与乙酸铜在无水乙醇中反应，合成得到了一个新的金属铜希夫碱配合物；此外又利用双希夫碱配体分别与乙酰丙酮配体和1，10-菲啰啉配体经反应形成两种三元配合物，并对合成得到的配合物进行了表征及研究。关键词：邻香草醛、乙二胺、希夫碱、配合物。AbstractSchiff base compounds and their complexes have a certain pharmacological and physiological activity. The researches show that It has anti-tuberculosis, anti-cancer, antibacterial and other pharmacological effects, And its biological activity related to the metal complexes，it is Widely used in treatment, synthesis, biochemical reactions (Such as amide transfer, decarboxylation, condensation, -elimination and the racemic reaction)、Catalysis, etc. aspects of biological regulation. Therefore, such compounds on the synthesis, structure, biological activity and its application aroused great interest.Copper is an essential trace element， It form a Schiff base with organic ligands to form contains O, N,which has the function of anti-inflammatory, antibacterial and anticancer and other biological activities, To reveal important biological phenomena,It has been studied extensively by the people. In order to study herbs and aldehyde Schiff base copper complexes with synthetic nature, By double Schiff base ligand (vanillin diamine) copper acetate in ethanol and the reaction，Synthesized a new complex, And, respectively, In addition and use double Mr Schiff base ligands with acetyl acetone respectively 1,10 - phillips and ligand synthesized.their kf formed by the reaction two ternary complexes, and for the synthesis of get complexes was characterized and research. Keywords: Adjacent vanillin 、ethylenediamine、Schiff bases、complexes。显示对应的拉丁字符的拼音目录第一章 综述41.1 前言41.2 希夫碱的介绍51.2.1 香草醛的简介51.2.2 希夫碱的发展61.3夫碱的合成及其应用状况71.3.1 席夫碱化合物在发光材料领域的应用71.3.2 席夫碱化合物在医药领域的应用91.3.4 席夫碱化合物在催化领域的应用131.4希夫碱的金属配合物131.4.1含N,S 给予体的希夫碱金属配合物131.4.2含N, S给予体的碱金属配合物141.4.3小分子希夫碱及其配合物的合成与应用151.4.4、聚合希夫碱及其配合物的合成与应用161.4.5、大环希夫碱及其配合物的合成与应用171.4.6、高分子负载希夫碱171.5 希夫碱配合物的产生机理、合成方法及展望181.5.1 希夫碱生成速度、产率与胺类的亲核性、溶剂的极性、底物中羰基碳原子的正电核密度、空间效应、脱水等有着密切的关系181.5.2希夫碱及配合物的合成方法191.5.3 从应用来讲191.5.4 发展方向201.6希夫碱的三元配合物20第二章 希夫碱配合物合成实验222.1实验药品及仪器222.1.1 实验仪器222.1.2 实验药品222.2 配体（L）的合成线路图（L为双香草醛缩乙二胺希夫碱配合物）232.3 配合物的合成232.3.1 反应药品的配比232.3.2 希夫碱配体（L）的合成步骤232.3.3 希夫碱配合物的合成反应步骤23第三章 希夫碱金属铜配合物的光谱分析253.1光谱分析253.1.1，希夫碱配体的光谱分析253.1.2，双香草醛缩乙二胺合成的希夫碱配体L与乙酸铜合成的金属配合物的光谱分析263.1.3.