大環超分子二（三環己基錫）吡啶-二甲酸酯的合成、結構和抗癌活性

鄺代治 庾江喜 馮泳蘭 朱小明 蔣伍玖 張復興

(衡陽師范學院化學與材料科學學院，功能金屬有機材料湖南省普通高等學校重點實驗室，功能金屬有機化合物湖南省重點實驗室，衡陽 421008)

有機錫羧酸酯化合物具有良好的催化、殺菌、抗腫瘤性能，被廣泛應用于工農業。有機羧酸作為含氧多齒配基與有機錫反應[1-5]，具有多種錫-氧作用形式，既可形成有機錫羧酸酯(R′COO)xSnR4-x(x=1～3)，又可通過羰基與錫原子配位(＞C=O→Sn)形成羧基的2個氧作用于同一個錫的螯合結構、或2個氧分別作用于2個錫(Sn-O-C=O→Sn)的羧基橋聯結構的有機錫羧酸酯配合物[6-7]。此外，烴基數、烴基結構的空間效應還可以影響有機羧酸與有機錫的作用形式。因此，有機羧酸與有機錫前體化合物的反應，可產生多種多樣結構的有機錫化合物，具有豐富的反應性能和結構，人們一直致力于研究此類化合物。盡管人們對有機錫羧酸酯的合成、結構進行了較廣泛的研究，但對有機錫含N雜有機二元酸酯研究相對較少。作為一種生物體內具有生物活性的物質，吡啶二甲酸(H2pydc)是具有剛性環及柔性鏈的含N雜有機二元酸多齒配體。由于吡啶環上2個羧基之間相對位置引起不同的空間效應，其表現出不同的反應性能，如2，x-H2pydc(x=3～6)與有機錫反應，往往2-位羧基O和吡啶N與同一Sn發生作用[8-10]，非2-位羧基O與N難以發生這種與同一Sn原子的作用，而3，x-H2pydc(x=4～5)的吡啶N可向另一金屬配位[11]。吡啶二甲酸的6種異構體中，2，6-和3，5-H2pydc具有對稱結構的特點，可作為組裝對稱有機錫化合物的配體。本文運用微波溶劑熱方法，以三環己基氫氧化錫，分別與 2，6-H2pydc、3，5-H2pydc反應，合成4個二(三環己基錫)吡啶-二甲酸酯大環超分子化合物，初步測試了化合物對人結腸癌(HT-29)、肝癌細胞(HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌細胞(A549)等5種人體外抗腫瘤生物活性。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

合成反應在微波有機合成系統(MicroSYNT Labstation for Microwave assisted意大利)完成?；衔锏募t外光譜用Shimadzu FTIR 8700(KBr壓片，400～4 000 cm-1)光譜儀測定；C、H和N組成用PE-2400ギ元素分析儀測定；1H和13C NMR核磁共振波譜在Bruker Avance-400和500測得 (TMS內標，CDCl3溶劑)、119Sn NMR 用 Bruker Avance-500光譜儀測定 (Me4Sn內標)；晶體分子結構測定用Bruker Smart ApexⅡCCD單晶衍射儀；化合物的熔點用北京泰克XT-4雙目體視顯微熔點儀測定(溫度計未經校正)。所有試劑為化學純，未經純化直接使用。

1.2 化合物的合成

取三環己基氫氧化錫 (0.770 g，2 mmol)、2，6-H2pydc 或 3，5-H2pydc(0.167 g，1 mmol)溶 于 20 mL甲醇，置于聚氟乙烯反應瓶中，設置微波有機合成系統120℃微波輻射反應2 h，冷卻至室溫，過濾，減壓蒸發溶劑，固體重結晶得產物，在適當溶劑中溶解產物，室溫放置，數天后析出用于測定結構的晶體。

