酰基结构式

收稿日期:2007-01-20

基金项目:河南省自然科学基金资助项目)

作者简介:张有娟(1972-),女,河南新乡人,安阳师范学院讲师,主要从事配位化合物方面的研究.

第23卷第9期

2007年9月

商丘师范学院学报

JOURNALOFSHANGQIUTEACHERSCOLLEGE

Vol.23No.9

Sep. 2007

酰基吡唑啉酮席夫碱及其配合物的研究进展

张有娟,魏少红,陈静

(安阳师范学院化学系,河南安阳455000)

摘 要:综述了酰基吡唑啉酮席夫碱及其配合物的类型、合成方法、结构特征和生物活性.

关键词:酰基吡唑啉酮;席夫碱;配合物;生物活性

中图分类号:O614 文献标识码:A 文章编号:1672-3600(2007)09-0063-05

Progressinstudiesonacylpyrazoloneschiffbasandtheircomplexes

ZHANGYou-juan,WEIShao-hong,CHENJing

(DepartmentofChemistry,AnyangTeachersCollege,Anyang455000,China)

Abstract:Thisarticlereviewsthetypes,synthesismethod,structuralcharacterizationandbioactivityof

acylpyazoloneschiffbaandcomplexes.

Keywords:acylpyrazolone;schiffba;complex;bioactivity

0 引言

席夫碱及其配合物因具有抗菌、抗病毒、抗癌和抑制肿瘤等生物活性[1],一直是引人注目的研究对象,其中,羰基活性较

强的醛类席夫碱配合物研究比较活跃[2-4],而羰基活性较弱的酮类席夫碱配合物较少.近年来,为寻找高效、低毒的抗菌、抗癌

药物,各种酮类席夫碱及其配合物的合成及应用研究逐渐引起重视[5-6].其中,4-酰基吡唑啉酮是一类含有氮杂环的β-二

酮型化合物,与氨基缩合形成的席夫碱中含有N、O等多个配位原子,可与不同金属形成多种类型的配合物.研究发现,酰基吡

唑啉酮席夫碱及其配合物比酰基吡唑啉酮本身具有更强的抗菌、抗病毒等生物活性[7],因而成为配位化学、无机化学、生物化

学等领域研究的热点.研究酰基吡唑啉酮席夫碱及其配合物的合成、结构,对于深入考察其生理、药理活性的作用机理、构造、

稳定性等方面有着十分重要的作用.本文拟从酰基吡唑啉酮席夫碱及配合物的类型、合成方法、结构特征和生物活性方面来

介绍近年来酰基吡唑啉酮席夫碱及其配合物的研究.

1 酰基吡唑啉酮席夫碱及其配合物的类型

吡唑啉酮环上的1-N引入苯基后可表现出解热镇痛作用,并具有抗结核、抗癌等生理功能,因此酰基吡唑啉酮的一位取

代基主要是苯基.其通式可表示为(见图1):

图1 酰基吡唑啉酮的通式

科

邦

席夫碱的稳定性决定于它们的结构,若—CHN—双键能和—CHCH—双键共轭,则席夫碱极稳定[8],因此能形成大

共轭体系的苯甲酰基吡唑啉酮席夫碱及其配合物文献中报选最多[9-11].含有呋喃基和噻吩基的药物(如呋喃唑酮、呋喃亚林、

头霉噻吩、羟基麻黄碱等)具有抗菌性,将呋喃环和噻吩环引进到席夫碱及其配合物分子中,将有加合作用,使席夫碱及其配

合物产生更强的活性,且呋喃环和噻吩环与—CHN—可形成共轭体系,因此呋喃甲酰基吡唑啉酮席夫碱和噻吩甲酰基吡唑

啉酮席夫碱及其配合物的研究也引起了人们的极大兴趣[12,13].