希夫碱配体L与乙酸铜、1,10-菲罗啉合成的三元配合物的光谱分析283.1.4，希夫碱配体L与乙酸铜、乙酰丙酮合成的三元配合物的光谱分析30第四章 全文结论32致 谢33参考文献：34第一章 综述1.1 前言自19 世纪以来,希夫碱金属配合物在有机化学、生物化学、无机化学等学科中一直起着非常重要的作用，其不仅具有催化活性，而且还具有抑菌、抗菌及防酶催化等活性。 金属希夫碱配合物由于其在生物、催化、材料及分析化学领域的应用而越来越引起人们广泛的兴趣。希夫碱是一类非常重要的配体, 其合成相对容易, 能灵活的选择各种胺与不同醛或酮反应, 该类配体能与周期表中大部分金属离子形成稳定性不一的配合物, 其中有些配合物有很强的荧光。近年来， 过渡金属希夫碱配合物的研究已取得了相当的进展。希夫碱官能团由于具有很好的生色性、机械性、稳定性和导电性等特殊性质一直受到人们的青睐。希夫碱在合成上具有很大的灵活性, 跟金属离子有很好的配位作用, 同时希夫碱 类化合物具有一定的药理学和生理学活性, 使得希夫碱碱及其配合物的研究十分广泛。因此，在仿生催化领域中希夫碱及其金属配合物的应用研究具有重要意义。对高分子化的金属希夫碱配合物的深入研究,将对具有光、电致发光性能的高分子化金属希夫碱配合物潜在的应用前景有着广泛和深远的意义。铜是人体必需的微量元素,它与含O、N 的有机配体形成过渡元素Schiff 碱配合物后,具有抗炎、抑菌及抗癌等生理活性,对揭示生命现象具有重要意义1-4,多年来一直受到人们的广泛研究。研究表明5-7,Schiff 碱过渡金属配合物的抑菌活性和机理均与配合物的稳定性有关,一般认为,配合物稳定性越强,其抑菌活性越大,因此测定Schiff 碱过渡金属配合物的稳定常数,对其抑菌活性和机理的研究具有重要意义。目前, Schiff 碱配合物的合成大多是在液相中进行,此法不仅消耗大量有机溶剂,而且浪费成本且污染环境, 与之相比, 固相化学反应使用有机溶剂的量很少,具有高选择性、高产率、工艺过程简单、低污染、符合绿色化学以及可实现分子自组装等优点,而且由于过渡元素Schiff碱配合物配位键较弱,大多可在低热温度或常温时就能发生固相反应,合成条比较件温和,现已成为人们制备新化合物的主要手段之一,对探讨新的合成方法及反应机理都具有重要意义。.1.2 希夫碱的介绍1.2.1 香草醛的简介香草醛是一种重要的合成香料, 用作定香剂、协调剂和变调剂, 广泛用于化妆香精,也是食品和饮料的重要增香剂。其化学名称为 3-甲氧基-4-羟基苯甲醛， 又称香兰素、香茅醛， 是香草豆的香味成分。 它存在于甜菜、香草豆、安息香胶、秘鲁香脂、妥卢香脂等中， 是一种重要的香料。 工业上它可由丁香酚直接氧化或用浓碱的水溶液处理， 异构化为异丁香酚， 再氧化制得。 香草醛可用作化妆品的香精和定香剂， 也是食品香料和调味剂， 亦为抗癫痫药。 有关香草醛测定方法主要有高效液相色谱法、反相高效液相色谱法、毛细管电泳法、循环伏安法、薄层色谱法等。 高效液相色谱法是目前用于香草醛分析较为普遍的手段。 通常香草醛样品在进行色谱分析之前均需经过复杂的前处理过程。 为提高分析效率， 有必要研制对香草醛具有专一性吸附的固相萃取材料， 分子印迹聚合物对模板分子具有专一识别能力和选择性吸附作用， 不仅可用于待测组分的纯化与富集， 还可以与液相色谱串联， 提高色谱柱的柱效， 极大提高分析效率。 印迹聚合物的合成技术有封管聚合、悬浮聚合、沉淀聚合等。 其中， 封管聚合由于实验装置简单、合成条件易于控制等优点, 应用最广。 目前， 分子印迹聚合物的制备和识别大多局限在非极性溶剂， 而多数生物和环境过程是水环境，使其应用受到了很大限制。 香草醛作为天然醛的一种,广泛存在于天然植物香草和桉叶中,在柠檬、柑桔等水果中,也含有香草醛,较集中地存在于香子兰的荚中8 (含量1. 5 %3 %) 直接从天然植物叶、果皮中可提取到香茅油,香茅油经分馏可得香草醛香草茅油有一定驱蚊治腹痛作用9-10 。香草醛作为原料也可以合成许多药物11 -12 :治疗柏金森病症的L2多巴;治疗心脏病的药物罂栗碱;血管扩张哌唑;治疗白内障的药物日内停等。香草醛类席夫碱在防酶催化剂、抑菌等方面的文献报道也很多。席夫碱及其衍生物与金属形成的配合物在生物活性药物抑菌、抗病毒、抗癌等方面有广泛应用13-14。由于Sch iff 碱的特殊结构, 使它具有配位能力强、配位范围广、反应条件温和等特点, 成为配位化学领域中重要配体之一. Sch iff 碱药物具有抑菌、杀菌和抗肿瘤等生物活性16 18 , 因而, 对这类化合物的研究十分活跃. 基于对该类化合物生物活性位点的兴趣, 本文合成水杨叉乙二胺Sch iff 碱铜配合物, 并得到单晶. X-衍射结构分析表明, 金属Cu 与配体C= N 中氮原子和酚羟基中氧原子配位. 晶体属正交晶系, 空间群pbcaR 1.2.2 希夫碱的发展Schiff 碱是一类非常重要的配体，其合成相对容易，能与胺类及带有羰基的醛或酮进行反应。通过改变连接的取代基、给予体原子的方法便可合成多种从链状到环状、从单齿到多齿这样性能迥异、结构多变的Schiff 碱配体。它们可以与周期表中大部分金属离子形成稳定性不一的配合物，如基团中含有O，N，S 等给予体原子无疑将成为有利于形成异核配合物的配体，所以它在配位化学中具有重要的作用。希夫碱在1864年首次描述通过两个等当量的醛和胺的缩合反应形成希夫碱，距今已140年，其反应机理是：由含羰基的醛、酮类化合物与一级胺类化合物进行亲核加成反应，亲核试剂为胺类化合物，其化合物结构中带有孤电子对的氮原子进攻羰基基团上带有正电荷的碳原子，完成亲核加成反应，形成中间物-羟基胺类化合物，然后进一步脱水形成希夫碱希夫碱（Schiff base），中文也称西佛碱、席夫碱等，是一类氮原子与碳原子用双键连结形成的化合物，如图1所示。