無色晶體 1，產量：0.407 g(72.0%)。 m.p.123～124 ℃。1H NMR(500 MHz，CDCl3)：δ 8.35(t，J=8 Hz，2H，3，5-Py-H)，8.06(t，J=8 Hz，1H，4-Py-H),3.51(s,3H,CH3),1.25～2.10(m，34H，Cy-H，MeO-H)。13C NMR(125 MHz，CDCl3)：δ 26.98(δ-C)，28.78，29.04，29.30(γ-C，3J(119Sn-13C)=64 Hz)，31.21，31.27，31.32(β-C，2J(119Sn-13C)=14 Hz)，34.66(α-C，1J(119Sn-13C)=325 Hz，1J(117Sn-13C)=312 Hz)，50.86(CH3OH)，126.22，129.12，139.32，146.60,148.93(Py-C),164.47,168.28(COO)。119Sn(186.5 MHz，CDCl3)：δ 40.30。 IR(cm-1)：3 441(b，νO-H)；2 920,2 843(m，νC-H)；1 661，1 626(s，νasCOO)；1 398(m，νsCOO)；586(w，νSn-C)；426(w，νSn-O)。119Sn(500 MHz，CDCl3)：39.88。 元素分析按 C26H41NO5Sn計算值(%)：C，55.14；H，7.30；N，2.47。實測值 (%)：C，55.24；H，7.15；N，2.43。

無色晶體 2，產量：0.579 g(58.0%)。 m.p.146～147 ℃。1H NMR(400 MHz，CDCl3)：δ 7.88～8.23(m，3H，3，4，5-Py-H)，7.37(s，6H，Ph-H),1.34～2.02(m,68H,Cy-H，H-O-H)。13C NMR(100 MHz，CDCl3)：δ 27.07(δ-C)，28.81，29.13，29.45(γ-C，3J(119Sn-13C)=65 Hz)，31.36(β-C，C6H6，2J(119Sn-13C)=14 Hz)，34.55(α-C，1J(119Sn-13C)=332 Hz，1J(117Sn-13C)=317 Hz)，127.57(3，5-Py-C)，137.47(4-Py-C)，150.62(2，6-Py-C)，169.28(COO)。119Sn(186.5 MHz，CDCl3)：δ 24.86。IR(cm-1)：3 377(b，νO-H)；2 920，2 845(m，νC-H)；1 632，1 578(s，νasCOO)；1 352(m，νsCOO)；482(w，νSn-C)；417(w，νSn-O)。 元素分析按C49H77NO5Sn2計算值 (%)：C，59.00；H，7.78；N，1.40。實測值(%)：C，58.93；H，7.69；N，1.46。

無色晶體 3，產量：0.546 g(56.6%)。 m.p.157～158 ℃。1H NMR(400 MHz，CDCl3)：δ 9.34(s，2H，2，6-Py-H)，8.86(s，1H，4-Py-H)，3.49(s，6H，2CH3)，0.96～2.06(m，68H，Cy-H，MeO-H)。13C NMR(100 MHz，CDCl3)：δ 26.86(δ-C)，28.65，28.91，29.16(γ-C，3J(119Sn-13C)=64 Hz)，31.06，31.11，31.17(β-C，2J(119Sn-13C)=14 Hz)，34.20(α-C，1J(119Sn-13C)=331 Hz，1J(117Sn-13C)=317 Hz)，50.76(CH3OH)，127.99(3，5-Py-C)，139.07(4-Py-C)，153.97(2，6-Py-C)，169.22(COO)。119Sn(186.5 MHz，CDCl3)：δ 27.13。IR(cm-1)：3 447(b，νO-H)；2 920，2 845(m，νC-H)；1 661，1 612(s，νasCOO)；1 402(m，νsCOO)；592(w，νSn-C)；527(w，νSn-N)；424(w，νSn-O)。 元素分析按C45H77NO6Sn2計算值(%)：C，55.98；H，8.04；N，1.45。實測值(%)：C，56.02；H，8.07；N，1.47。