2 酰基吡唑啉酮席夫碱及其配合物的合成

2.1 酰基吡唑啉酮席夫碱的合成

酰基吡唑啉酮与氨基之间进缩合反应时,其机理是先加成后消去,其加成速度的快慢与溶剂的极性有关,极性较大的溶

剂会加速加成反应的进行[14].乙醇的极性较大,且酰基吡唑啉酮及各种氨基化合物都易溶于乙醇,因此合成酰基吡唑啉酮席

夫碱时多用乙醇作溶剂.羰基与氨基的加成过程是亲核加成,反应进行的快慢取决于氨基亲核性的强弱,对于普通的氨基(如

二胺、邻苯二胺、氨基酸酯等)来说,其碱性和亲核性较强,直接取等摩尔的酰基吡唑啉酮和氨基在乙醇溶剂中回流3-4h即

可得到产物,而当酰基吡唑啉酮与氨基硫脲、酰肼和酰腙进行缩合时,多加入酸来进行催化,这是因为氨基硫脲、酰肼和酰腙

的碱性和亲核性较弱[8],当加入酸后酰基吡唑啉酮的环外酰基接受一个质子,对亲核试剂的反应活性增强,可以缩短反应时

间.

2.2 酰基吡唑啉酮席夫碱配合物的合成方法

席夫碱配合物的合成方法有直接合成法、分步合成法、模板合成法和滴反应法[15].文献中报道的酰基吡唑啉酮席夫碱配

合物主要采用分步合成法.第一步先合成酰基吡唑啉酮席夫碱;第二步酰基吡唑啉酮席夫碱与金属离子在溶剂中配合.冯婷

等[16]曾尝试用低热固相法来合成酰基吡唑啉酮席夫碱配合物,其具体的方法为准确称取配体PMBP-INTH(N-(1-苯基-

3-甲基-4-苯亚甲基吡唑啉酮-5)-异烟酰肼)与醋酸盐(M=锰、钴、镍、铜)各1mmol放入玛瑙研钵中,均匀研磨2h,再

于70℃水浴上加热10h,干燥后得产物,这为配合物的合成又提供了新思路、新方法.

3 酰基吡唑啉酮席夫碱及其配合物的结构

3.1 酰基吡唑啉酮席夫碱的结构

酰基吡唑啉酮存在有多种互变异构体(见图2),其中以Ⅰ式和Ⅲ式两种异构体为主[17].

图2 酰基吡唑啉酮的4种互变异构体

(R

1

=苯基ph、取代苯基;R

2

=甲基、乙基、ph、取代苯基;R

3

=ph、取代苯基、直链烷基、取代烷基、芳香杂环基等)

杨云等[18]通过量子化学计算了这两种异构体上主要原子的静电荷(见图3),计算结果表明无论是酮式还是烯醇式,与吡

唑环外C(1)原子相连的O原子与吡唑环内C(2)原子相连的O原子相比均带有较大的负电荷,因此当酰基吡唑啉酮与氨基

发生亲核加成反应时,都是发生在环外的C(1)原子和其相连的O原子上.

图3 PMBP(酮式和烯醇式)中主要原子的静电荷

文献中已报道的酰基吡唑啉酮席夫碱存在有4种结构(见图4):

64商丘师范学院学报 2007年

科

邦

图4 酰基吡唑啉酮席夫碱的4种结构

图5 酰基吡唑啉酮席夫碱结构图

这可能与酰基吡唑啉酮存在有多种互变异构体有关,其中多少Ⅰ式和Ⅳ式存在.

刘浪、张欣,等[19-21]通过对一些酰基吡唑啉酮席夫碱的晶体结构研究发现这些酰基吡

唑啉酮席夫碱中(见图5):C(1)-O(1)键长、C(1)—C(2)键长和C(3)—N(3)键长

均介于单双键之间,这表明O(1)C(1)C(2)C(3)N(3)之间构成了一个大的共轭体

系,使这几组键的键长发生了平均化,致使C(3)-N(3)不具有Schiff碱的双键特征,

由于C(1)-O(1)键长具有双键的部分特征.因此他们认为固体酰基吡唑啉酮席夫碱

是以烯胺酮式结构(即Ⅳ式)存在.但王瑾玲在用1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基-

5-吡唑啉酮与邻、间、对氨基酚缩合合成的3种PMBP缩氨基酚席夫碱时,发现它们

的红外吸收光谱中出现了吡唑啉酮环外的CN伸缩,同时吡唑啉酮环上的C

O伸缩仍存在,说明亚胺氮的形式存在于3个化合物中,可这与晶体结构测定结果

的烯胺酮式结构不同,这说明在酰基吡唑啉酮席夫碱分子中存在有亚胺氮与胺基氮

的互变异构现象[22],他们提出其互变反应机理可能为PMBP与氨基首先发生缩合反

应形成席夫碱异构体Ⅰ,然后由于电子离域发生了分子内质子迁移,从而形成了席夫

碱异构体Ⅱ.