C=N键长约0.1240.128 nm，偶极矩约0.90 D。有(Z)-、(E)-两种构型。席夫碱可以由伯胺与活泼羰基化合物在碱性条件下缩合制得，生成具有亚胺结构的产物R1R2C = NR3 （R1、R2、R3分别为H、烷基、环己基、芳香基或杂环），其特点是能够灵活地选择反应物，改变取代基给予体原子本性及其位置，便于开拓出许多从链状到环合，从单齿到多齿的性能各异、结构多变的席夫碱配体，如单齿希夫碱、双齿希夫碱、不对称希夫碱、异双希夫碱、大环席夫碱等。 希夫碱结构通式希夫碱类化合物通常具有一定生物活性。首先，希夫碱化合物本身具有很好的抗菌、抗癌、除草等生理活性。例如对金黄色葡萄球菌, 枯草杆菌，大肠杆菌，革兰氏阴性菌等都有很好的杀菌活性，对新型隐球菌和白色念珠球菌也有很好的抑制作用。其次，希夫碱配合物因具有更强的脂溶性和细胞穿透性，所以它的抗菌更广谱，且不易产生耐药性，拥有很好的医药价值。希夫碱金属配合物还具有抗结核、抗癌、抗菌等药理作用。希夫碱类化合物在材料、分析化学等领域里也有广泛应用。希夫碱作为功能性填料,可降低涂料的辐射发射率，这一性质可应用在军事红外隐身技术中。某些希夫碱具有液晶性,而且其独特的结构特点以及对外场刺激的强烈的反应性使它可以作为很好的功能材料,如可作液晶显示材料、和导电材料等。在分析化学领域，希夫碱作为良好配体，可以用来鉴别、鉴定金属离子和定量分析以及萃取金属离子；带有芳环的希夫碱配合物因具有共轭双键,有一定的荧光性9,10,所以可以通过测荧光运用于分析领域进行微量分析,如在检测室内甲醛含量方面具有很好的前景。在光致变色领域，某些含有特性基团的希夫碱可发挥离子探针的作用。 希夫碱在有机合成中有着重要应用。作为原料，希夫碱通过催化氢化反应、还原反应、氧化反应，环加成反应、-烷基化反应等可以合成重要的有机化合物。希夫碱及其配合物作为催化剂,广泛应用于有机催化领域。希夫碱及其配合物具有良好的催化性能，可以作为氧化还原催化剂、脱硫催化剂、仿酶催化剂等，在聚合反应、不对称催化环丙烷、烯烃催化氧化、电化学催化等方面都得到了广泛的应用。特别是作为手性催化剂广泛应用于催化不对称氢化、不对称环丙烷化、不对称氢转移、不对称氢硅化、不对称硅氰化和不对称氢氰化等反应。1.3夫碱的合成及其应用状况1.3.1 席夫碱化合物在发光材料领域的应用二十一世纪将是一个光子的时代，因此需要开发一些合适的化合物及材料，以用于高密度信息存储、光致开关及其他非线性光学器件中。许多共轭聚合物主链可视为扩展的生色团，它们表现出光致变色，光电导等光物理性质。光致变色席夫碱类由于其化学性质稳定和经紫外线照射不分解等优点，受到了人们的重视。刘卫军等人以对硝基苯甲酸经酯化和肼解后制得对硝基苯甲酰肼，再与对硝基苯甲酰氯反应得到1,2-二（4-硝基苯甲酰基）肼，所得化合物通过环化和还原生成了2,5-二（4-氨基苯基）-1,3,4-噁二唑，然后在中性条件下与对苯二甲醛聚合得到一种主链含噁二唑单元和席夫碱单元的新型共聚体1，利用元素分析、红外光谱、紫外光谱、热重分析和荧光光谱等对单体和聚合物进行检测。结果表明：1,3,4-噁二唑基团和席夫碱基团都是很好的生色团，对氧和热特别稳定；且两个基团相结合的聚合反应容易进行，所得聚合物的溶解性和热稳定性较好，并能发射较强的蓝色荧光，是一种具有发展前景的新型蓝色有机发光材料。 1张俊峰等人2通过亲核取代反应在2,2-联苯二酚氧基环氯磷腈母体2和3上引入2-醛基吡啶与对胺基苯酚形成的席夫碱侧基，合成了两种含有2,2-联苯二酚和席夫碱侧基的新型有机环磷腈化合物4和5。 两种化合物的光致发光起源于席夫碱侧基的激发态，发射能不受溶剂极性影响。它们的吸收和发射光谱对H+、Cu+离子较为敏感，起源于金属到配体3d（Cu）（席夫碱）的电荷转移跃迁吸收，在500 nm处被观测到。研究结果表明该类化合物在新型多功能荧光探针材料研发领域具有较好的应用前景1.3.2 席夫碱化合物在医药领域的应用由于席夫碱类化合物具有一定的药理学和生理学活性，近年来越来越引起医药界的重视。据报道，氨基酸类、缩氨脲类、缩氨类、腙类席夫碱类化合物及其配合物具有抗癌、抗菌等药理作用。1、席夫碱化合物在抗菌领域的应用胡卫兵等以芴为原料经硝化、还原得到2,4,7-三氨基芴，与一系列的醛缩合得到相应的席夫碱类化合物6，其结构经IR、1H NMR、MS和元素分析测试技术得以确证。采用平皿法测试了目标化合物质量分数0.01%的DMSO溶液对革兰氏阳性菌（G+）金黄色葡萄球菌（G+1），革兰氏阴性菌（G-）、大肠杆菌（G-1）和变形杆菌（G-2）的抑菌活性。以牛肉膏蛋白胨为培养基，接种后于37培养24 h，观察记录抑菌圈大小，依次评价供试化合物的抑菌活性。抑菌活性实验表明，目标化合物醛的芳环（R）上带有供电子取代基（-OCH3,-CH3,-OH,-NC2H6）时，对上述三种菌有较强的抑制作用。 田华等合成了3,4-二甲氧基苯甲醛缩乙醇胺席夫碱7，并对其进行了结构表征。结果与结论：初步确认了其组成，抑菌实验表明该席夫碱对枯草杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、革兰氏阴性细菌均有较好的抑制作用。胡庆红等以3-羧基水杨醛与二氨基硫脲为原料合成了新的3-羧基水杨醛双缩二氨基硫脲席夫碱8及其Co（）、Ni（）、Cu（）和Zn（）双核配合物9，收率57%78%。