無色晶體 4，產量：0.465 g(48.2%)。 m.p.217～218 ℃。1H NMR(400 MHz，CDCl3)：δ 7.83～8.25(m，3H,2,4,6-Py-H),1.31～2.06(m,74H,Cy-H,CH3CH2OH,HO-H)。13C NMR(100 MHz,CDCl3)：δ 18.31(CH3CH2OH),26.85(δ-C)，28.65，28.90，29.16(γ-C，3J(119Sn-13C)=65 Hz),31.05,31.11，31.16(β-C，2J(119Sn-13C)=14 Hz)，34.18(α-C，1J(119Sn-13C)=330 Hz)，58.22(CH3CH2OH)，127.98(3，5-Py-C)，139.07(4-Py-C)，153.91(2，6-Py-C)，169.19(COO)。119Sn(186.5 MHz，CDCl3)：δ 27.14。IR(cm-1)：3 395(b，νO-H)；2 920，2 845(m，νC-H)；1 628(s，νasCOO)；1 377，1 329(m，νsCOO)；565(w，νSn-C)；419(w，νSn-O)。元素分析按 C45H77NO6Sn2計算值(%)：C，55.98；H，8.04；N，1.45。 實測值(%)：C，56.03；H，8.01；N，1.40。

1.3 X射線晶體衍射

選取大小合適的晶體，在單晶衍射儀上，采用經石墨單色化的 Mo Kα 射線(λ=0.071 073 nm)，于296(2)K，以φ-ω掃描方式收集衍射點數據。衍射強度數據經多重掃描吸收校正，晶體結構中大部分非氫原子由直接法解出，其余部分非氫原子在隨后的差值傅立葉合成中陸續確定，對所有非氫原子坐標及其溫度因子采用全矩陣最小二乘法精修。由理論加氫法給出氫原子在晶胞中的位置坐標，對氫原子和非氫原子分別采用各向同性和各向異性熱參數精修，全部結構分析工作在WINGX上調用SHELX-97程序完成[12]?；衔锏闹饕w學數據列于表1。

CCDC：818373,1；838280,2；838281,3；872955,4。

表1 化合物的晶體學數據Table 1 Crystallographic data of the compounds

續表1

1.4 抗腫瘤活性測定

HT-29，HEPG2，MCF-7，KB 和 A549 細 胞 取 自美國組織培養庫，用含10%牛胎血清的RPMI1640(GIBICO，Invitrogen)培養液，在含 5%(V/V)CO2的培養箱內于37℃下培養，用MTT法檢測細胞增殖與生長抑制情況，調整實驗細胞數量使在570 nm獲得1.3～2.2的吸光度，將化合物測試藥液(0.1 nmol·L-1～10 μmol·L-1)設置 6 個濃度，處理細胞 72h，每個濃度至少3個平行和3次重復實驗。應用GraphPad Prism 5.0軟件統計分析確定IC50值。

2 結果與討論

2.1 譜學性質

化合物1～4的IR和 (1H、13C和119Sn)NMR譜具有明顯特征。有機錫羧酸酯的羧基產生的伸縮振動紅外光譜特征峰 νas(COO)、νs(COO)之差 Δν均大于200 cm-1，表明化合物1～4的羧基氧均以單齒與錫作用[13]。 此外，紅外光譜在280～600 cm-1出現 ν(Sn-C)[14]和在 410～430 cm-1出現 ν(Sn-O)[15-16]化合物的弱特征峰，進一步佐證了X射線晶體衍射實驗獲得的化合物結構。羰基(＞C=O)和Sn-O的氧對羧基碳具有較大的拉電子作用，使羧基碳的13C NMR譜線信號移向δ=160～170的低場成為特征譜線。有機錫化合物的119Sn NMR化學位移，受與錫相連的烴基和配體的影響[17]，在較低場分別出現119Sn譜線：40.30(1)、24.86(2)、27.13(3)和 27.14(4)。 化合物在1H NMR譜中羧基H質子信號消失，其中化合物1雖還有一個羧基H(3A)未發生離解，但可能由于發生活潑氫交換，也未見H(3A)質子的信號，其它質子峰化學位移信號及其氫原子數與其積分面積比相吻合。