梁凯等[23]通过对1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基-吡唑啉酮-5-缩氨基硫脲(PMBP-tsc)的晶体结构研究发现(见

图6):N(3)-C(10)为双键、C(9)-C(8)键长比C(8)-C(10)键长短得多,因此认为C(9)-C(8)键为双键,而C(8)-

(10)键为单键.所以推测该化合物的结构为(见图7)

图6 PMBP-tsc分子结构 图7 PMBP-tsc分子结构

张姝明等[24]合成的1-苯基-3-甲基-4-三氟乙酰基-5-吡唑啉酮缩水杨酰肼席夫大碱的红外兴谱表明吡唑环上

仍存在羰基,同时在吡唑环外出现了新的亚胺基吸收峰,因此其结构为(见图8):

酰基吡唑啉酮席夫碱的结构不同,但什么条件下会产生哪种互变异构体还需进一步的研究.

图8 1-苯基-3-甲基-4-三氟乙酰基-5-

吡唑啉酮缩水杨酰肼席夫碱的结构式

3.2 酰基吡唑啉酮席夫碱的配位方式

晶体结构数据表明,以烯胺酮方式存在配体在形成配合物时,配合物

中C(1)-O(1)键长(见图5)比配体中相应的键长明显拉长,而C(3)-N

(3)键长却明显缩短[25-26],说明烯胺酮式配体在参与配位时,配体自身经

历了分子内质子转移,吡唑啉酮环上原来的羰基双键异构化为烯醇式的C

-O单键,而配体链上的C-N单键在配合物中参与质子转移后变为席夫

碱的CN双键.因此烯胺酮式配体以烯醇式氧和亚胺氮与金属离子配

位.之所以发生这种变化,是因为配体中的O(1)和N(3)与金属离子配位

时,配体要发生一定程度的扭曲[25],从而使配体的原有的共轭体系遭到破

坏,离域共轭效应减弱,从而使C(3)-N(3)键具有更加明显的双键性质.

65 第9期 张有娟,等:酰基吡唑啉酮席夫碱及其配合物的研究进展

科

邦

以亚胺醇式存在的配体在形成配合物时,其配位方式与以烯胺酮式存在的配位方式相同,以烯醇式氧和亚胺氮与金属离子配

位.

固相法合成的酰基吡唑啉酮席夫碱配合物中,配体作为一个中性二齿配体通过吡唑啉酮环上CO中的氧原子和质子

转移后得到的CN的氮原子参与配位,而相同的反应物通过液相法合成的配合物中,吡唑啉酮环上的CO双键通过发生

质子转移由酮式转变成烯醇式,从而以烯醇式氧和亚胺氮与金属离子配位.配位结果表明相同的反应物,在不同的反应条件

下,配体采用不同的配位方式,使得反应产物完全不同[16],这大大丰富了配位化学的发展.

4 生物活性

研究表明酰基吡唑啉酮席夫碱具有良好的抑菌活性,且抑菌能力明显高于酰基吡唑啉酮.形成配合物后,抑菌活性增强,

说明金属离子的加入增强了化合物的杀菌活性[27-28],这为探索高效、低毒的杀菌类药物提供了有益的信息.李锦州等[29]认为

配体和配合物的抗菌活性中心应在亚氨基,他们通过对配体和配合物电子结构的研究发现配体在与金属形成配合物后亚氨

基氮原子电子转移,负电荷减少,另外配体在与金属离子形成配合物后LUMO能级有显著下降,而同时其抗菌活性随之增强,

因此他们认为形成配合物后抗菌活性的增强与亚氨基CN氮原子负电荷的明显减少和配合物LUMO能级的降低有关,LU-

MO能级降低,意味着易得电子,氧化能力增强,使得配合物具有了比配体强的氧化杀菌能力.朱华玲等[30]研究了配体和配合

物浓度对抑菌性的影响,从实验结果可以看出不论是配体还是配合物,其抑菌作用随着浓度的变化不是成直线关系,而是在

某个浓度有一个最佳值.杨云等发现钴的一系列酰基吡唑啉酮席夫碱配合物比相应的铜、镍和锌的抑菌活性强[18,22],这可能

是与钴元素本身的生物学性质有关;当钴进入到生物体系中时,容易和氧结合,能贮存、转移甚至进入到特定的生物状态中

去,影响蛋白质、氨基酸、辅酶及脂蛋白的合成,从而对细菌起到一定的抑制作用,因此钴配合物具有深入研究的价值.