通过元素分析、1H NMR、IR、UV-Vis、摩尔电导、质谱分析等测试技术对合成得到的席夫碱化合物的组成和结构进行表征。抗菌活性结果表明，合成的席夫碱化合物具有较好的抗菌活性。冯驸等以芴为原料经硝化、还原反应得到2-氨基芴，再与一系列的芳香醛缩合得到相应的席夫碱类化合物10，其结构经IR、1H NMR、MS和元素分析测试技术得到确证。采用平皿法测试了目标化合物质量分数0.01%的DMSO溶液对革兰氏阳性菌（G+）、金黄色葡萄球菌（G+1）、革兰氏阴性菌（G-）、大肠杆菌（G-1）和变形杆菌（G-2）的抑菌活性。以牛肉膏蛋白胨为培养基，接种后于37培养24 h，观察记录抑菌圈大小，依次评价供试化合物的抑菌活性。抑菌活性实验表明，当目标化合物取代基（R）上带有供电子基（-OCH3, -CH3, -OH, -NC2H6）时，目标化合物对上述3种菌有较强的抑制作用。李中华等7以咔唑为原料经过亚硝基化后在醋酸溶液中用锌粉还原得到9-氨基咔唑，后者在弱酸催化下与不同取代芳醛反应，合成了9种新型的咔唑席夫碱，收率63% 87%。采用红外光谱、核磁共振谱、质谱和元素分析等测试技术确证了它们的结构。初步生物活性测试结果表明，目标化合物具有较好的抗菌活性，其中化合物11和化合物12对测试菌种的抑菌率高于85%。2、席夫碱化合物在抗癌领域的应用张维娟等研究香草醛缩氨基均三唑席夫碱对人肝癌细胞SMMC-7721的诱导分化作用。方法：用不同剂量的3-吡啶-3-基-4-（4-羟基-3-甲氧基-苯亚甲基）氨基-5-甲硫基-1,2,4-三唑（LH-37）13与SMMC-7721细胞共同培养，以MTT法检测细胞增殖和LH-37对细胞增殖的抑制作用，镜下观察细胞形态改变；采用酶联免疫法检测细胞甲胎蛋白含量，金氏法检测细胞碱性磷酸酶活性的变化。结果：LH-37在110-5110-3 mol/L的浓度范围均能抑制细胞增殖且抑制率随浓度的的增加而增高（P0.05或P0.01），细胞形态和结构向正常肝细胞方向逆转，110-5mol/L和110-6 mol/L的LH-37均可使细胞甲胎蛋白含量明显下降，碱性磷酸酶活性明显升高。结论：香草醛缩氨基均三唑席夫碱对人肝癌SMMC-7721细胞具有抗增殖、促分化作用。胡国强等以氨基均三唑硫代乙酸与9-蒽醛缩合得4-（9-蒽亚甲氨基）-5-苯基-均三唑-3-硫乙酸席夫碱目标化物14aj。用MTT方法评价了新化合物体外抗肿瘤活性。结果表明，目标化合物对CHO、HL60和L1210三种癌细胞株均有不同程度的细胞毒活性，具有进一步研究的价值。胡国强等为寻找新结构的水溶性抗癌先导化合物，采用氨基均三唑硫代苯丙酮与氨基均三唑硫醇15ae缩合得双均三唑单席夫碱化物16ae，接着依次与氨基氯乙烷和水杨醛进行亲核取代和缩合反应，分别得到含碱性侧链的单席夫碱17ae和非对称双席夫碱18ae。所合成新化合物的结构经元素分析和光谱数据表征，用甲基四噻唑蓝比色法（MTT）对新化合物进行了对于CHO、HL60和L1210三种癌细胞株的体外活性试验。在合成的15个新化合物中，双席夫碱结构的抗癌活性最强，其IC50值在20.0molL1以下，尤其是均三唑环连有双供电子取代基时（如化合物18c），表现出潜在的活性,其抗癌活性与上市药物比生群相当，具有侯选药物研究的价值。1.3.3 席夫碱化合物在防腐蚀领域的应用长期以来，许多金属及其合金在工业、民用、军事等各个领域得到了广泛的应用，但是金属及其合金在大气、海水中很不稳定，因此研究寻找有效的缓蚀剂引起了众多科学家的重视。席夫碱（尤其是一些芳香族的席夫碱）由于含有C=N双键，再加上含有的-OH极易与铜形成稳定的络合物而阻止了金属的腐蚀。研究发现芳香醛类席夫碱在H2S环境中对碳钢有缓蚀作用，实验结果表明芳香醛的给电子能力越强，缓蚀效率越高；席夫碱在硫酸溶液中对锌也有很好的缓蚀作用；某些席夫碱在盐酸环境中对铝也有很好的缓蚀作用。研究人员发现一些芳香族的席夫碱自组装成膜速度快，缓蚀效率达到90%以上，并且缓蚀效率随着自组装成膜时间的延长、浓度的增大、温度的降低而提高。有效的缓蚀剂将会节约大量的资源，因此，席夫碱在防腐蚀科学领域将有广阔的发展前景。1.3.4 席夫碱化合物在催化领域的应用席夫碱化合物结构中由于含有C=N双键，可与过渡金属形成络合物，进而发生催化反应。席夫碱配合物在催化方面的应用主要涉及到烯烃聚合反应、不对称催化反应、环氧化反应等领域。Grubbs11报道了水杨醛亚胺镍的过渡金属聚乙烯催化剂19。研究发现，这类催化剂合成简单，催化活性高，并且不需要其它活性助剂。Fujita等人12设计并合成了一系列不对称水杨醛亚胺和金属钛、锆等第VIII族金属所合成的聚乙烯催化剂，结构式如图设计并合成了一系列不对称水杨醛亚胺和金属钛、锆等第VIII族金属所合成的聚乙烯催化剂20。1.4希夫碱的金属配合物在世纪年代, 已经发现含有N,O 或N,S 给予体的希夫碱金属配合物中, 有些显示了显著的抗癌活性, 但随后顺铂的发现使人们的注意力集中到铂配合物上, 直到年代, 对该类配合物的合成, 筛选, 结构与活性关系的研究又引起广泛关注。希夫碱金属配合物抗癌药物的究主要集中于两个方面。脱氧核糖核酸(DNA) 是一类重要的生命物质,是生物体遗传信息的载体 19 . 许多生物实验都已证明, DNA 是抗癌试剂的靶向分子, 因为小分子能与DNA 相互作用从而阻止DNA 的复制和癌细胞的生长, 导致癌细胞死亡 20 . 