2.2 晶體結構

化合物的主要鍵長和鍵角見表2，其晶體分子結構見圖1，鍵參數和晶體分子結構表明，2，6-H2pydc和3，5-H2pydc與三環己基氫氧化錫反應，形成兩類羧基單齒型配合物[11]，又由于不同的溶劑小分子(水、甲醇或乙醇等)參與形成晶體結構，使得兩類配合物產生4個不同的化合物1～4(Scheme 1)。

表2 化合物1～4的部分鍵長（nm）和鍵角（°）Table 2 Selected bond lengths （nm）and angles （°）for compounds 1～4

續表2

圖1 化合物的分子結構Fig.1 Molecular structure of the compounds

在化合物1，晶體結構單元由1個游離甲醇分子、1個吡啶-2，6-二甲酸和1個三環己基錫組成。吡啶-2，6-二甲酸的2個羧基以不同成鍵方式分別與2個SnCy3作用形成不對稱結構，其中一個羧基以O(1)與Sn(1)形成有機錫羧酸酯，O(1)-Sn(1)鍵長0.213 58(19)nm，另一個羧基的H(3A)未發生離解，以羰基O(4)與Sn(1i)配位形成有機錫配合物，O(4)-Sn(1i)鍵長0.263 7 nm。因此，對于同一個錫，由來自2個不同配體的羧基氧與錫組成軸向位置，3個環己基碳(C(8)、C(14)和 C(20))處于赤道位，由于 O(4)-Sn(1i)鍵明顯拉長和3個C-Sn鍵偏向配鍵方，中心錫與配基原子構成變形三角雙錐六面體幾何構型。對于同一個吡啶-2，6-二甲酸，分別與2個錫相連，羧基氧與錫原子間的相互作用，形成一維鏈配位聚合物。在化合物2的晶體結構單元，吡啶-2，6-二甲酸的2個羧基氫質子均發生離解，并分別與2個錫反應，其中Sn(1)上連3個環己基和1個氧形成變形四面體構型，Sn(2)配位環境比Sn(1)原子多了1個水分子配位，形成三角雙錐六面體構型?？赡苁窃谶拎さ?，6-位附近的3個環己基的空間效應較大的原因，化合物1、2的吡啶N原子均未與SnCy3配位。

Scheme 1

圖2 氫鍵構筑化合物的二維網狀結構Fig.2 2D network for constructed via the hydrogen bonds

化合物3、4的晶體結構單元中羧基與SnCy3作用類似化合物2，1個甲醇和1個水分子分別參與3、4的1個錫的配位，另3和4還分別有1個甲醇和1個乙醇分子未參與配位，形成不對稱獨立結構單元，但由于3，5-pydc的空間效應不同于化合物2而表現出不同的結構，3、4的2個羧基位于吡啶環N的間位，與吡啶環N呈三角位置，使環N原子凸出，N可與其它原子發生配位作用，如3，鄰近吡啶環N(1iv)向無甲醇溶劑分子配位的Sn(2)配合，形成N(1iv)→Sn(2)-O(3)(鍵角 174.02°，N(1iv)→Sn(2)鍵長0.283 7 nm)為軸向位置的六面體構型，由分子間的這一配位作用，組成以[→Sn-O-C(O)-Py→]n為一維鏈的配位聚合物。在化合物4，鄰近吡啶環N(1ii)與H(5xii)的弱作用(∠N(1ii)…H(5xii)-O(5)，133.60°；N(1ii)…H(5xii)，0.212 9 nm)形成類似化合物3的一維鏈。值得指出的是，由于分子間的弱作用或溶劑分子參與產生的弱作用，化合物1～4的晶體自組裝成超分子結構：1的一維鏈之間，由C(16)-H(16B)…Py發生σ…π作用[18]，形成26元環且擴展為二維無限結構。2中Sn(2)上水分子的O(5)-H(5A)與鄰近分子的羰基氧形成氫鍵O(5)-H(5A)…O(2i)和 H(3)…H(3ii)作用，組成26元環二維網。3和4類似于2，也由氫鍵作用，分別形成32元環和26元環二維網超分子化合物，如圖2所示。