5 展望

由于酰基吡唑啉酮席夫碱及其配合物具有较好抗菌、抗病毒、抗癌和抑制肿瘤等生物活性,从而使其在配位化学、无机化

学、生物化学等领域中的重要性日益显著.化学工作者今后研究的方向是设计并合成新的具有生物活性的酰基吡唑啉酮席夫

碱及其配合物,研究其结构及性能,为医学上寻找新的高效、低毒辣的杀菌、抗癌药物提供重要的理论依据.

参考文献:

[1] DESAISB,DESAIPB,sisofsomeSchiffbasthiazolidinonesandazetidinonesfrom2,6-di-ami-

nobonzol[1,2-d:4,5-d']bisthiazoleandtheiranticanceractivities[J].HetercyclCommun,2001,7(1):83-90.

[2] 孔德源,谢毓元.氨基酸类Schiff碱稀土配合物的合成及抗肿瘤活性Ⅱ[J].中国药物化学杂志,1999,9(3):162-166.

[3] 鲁桂,姚克敏,张肇英.镧系与直链系-组氨酸Schiff碱配合物合成、波谱与生物活性[J].应用化学,2001,18(1):1-4.

[4] 梁芳珍,徐克花,任建新.2-氨基噻唑缩取代水杨醛席夫碱Zn(Ⅱ)配合物的合成、表征及抑菌活性[J].合成化学,

1999,7(2):121-124.

[5] 李锦州,于文锦,杜晓燕.呋喃甲酰基吡唑啉酮双席夫碱配合物的合成及其生物活性[J].应用化学,1997,14(6):98-

100.

[6] 姚克敏,吴静,陈德余.稀土与直连醚-酰丙酮Schiff碱配合物合成形成机理与波谱[J].化学学报,1998,56(9):900-

904.

[7] 王瑾玲,丁锋,郁铭.1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基-5-吡唑啉酮与对氨基苯乙酮的缩合反应、量化计算和抑菌活

性[J].有机化学,2004,24(11):1423-1428.

[8] 胡宏纹.有机化学[M].北京:高等教育出版社,2006.296.

[9] 周毓萍,杨正银,于红娟.1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基吡唑酮-5缩氨基硫脲稀土配合物的合成、表征及抑菌活性

[J].应用化学,1999,16(6):37-41.

[10] 杨鲁勤,吴瑾光.新型稀土配合物的合成表征及EXAFS研究[J].化学学报,1996,54:374-378.

[11] 乔永锋,董学畅,张莉.吡唑啉酮类配体及其配合物的合成和抑菌活性[J].云南民族大学学报(自然科学版),2005,14

(4):333-335.

[12] 于文锦,李锦州,李刚.噻吩甲酰基吡唑啉酮缩乙二胺配合物的合成、表征及生物活性[J].无机化学学报,1999,15(5):

657-660.

[13] 杨金美,肖炜,吴立生.几种4-α-呋喃甲酰PMP希夫碱的合成与抑菌活性研究[J].云南化工,2006,33(3):21-24.

[14] 南光明,刘德蓉.浅述希夫碱及其金属配合物的由来、产生机理、合成方法及展望[J].伊犁师范学院学报,2005.58-

60.

[15] 张秀英,张有娟,李青,等.我国Schiff碱配合物的研究进展[J].化学研究与应用,2002,14(1):9-14.

[16] 冯婷,刘浪,贾殿赠.吡唑啉酮衍生物过渡金属配合物的合成与表征[J].新疆大学学报(自然科学版),2004,21(4):

335-338.

66商丘师范学院学报 2007年

科

邦

[17] 李红新,李锦州.4-酰基吡唑啉酮配合物的合成方法与结构[J].化学工程师,2006,7:25-27.

[18] 杨云,王瑾玲,李爱秀,等.PMBP与氯代苯胺的缩合反应和抑菌活性[J].化学学报,2004,62(7):720-724.

[19] 吉亚丽,刘浪,贾殿赠.N-(1-苯基-3-苯亚甲基-5-吡唑啉酮)硝基苯甲酰肼(PMBP-PNH)的合成和晶体结构

[J].结构化学,2001,21(5):553-556.