近几年来, 过渡金属配合物和DNA 相互作用的研究成为DNA 分子探针和化学疗法发展中的一个重要方面. 在过渡金属中铜是一种具有+ 1 和+ 2 两种氧化态的重要生物元素. 许多生物酶都依靠铜元素的反应来激发其活性, 从而完成它在生物体中对新陈代谢过程的催化作用. 因此, 铜的配合物的合成与其生物活性的研究成为一个焦点领域25 ,26 . 同时, 希夫碱的配合物在生理和药理上也具有特殊的活性. 然而, 目前对铜与希夫碱的1.4.1含N,S 给予体的希夫碱金属配合物的研究却甚少.。1.4.1含N,S 给予体的希夫碱金属配合物70年代已经发现该类碱抗肿瘤活性与结构的关系为：(1)醛基取代物较胺基取代物的抗癌效果好。(2)由水杨醛制得的碱, 抗癌活性比其他醛制得的碱好。(3)取代基有利于分子的脂溶性时, 抗癌活性好。(4)取代基从环上拉电子能力愈强,碱的抗癌活性越高。 在此基础上, 将这些含N,O 给予体的希夫碱与金属配位, 生成的配合物大多数具有明显的抗癌活性。1.4.2含N, S给予体的碱金属配合物该类配合物的配体主要有以下种:通 通常三齿希夫碱金属配合物的抗肿瘤活性比二齿希夫碱金属配合物的大, 而且某些配合物只有很小的毒性, 当4d的累积剂量达到100mg/kg时, 对老鼠的胸腺, 脾, 肾等均无重大影响, 因此该类配合物是很有希望的抗癌剂。进入90年代, 人们发现氨基酸和希夫碱含有多个强电负性配位原子, 具有较强的配位能力和多样的配位模式, 由氨基酸和碱组成的金属三元配合物可能具有更好的抗癌活性和生物相容性,对该三元配合物的合成, 表征, 稳定性, 活性等进行研究, 这一类研究一般得出的结论是配合物的活性稍大于配体。希夫碱金属配合物的抗癌机理, 归纳起来有以下几种：（1）配体本身有抗癌活性, 金属的作用在于形成一个合适的可输送形式的配合物。（2）金属离子显示活性, 配合物为通过细膜输送金属离子所必需。（3）活性微粒是配离子, 可与生命中的重要细胞中心相互作用。 经过大量工作, 已经筛选出许多具有明显抗癌活性且无明显毒副作用的希夫碱金属配合物, 但其共同缺点是水溶性差, 从而影响了药效实验和临床使用。席夫碱可用作过渡金属离子配合物的配体，是以氮、氧原子进行配位的，其结构接近于生物体系的真实情况，适宜于进行生命体系的模拟研究，近年来受到人们的普遍重视。席夫碱的类型很多，其中席夫碱型大环化合物，由于其配合物具有优越的热力学稳定性和动力学的惰性等特点，使之在理论研究和实际应用中，都具有较好的研究前景，因而得到很快的发展。席夫碱类化合物及其金属配合物在药学、催化、分析化学、腐蚀以及光致变色领域有重要的应用：在医学领域，席夫碱具有抑菌、杀菌、抗肿瘤、抗病毒等生物活性；在催化领域，席夫碱的钴和镍配合物已经作为催化剂使用；在分析化学领域，席夫碱作为良好配体，可以用来鉴别金属离子和定量分析金属离子的含量；在腐蚀领域，某些芳香族的席夫碱经常作为铜的缓蚀剂；在光致变色领域，某些含有特征基团的席夫碱也具有独特的应用。主要源自它们所含基团的功能性，可能发生的反应，中心离子的作用，成键以及电子效应等因素。多种研究表明C=N-基团具有重要的生物学意义。希夫碱（1834-1915）第一次合成了如下结构的金属配合物，希夫碱也因此得名。1.4.3小分子希夫碱及其配合物的合成与应用在这方面报道最多的是水杨醛类希夫碱闭。这类希夫碱已大量用于金属离子的显色分析。由于它们是水杨醛的衍生物, 故还具有抑菌、抗癌和抗病毒活性等特点。这类希夫碱中有些还可用作生物氧载体的模型化合物和一些常规反应的催化剂、树脂的促进剂、高聚物的交联剂和药丸的缓释剂等。由于希夫碱是个很好的配体, 已有不少关于研究过渡金属离子与希夫碱配合物的合成和性质的报道。七十年代发现钻与希夫碱的配合物具有抗癌和抗肿瘤活性之后,此领域的研究工作更加活跃。如余宝源等合成了钻贾与邻氯苯甲醛和亚节基丙酮希夫碱的配合物, 并对它们进行了抑菌活性测试, 发现它们对大肠杆菌和枯草芽泡杆菌的抑菌效率达写以上。有人认为, 它们之所以有这种抑菌作用是由于在配体的甲亚胺基上活性原子和硫酮基上的活性原子与细胞发生键合而抑制了细菌的生长。现在研究发现钻贾的配合物还可作为催化剂。这方面的研究已引起广泛注意, 如杜文等研究了不同结构的希夫碱钻铬合物对苯酚氧化率的催化性能, 又以N ,N 一乙撑二(水扬叉亚胺)钻为催化剂, 考察了催化剂及底物浓度、温度、压力等不同条件对苯酚催化氧化的影响。Akira Nisbinaga等研究二分子水扬醛与一系列的二胺缩合而得到的希夫碱的钻配合物,在取代乙烯氧化中的作用, 反应产率高达百分之九十以上。锰在生物体中起着重要作用, 特别是锰在光合作用的光系统中的作用, 引起人们对锰的作用机制及其模型配合物的浓厚兴趣。在模型配合物的研究方面, 以水杨醛类与二胺类缩合而成的希夫碱配体的锰配合物的研究较多。同时, 锰的希夫碱配合物还可作为一些常规反应的催化剂, 如Olander Walter Karl研究了锰希夫碱对苯撑氧化物和2,6一二取代苯酚的聚合催化作用。过渡金属的希夫碱配合物中, 人们研究较多的除Co、Mn的配合物以外, 还有Fe、Cu、Cr 等d过渡以及2B族金属配合物。近来关于希夫碱单齿和多齿配位稀土配合物, 也有一些报道。由于稀土金属具有一般金属不可比拟的性能, 所以稀土金属的希夫碱配合物研究越来越引起人们广泛的兴趣。作为催化剂, 多核配合物如添酶、细胞色素氧化酶、超氧化物歧化酶通常比单核配合物有更好的活性, 它们的活性部位均是过渡金属的双核配合物。因而合成双核配合物具有重要意义。