2.3 抗腫瘤活性

吡啶二甲酸配體對人體癌細胞沒有明顯的抑制作用，當與環己基錫等前體反應，形成的有機錫羧酸酯，對人體癌細胞 (如 NIH-3T3、AsPC-1和PANC-1)生長具有較前體和配體更強的抑制作用[19]。測試化合物1和3對人結腸癌(HT-29)、肝癌細胞(HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌細胞(A549)及參考藥物順鉑的體外抗癌活性表明(表3)。2個化合物對這5種人體癌細胞增殖均具有比金屬配合物抗癌藥物順鉑更強的抗癌活性[10,20]，且化合物1的IC50值與3的IC50值之比為1.2～3.6，二(三環己基錫)吡啶3，5-二甲酸酯的體外抗癌活性高于二(三環己基錫)吡啶2，6-二甲酸酯，這一活性的差異應歸結于2個甲酸處于吡啶 3，5-和2，6-位構效差異。比較1和3對這5種人體癌細胞增殖抑制活性還發現，化合物1和3均對HT-29抑制活性明顯高于對其他4個人體癌細胞的抑制活性，可作為抗癌的候選化合物，為進一步研究其生物活性提供了重要參考。

表3 化合物1、3和順鉑對人體外腫瘤細胞的半抑制率Table 3 IC50of compounds 1,3 and cisplatin on tumor cells in vitro

3 結 論

用微波甲醇溶劑熱方法，合成了4個具有溶劑參與氫鍵作用的大環超分子二(三環己基錫)吡啶-二甲酸酯化合物，對人結腸癌(HT-29)等5種細胞的體外抗癌活性表明，具有很強廣譜抗癌作用，可作為候選藥物化合物研究。

[1]Davies A G,Gielen M,Pannell K H,et al.Tin Chemistry：Fundamentals,Frontiers,and Applications.New York：Wiley,2008.

[2]Hadjikakou S K,Hadjiliadis N.Coord.Chem.Rev.,2009,253：235-249

[3]Dylag M,Pruchnik H,Pruchnik F,et al.Med.Mycol.,2010,48：373-383

[4]Pruchnik H,Lis T,Latocha M,et al.J.Inorg.Biochem.,2012,111：25-32

[5]Pruchnik H,Latocha M,Zielińska A,et al.Polyhedron,2013,49：223-233

[6]Vadapali C,Viswanathan B,Alexander S,et al.Organometallics,2002,21：4528-4532

[7]Chandrasekhar P,Gopal K,Thilagar P.Acc.Chem.Res.,2007,40：420-434

[8]Ma C,Li J,Zhang R,et al.Inorg.Chim.Acta,2005,358：4575-4580

[9]Etaiw S E H,Elbendary M M.Polyhedron,2015,87：383-389[10]ChandrasekharV,Mohapatra C,Butcher R J.Cryst.Growth Des.,2012,12：3285-3295

[11]Ma C,Li J,Zhang R,et al.J.Organomet.Chem.,2006,691：1713-1721

[12]Sheldrick G M.SHELXL-97,Program for the Refinement of Crytal Structure,University of G?ttingen,Germany,1977.

[13]Ma C,Sun J,Zhang R,et al.Inorg.Chim.Acta,2006,359：4179-4190

[14]Chandrasekhar V,Thirumoorthi R,Metre R K,et al.J.Organomet.Chem.,2011,696：600-606

[15]Ruan B,Tian Y,Zhou H,et al.Inorg.Chim.Acta,2011,365：302-308

[16]Xiao X,Du D,Tian M,et al.J.Organomet.Chem.,2012,715：54-63

[17]Yoder C H,Margolis L A,Horne J M.J.Organomet.Chem.,2001,633：33-38

[18]Ma C L,Sun J S,Zhang R F,et al.J.Organomet.Chem.,2007,692：4029-4042

[19]Charles E,Carraher J R,Alicia M,et al.J.Inorg.Organomet.Polym.,2014,24：182-189

[20]Gielen M.Coord.Chem.Rev.,1996,151：41-51