[20] 刘广飞,刘浪,贾殿赠,等.含吡唑啉酮氨基脲类化合物的合成及结构[J].化学学报,2004,69(7):697-702.

[21] 张欣,朱华玲,徐海珍,等.1-苯基-3-甲酰基-5-吡唑啉酮(HPMBP)缩甘氨酸甲酯的合成、表征和晶体结构[J].

有机化学,2004,24(2):195-198.

[22] 王瑾玲,张姝明,张欣,等.PMBP缩氨基酚的合成,晶体结构及抑菌活性[J].化学学报,2003,61(7):1071-1076.

[23] 梁凯,贾殿赠,卜为名,等.几种新的4-酰代吡唑啉酮衍生物的合成与结构[J].化学学报,2001,59(1):67-72.

[24] 张姝明,贾永金,王瑾玲,等.1-苯基-3-甲基-4-三氟乙酰基-5-吡唑啉酮缩水杨酰肼席夫碱的合成、表征及抑

菌活性[J].天津师范大学学报(自然科学版),2003,23(2):4-6.

[25] 张丽,刘浪,刘广飞,等.配合物Ni(DPBP-SAH)

2

2CH

3

CH

2

OH的合成和晶体结构[J].无机化学学报,2005,21(2):291

-294.

[26] 张姝明,李培凡,郁铭,等.PMBP缩1-萘胺合钴(Ⅱ)配合物的合成和晶体结构[J].无机化学学报,2004,20(4):439-

442.

[27] 李锦州,安郁关,王天赤,等.噻吩甲酰基吡唑啉酮缩氨基酸稀土配合物的合成、表征及生物活性[J].无机化学学报,

2004,20(8):983-986.

[28] 李锦州,于文锦,李刚.噻吩甲酰基吡唑啉酮缩乙二胺稀土配合物的合成、表征及生物活性[J].应用化学,2000,17(3):

280-283.

[29] 张桂玲,戴柏青,李锦州.酰基吡唑啉酮双席夫碱配合物的电子结构、成键性与生物活性[J].无机化学学报,2003,19

(12):1331-1334.

[30] 朱华玲,张欣,董梅,等.PMBP缩氨基酸酯席夫碱及其金属配合物的合成、表征和抑菌活性[J].天津师范大学学报

(自然科学版),2005,25(3):5-8.

【责任编辑:徐明忠】

(上接第48页)

由(6)式和(16)式可得到在视界上粒子的能量

ω

0

=lim

r※r

H

ω+=lim

r※r

H

ω-=0(21)

可见,在黑洞视界上,粒子的能量禁区宽度Δω=0,粒子的正负能级重合.正能粒子在视界处趋于视界时,能量减小,负能

粒子在视界处趋于视界时能量增大,二者在视界处的能量为0.令η=0,由(16)式可得Schwarzschild时空背景下标量粒子的

能量

ω±=±(1-

2M

r

)(

l2

r2

+

m2

r2sin2θ

+μ2)(22)

粒子的能量禁区宽度为

Δω=2(1-

2M

r

)(

l2

r2

+

m2

r2sin2θ

+μ2)(23)

当r很小时,时空应渐进平直,由(22)式可得

ω±※±μ(24)

这正是Minkowski时空真空Dirac能级分布,其禁区宽度为Δω=2μ.

参考文献:

[1] lecreationbyBlackHoles[J].CommonMathPhys,1975,43(3):199-220.

[2] 张建华,孟庆苗,李传安.广义球对称带电蒸发黑洞的量子热效应和非热效应[J].物理学报,1996,45(9):177-184.

[3] 吕君丽.匀加速直线运动的Kerr黑洞的非热效应[J].物理学报,2002,51(5):973-977.

[4] 孟庆苗.带有电荷与磁荷的直线加速运动动态黑洞的非热效应[J].郑州大学学报(理学版),2004,36(4):36-38.

[5] 孟庆苗.变加速直线运动带电黑洞的非热效应[J].河南师范大学学报(自然科学版),2006,34(2):54-57.

[6] mCorrectionstotheEntropyofaBarriola-VilenkinBlackHoleDuetoSpinFields[J].chinPhysLett,

2000,17(6):396-397.

【责任编辑:徐明忠】

67 第9期 张有娟,等:酰基吡唑啉酮席夫碱及其配合物的研究进展

科

邦