在绿色植物和光合微生物中, 水被氧化释放出氧的反应和一种被称为放氧复合物、缩写为的锰蛋白所起的催化作用有关。一般认为每一个放氧复合物包含二至四个锰核, 因此近年来对多核锰模型配合物的研究兴趣日趋增长。1.4.4、聚合希夫碱及其配合物的合成与应用自本世纪五十年代开始, 由二醛或二酮与二胺发生共聚缩合或者由氨基碳基化合物均聚缩合, 人们都能很容易地得到聚合希夫碱。聚合希夫碱是良好的金属配体, 并可作为生物化学的模型物, 同时它们又有良好的半导体性质, 故引起了人们广泛的兴趣。由二胺与二醛(或二酮)缩合得到的聚合希夫碱的分子量通常不大。据C.Decoene和PH.Teyssie报道, 水杨醛与聚胺反应, 产生的聚合希夫碱分子量要大一些, 而且得到的希夫碱还具有高分子化合物的一些特点(如难溶于一般有机溶剂, 具有更好的半导体性质)。M.S.Paatel和A.R.Patel 研究了4,4 一二乙酞基一二苯醚与邻、间、对一苯二胺、联苯胺、乙二胺在不同的条件下缩合生成聚合希夫碱的反应, 并发现这些希夫碱具有良好的热稳定性和半导体性质。聚合希夫碱同样也是金属良好的配体。据1960年报道A,P ,Terentev等得到了聚5,5 一二亚甲基一双(水杨叉胺)类高分子化合物, 并合成了它们的Cu、Ni、Zn、Cd、Co、Fe等23种配合物。最近的研究表明, 聚合希夫碱除了以上的功能外, 还具有良好的催化活性。德国学者D.Woehrle 等， 用一轻基一一乙烯基苯甲醛与二胺缩合而成的希夫碱与苯乙烯共聚的方法得到了聚合物的配合物， 并发现这个聚合物对2,6 一二叔丁基苯酚的氧化显示了良好的催化活性。1.4.5、大环希夫碱及其配合物的合成与应用大环希夫碱一般由二胺与二拨基化合物缩合而成。研究得最多的大环希夫碱是2,6一二乙酞毗吮与各种二胺生成的一系列大环化合物。其反应机理和配合物的应用等都得到了较深入的研究, 如, 已发现这类配合物用作核磁共振位移试剂气离子探针, 并用于斓系元素的分离。合成的大环化合物与天然产物十分相似, 可以进行生物模拟, 这引起了人们的广泛兴趣。其中大环希夫碱及其配合物是大环配合物研究中最活跃的领域。大环化合物及其配合物的合成一般采用模板反应。非模板合成也有报道。 1.4.6、高分子负载希夫碱随着高分子化学的发展, 人们把各种功能小分子接枝到高分子上而得到多种功能高分子材料。同样人们在高分子负载希夫碱方面也作了不少工作, 如汪信川等通过氯甲基化的二乙烯基苯一苯乙烯聚合物与二胺和醛反应, 制得了两种负载在树脂上的希夫碱, 并发现它们对一些金属离子具有良好的叭附性能。他们还把希夫碱分子接在经过处理的硅胶上, 并研究了它们对Cu2+、Co2+ Cd2+和Pb2+的良好配位作用， 准备将其用子环保和金属提纯等方面陈行琦等也研究了希夫碱的赘合树脂， 发现这些树脂在一定条件下对Cu2+具有良好的吸附性能。并把它推广应用于电镀废液中Cu2+的再生。希夫碱及其金属配合物用途广泛, 通常用作金属离子分析剂、金属离子萃取剂、环保去污、抗病抑菌剂、催化剂、胶粘剂的改进剂、药丸的缓释剂、高聚物的交联剂等同时, 它们还有个神奇的功能生物模拟催化活性。 这些功能必将激发人们对希夫碱, 尤其对它们的新用途进行更深入的研究。1.5 希夫碱配合物的产生机理、合成方法及展望1.5.1 希夫碱生成速度、产率与胺类的亲核性、溶剂的极性、底物中羰基碳原子的正电核密度、空间效应、脱水等有着密切的关系1.从试剂的亲核性来讲，主要是增强胺类物质中氮原子的电子云密度，氮原子的电子云密度越大，试剂的亲核性就越强，化学反应速度就越快，反之就越慢如对芳香性的胺，其苯环上氨基的邻、对位采用给芳环供电子的烷基、羟基等基团，则有利于氮原子电子云密度增加，反之，苯环上氨基的邻、对位采用吸电子的基团如硝基、卤素等，则不利于氮原子电子云密度增加，其亲核性下降，反应速度下降.2.从羰基碳原子带电性来讲，碳原子带正电荷越多，则越利于亲核试剂的进攻，化学反应速度越快，对于醛类化合物，如芳醛类化合物，其芳环上带吸电子的取代基，通过诱导与共轭效应，使得醛基上的碳原子正电荷加强，有利于Schiff base的形成，对于酮类化合物，与羰基碳相连的基团，如是吸电子的基团，则有利于亲核加成化学反应的进行，有利于Schiff base的形成，反之，则不利于Schiffbase的形成.3.从脱水性来讲，形成希夫碱的反应通式为：对此反应体系来讲，从反应平衡中去掉产物中的水，有利于希夫碱的生成，则产率提高在这里提供两种方法除去反应中的水：(1) 硫酸镁、硫酸钠等是通常采用的脱水剂，由于无水硫酸镁与反应中的水结合，形成固体结晶体，从而使水脱离液相反应体系，平衡有利于向生成希夫碱的方向移动（2）使用Dean Stark 仪器，使反应生成的水脱离反应体系4.空间效应，当氮原子或羰基碳原子直接连有大的基团时，由于大基团的空间位阻，不利于亲核加成化学反应的进行，一般情况下，对于底物来讲，同类的醛要比同类的酮易于进行化学反应，因为酮类羰基碳连有两个相对大的基团，而醛类中羰基碳由于连有一个体积相对小的氢，所以醛类物质比酮类物质易于发生亲核加成化学反应对于进攻的亲核试剂胺类化合物，氮原子连有的基团越大，越不利于化学反应的进行5.溶剂的极性对化学反应的影响试剂胺类化合物对底物羰基类化合物的亲核加成反应，反应物的电荷分散，当反应形成过渡态时，过渡态的电荷相对于反应物的增大、集中，选择极性比较大的溶剂有利于过渡态的稳定，从而降低反应的活化能，有利于产物的生成因此，选择极性比较大的溶剂会加速化学反应的进行1.5.2希夫碱及配合物的合成方法1.希夫碱配体的合成.当希夫碱与过渡金属相配合时，我们称希夫碱为金属离子的配体，配体与金属离子结合生成的化合物称之为希夫碱的配合物，简称为配合物，金属与配体的结合主要是通过过渡金属的d轨道接受配体中氮原子、氧原子等原子所带的孤电子对，形成共价配键配体的合成相对简单，主要是溶剂的选择，一般溶剂选择为甲苯、苯及乙醇等，其反应温度温和，从零度至100度左右，但希夫碱配体的纯化相对复杂，一般不采用色谱法，因为希夫碱 在硅胶柱中能导致分解，所以大多数情况下采用结晶纯化，纯化试剂可以使用极性较小的己烷或环己烷,产生的希夫碱配体在室温下不溶或微量溶于这些溶剂，而在温度较高时溶于这些溶剂，利用温差对希夫碱配体溶解度的变化，从而提纯Schiffbase配体. 2.配合物的产生，对于不同的过渡金属，当它与配体配合时，方法有许多种，根据文献目前比较成熟的有五种合成方法，它们分别针对五种金属化合物：A醇盐类M(OR)nB氨基类金属化合物M(NR2)nC烃基类金属化合物MRnD羧酸类金属化合物M(OAc)E金属卤化物MXn为氯、溴，金属化合物的不同而采用的合成方法也不同，由于篇幅所限，不详细叙述.1.5.3 从应用来讲1. 希夫碱配体是比较容易获得的，由于它们比较容易制备，反应步骤简单，产率高，同时它们具有在常温下比较稳定，不易被氧化、分解、易保存等特点，通过希夫碱配体与许多过渡金属化合物配合, 可以使金属离子变得更加稳定，不易被氧化剂等氧化. 2.通过化学反应，我们可以比较容易地制备一些手性希夫碱配体，通过手性希夫碱配体与过渡金属化合物的配合，我们可以得到具有手性的配合物，以这些手性的配合物为催化剂进行催化反应如对某些烯烃类化合物进行催化环氧化反应时，在手性配合物作为催化剂参与环氧化反应时，预期可以得到非外消旋体的烯烃类环氧化物目前希夫碱的配合物已用于化工生产、生物制药、医学领域的研究.1.5.4 发展方向目前，科研人员广泛研究的有以下几个方面:1. 希夫碱配体已由分子量较小的、反应步骤少的简单合成，向分子量较大、配体结构较复杂、反应步骤较多的复杂合成发展.2.由非手性的希夫碱配体向手性发展，这主要借助手性醛类化合物、手性胺类、手性氨基酸类、手性缩胺酸类等化合物，依靠醛类与胺类化合物的反应，产生具有旋光性的希夫碱配体.3.借助手性希夫碱配体与金属化合物的反应，制备具有化学活性的手性配合物，把这些配合物作为催化剂用于化学反应，以期望得到具有光学活性的产物，关于制备具有化学活性的手性配合物尤其是化学工作者研究的热门领域. 1.6希夫碱的三元配合物三元配合物是指由三种不同组分组成的配合物。广义地讲, 三元配合物是普遍存在的, 因为一般所说的在水溶液中的离子并不是裸离子, 而是水合了的离子, 当它们与其它配体配位时, 实际上是取代水的配位, 因此, 在低配位的情况下, 就是一种水与其它配体所形成的三元配合物。但这类三元配合物, 其颜色没有显著变化, 所以并没有引起人们的注意, 通常被看作二元配合物。六十年代, 人们发现一种或两种有机配体参与形成的三元配合物具有许多优越的分析特性, 引起了人们的广泛注意, 以这类三元配合物反应为基础的分析方法无论在灵敏度、选择性, 还是准确度方面均较一般方法有明显提高, 是近代化学分析的发展方向之一。稀土离子及其配合物由于具有独特的生物活性越来越受到化学、医药研究领域的关注。席夫碱主要是指含有亚胺或甲亚胺特征集团( 2RC =N2)的一类有机化合物,其通常是由胺和活性醛基缩合而成。研究结果表明席夫碱类金属配合物具有抗菌、抗肿瘤、抗病毒的生物活性。邻菲咯啉具有较大的平面刚性芳香环,它能作为一种优良的配体能和许多物质形成稳定的配合物,其配合物与DNA有很好的作用,被广泛应用于制备生物大分子探针、发光材料及抗菌抗肿瘤药物等领域。稀土席夫碱配合物与稀土邻菲咯啉配合物的生物活性已有报道,但对于稀土、席夫碱及邻菲咯啉三元配合物的研究并不多见,我们期望利用这三种具有生物活性的配体的协同作用合成出一种生物活性更好的物质,有文献报道有人合成了一种新型稀土席夫碱邻菲咯啉三元配合物,探讨了这类配合物的光谱学性质,研究了其与微生物(细菌与真菌)以及与癌细胞的作用方式与机制,为该类配合物在杀菌抗癌药物领域的应用提供了一定的依据。希夫碱是有机合成中一种重要的配体，由于席夫碱类化合物具有一定的药理学和生理学活性，近年来越来越引起医药界的重视。有相关文献报道一些香草醛类希夫碱金属配合物有杀菌、抗癌的作用。由于Schiff碱配合物通常具有显著的生物活性,可以起到载氧和传递电子的作用,因而近年来有关这方面的工作引起了人们的极大兴趣,其研究也日趋活跃 123 ,为了探讨金属离子与这类Schiff碱配体的配位行为,在无水乙醇介质中合成了未见文献报道的双香草醛缩乙二胺有机配体与Cu2+形成的固体配合物用此希夫碱作为配体与乙酸铜以1:2的配比在无水乙醇条件下合成一种香草醛类希夫碱铜配合物，然后再上述反应条件下分别再加入另一种乙酰丙酮配体和1，10-菲啰啉配体经反应形成的两种三元配合物，并对其各种物理、化学性质及结构进行了系统研究。第二章 希夫碱配合物合成实验2.1实验药品及仪器2.1.1 实验仪器仪器型号及名称产地DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器巩义市英峪予华仪器厂HR-200电子天平大连众达化学助剂经销CL-200型集热式恒温加热磁力搅拌器巩义市英峪予华仪器厂SHZ-D()循环水式真空泵巩义市英峪予华仪器厂 UV/vis-2450 紫外分光光度计日本岛津LABOROTA 4000-EFFICIENT旋转蒸发仪德国Varian 400Mz核磁共振波谱仪美国SHIMADZU IR Prestige-21 红外分光光度计日本2.1.2 实验药品名称规格产地香草醛乙二胺分析纯（AR）天津市科密欧化学试剂有限公司乙酸铜分析纯（AR）天津市天河化学试剂厂乙酰丙酮分析纯（AR）国药集团化学试剂有限公司1，10-菲啰啉分析纯（AR）国药集团化学试剂有限公司无水乙醇分析纯(AR)天津市科密欧化学试剂有限公司2.2 配体（L）的合成线路图（L为双香草醛缩乙二胺希夫碱配合物）香草醛 乙二胺 配体图1 乙二胺希夫碱配体的合成路线图2.3 配合物的合成2.3.1 反应药品的配比1. 配体（L）的合成配比：n（香草醛）：n（乙二胺）= 2 ：1。2. 金属铜配合物的合成配比：n（L）：n(乙酸铜) = 2 ：1。3. 三元配合物的合成：（1） n（L）：n(乙酸铜) ：n(乙酰丙酮) = 1 ：1 ：1。 （2） n（L）：n(乙酸铜) ：n(1,10-菲啰啉)= 1 ：1 ：1。2.3.2 希夫碱配体（L）的合成步骤 （1）称取3.805g（0.025mol）香草醛溶解于15ml无水乙醇中。 （2）将溶液缓缓加入到0.75g（0.0125mol）乙二胺中。 （3）常温搅拌反应至有大量黄色沉淀生成时，抽滤并用无水乙醇洗涤3-5次，干燥后得到黄色粉末状固体，计算收率为89.15%。然后对产品进行表征。2.3.3 希夫碱配合物的合成反应步骤1配体L与乙酸铜反应：（1）称取配体L0.1331g(0.4mmol)和乙酸铜0.399g(0.2mmol)分别溶解于120ml和15ml无水乙醇中。（2）在搅拌的条件下，把乙酸铜溶液缓慢滴加入配体L溶液中， 600C恒温加热回流4小时。（3）然后用旋转蒸发仪蒸干冷却得到黑色固体。然后对产物进行图谱分析。2配体L、配体乙酰丙酮和乙酸铜反应：（1）称取乙酸铜0.0794g(0.4mmol)、配体L0.1330g（0.4mmol）和乙酰丙酮0.0400g(0.4mmol)。将配体L和配体乙酰丙酮混合溶解于120ml无水乙醇中，乙酸铜溶解于15ml无水乙醇中。（2）在搅拌条件下，把乙酸铜溶液缓慢滴加入配体混合溶液中，600C恒温加热回流4小时。（3）然后用旋转蒸发仪蒸干冷却得到棕色固体。然后对产物进行图谱分析。3 配体L、1,10-菲啰啉和乙酸铜反应：（1）称取乙酸铜0.0998g(0.5mmol)、配体L0.1662g（0.5mmol）和1,10-菲罗啉0.0991g(0.5mmol)。将配体L和配体1,10-菲罗啉混合溶解于120ml无水乙醇中，乙酸铜溶解于15ml无水乙醇中。（2）在搅拌条件下，把乙酸铜溶液缓慢滴加入配体混合溶液中，600C恒温加热回流4小时。（3）然后用旋转蒸发仪蒸干冷却得到棕色固体。然后对产物进行图谱分析。第三章 希夫碱金属铜配合物的光谱分析3.1光谱分析3.1.1，希夫碱配体的光谱分析红外分析：图1 双香草醛缩乙二胺合成的希夫碱配体L红外光谱图图谱分析：由图可知，配体在1 596 cm-1 处的强吸收峰归属于C=N 基团的特征吸收，此峰的存在证实了Schiff 碱的生成。在3418 cm- 1 处有一中等强度的吸收峰，归属于酚羟基的氧氢伸缩振动吸收峰；2925cm- 1处的强吸收峰归属于OCH3 上CH 键；1 199 cm- 1 处吸收峰归属于Ar- O伸缩振动；1465，1199，866，749，520 cm- 1 处为苯环的吸收振动峰。紫外分析：图2 双香草醛缩乙二胺合成的希夫碱配体L紫外光谱图光谱分析：用紫外光谱（UV）对产物进行分析，以无水乙醇做溶剂和参比样，将产物分别配成约2.010- 5mol/L 的乙醇溶液，用TU- 1901 型双光束紫外可见光分光光度计分别对产物进行紫外光谱分析，扫描范围为200450 nm，扫描速度为2nm/s，其特征吸收峰谱图如图2所示，208处的吸收峰归属为OH 基团的吸收峰，226 处的吸收峰为OCH3 基团的吸收峰，273 处为苯环的吸收峰，305 处为共轭的席夫碱C=N 的* 电子跃迁吸收带,403处为C=N的可见光吸收峰，也证明了NH2 与C=O基完全缩合生成了C=N 双键，合成了新型的Schiff 碱，即双邻香草醛乙二胺席夫碱。 3.1.2，双香草醛缩乙二胺合成的希夫碱配体L与乙酸铜合成的金属配合物的光谱分析红外分析：图3 双香草醛缩乙二胺合成的希夫碱配体L与乙酸铜合成的金属配合物的红外光谱图图谱分析：由图可知，配体在1 590 cm-1 处的强吸收峰归属于C=N 基团的特征吸收。在3 253 cm- 1 处有一强吸收峰，归属于酚羟基的氧氢伸缩振动吸收峰；2 929cm- 1处的强吸收峰归属于OCH3 上CH 键；1 158 cm- 1 处吸收峰归属于Ar- O 伸缩振动；1 460，1 158，854，727，582 cm- 1 处为苯环的吸收振动峰。 形成配合物后,配体在1596cm- 1处的C =N伸缩振动带向低波数方向移动了6cm- 1 ,说明配体中C =N键上的N原子与Cu2 +离子发生了配位作用,形成了Cu - N键。配合物在1027cm- 1出现C - O的伸缩振动吸收峰,考虑到配合物的制备,说明配合物中可能存在结晶的乙醇分子。苯环上的羟基峰一般位于3600cm- 1 - 3400cm- 1 ,配体中的羟基峰在3418cm- 1 处，这是因为配