宋 霜,宋 敏,張懷敏,楊立榮＊

(1.河南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,分子與晶體工程研究所,河南開封475004; 2.河南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,河南開封475004)

2-氨基苯并噻唑配合物的晶體結(jié)構(gòu)及抑菌活性

宋 霜1,宋 敏2,張懷敏1,楊立榮1＊

(1.河南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,分子與晶體工程研究所,河南開封475004; 2.河南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,河南開封475004)

合成了2-氨基苯并噻唑與鈷和鋅的兩種金屬配合物,利用紅外光譜、元素分析、X射線單晶衍射和熱重分析等對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征;并研究了兩種金屬配合物對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、酵母菌的抑菌活性.結(jié)果表明,Zn(Ⅱ)和Co(Ⅱ)分別與2個O原子和2個N原子通過4配位形成扭曲的四面體構(gòu)型;兩種配合物對三種菌種均有較強的選擇性抑制作用.

2-氨基苯并噻唑;配合物;晶體結(jié)構(gòu);抑菌活性

含雜原子化合物已被應(yīng)用于抗菌、抗癌、抗病毒藥物以及除草劑等領(lǐng)域,尤其是含硫、含氮等雜原子化合物在形成金屬配合物后都表現(xiàn)出很好的生物活性[1-5].2-氨基苯并噻唑具有一定的藥理活性[6],被作為抗炎藥物、除草劑以及抗生素的結(jié)構(gòu)單元,同時也是調(diào)味料和香料的替代品[7].Amnar等研究了此類配體過渡金屬配合物的結(jié)構(gòu)[8],但是對其抑菌活性的研究卻鮮有報道.作者于非水溶劑中在溫和條件下合成了2-氨基苯并噻唑與Zn(Ⅱ)的配合物(CCDC:730017)和Co(Ⅱ)的配合物(CCDC:730018),采用紅外光譜、元素分析、X射線單晶衍射和熱重分析等手段對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,并采用擴散法測定了其對三種供試菌種的抑制作用.

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

實驗中所用試劑均為分析純.紅外光譜使用AVATAR360 FT-IR紅外光譜儀,KBr壓片,測定范圍400 cm-1～4 000 cm-1;C、H和N的元素分析使用Perkin-Elmer 240C型元素分析儀;單晶結(jié)構(gòu)測定使用Bruker Smart CCD型X射線單晶衍射儀;熱重分析使用Perkin-Elmer TGA7熱重分析儀,程序升溫速率10℃/min,氮氣流速40 mL/min.

1.2 配合物的合成

將2-氨基苯并噻唑 (0.6 g,4 mmol)溶于10 mL無水乙醇中,向其中加入10 mL溶有乙酸鋅 (0.876 g,4 mmol)的甲醇溶液,60℃下反應(yīng)2 h,反應(yīng)完成后降至室溫,減壓過濾,用無水乙醇洗滌,靜置濾液,一周后得到淡黃色晶體.鈷配合物的合成方法同上.元素分析數(shù)據(jù)(%,括號內(nèi)為實測值):C18H18N4O4S2Zn:C 44.68(44.39);H 3.75(3.61);N 11.58(11.43);C18H18N4O4S2Co:C 45.28(45.16);H 3.80(3.70);N 11.74(11.56).

1.3 晶體結(jié)構(gòu)測定

選取適宜尺寸配合物的單晶,以石墨單色化的Mo Kα射線 (λ=0.071 073 nm)為光源,使用Bruker Smart CCD單晶衍射儀在293(2)K下測定晶胞參數(shù)并收集衍射點,采用ω/2θ掃描方式,在2.40°≤θ≤25.00°范圍內(nèi)收集到Zn配合物衍射點9 972個,其中獨立衍射點3 497個[Rint=0.018 8];在1.48°≤θ≤24.99°范圍內(nèi)收集到Co配合物衍射點10 102個,其中獨立衍射點3 571個[Rint=0.041 1].用直接法得到全部非氫原子坐標(biāo),對非氫原子坐標(biāo)和各向異性溫度因子進(jìn)行全矩陣最小二乘法精修.全部計算采用SHELXTL-97程序完成[9].w=1/[σ2(F20)+(0.045 1P)2+0.490 3P],P=(F20+2F2c)/3.配合物的主要晶體學(xué)數(shù)據(jù)列于表1.

表1 配合物的主要晶體學(xué)數(shù)據(jù)Table 1 Crystallographic data for the complexes

1.4 抑菌實驗

采用擴散法,在含有供試菌種的瓊脂平板上放置若干只內(nèi)徑為6 mm的經(jīng)滅菌處理的牛津杯,向其中注入不同的供試藥劑,于37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng),24 h后測量抑菌圈直徑,據(jù)此判斷藥劑的抑菌效力.供試菌種為金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、酵母菌.

使用的培養(yǎng)基為:上層培養(yǎng)基Ⅰ(LB培養(yǎng)基),上層培養(yǎng)基Ⅱ:溶解氯化鉀1 g、酵母浸出粉3.0 g、醋酸鈉8.2 g、無水葡萄糖1.0 g和瓊脂8 g于蒸餾水中,并稀釋至950 mL,用1.0 mol·L-1NaOH溶液調(diào)節(jié)p H值為4.2～5.0,定容至1 000 mL,將培養(yǎng)基分裝于500 mL錐形瓶中.下層培養(yǎng)基:溶有15 g瓊脂的1 000 mL水溶液.上述培養(yǎng)基均在121℃條件下高壓滅菌20 min.

供試原藥的配制:原藥均用無菌水溶解,用過濾法除菌,在-4℃以下保存.

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜分析

紅外光譜數(shù)據(jù)表明,2-氨基苯并噻唑中的N-H基團伸縮振動吸收峰ν(N-H)與自由配體ν(N-H)(3 336.5 cm-1)相比,發(fā)生了紅移,表明配合物中2-氨基苯并噻唑中的N原子參與了配位;兩種配合物的羧基特征峰出現(xiàn)在1 612 cm-1和1 618 cm-1,其反對稱伸縮振動位于1 378 cm-1和1 372 cm-1,其對稱振動峰與反對稱伸縮振動峰的差值 (Δν=νasym-νsym)大于200 cm-1,可認(rèn)為在配合物中羧基采取單齒配位模式[10],這一結(jié)果與單晶衍射相一致.

2.2 晶體結(jié)構(gòu)描述

Zn(Ⅱ)配合物和Co(Ⅱ)配合物的晶體結(jié)構(gòu)分別如圖1和圖2所示,主要鍵長、鍵角及氫鍵數(shù)據(jù)分別列于表2和表3.

在Zn(Ⅱ)和Co(Ⅱ)配合物中,Zn(Ⅱ)和Co(Ⅱ)配位數(shù)均為4,兩個2-氨基苯并噻唑配體各提供一個N原子、兩個COO-各提供一個O原子分別與中心原子配位,COO-采取單齒配位模式與中心原子結(jié)合,形成扭曲的四面體結(jié)構(gòu),Zn(Ⅱ)和Co(Ⅱ)位于四面體的中心,四個配位原子位于四個頂點.配合物中Zn-N鍵長 (Zn(1)-N(1)0.201 4(2)nm、Zn(1)-N(3)0.201 9(2)nm)明顯長于Zn-O鍵長(Zn(1)-O(3)0.193 67(18)nm,Zn(1)-O(1)0.194 60(18)nm,見表2).2-氨基苯并噻唑的有關(guān)鍵長與自由配體相比變化不大,兩個噻唑環(huán)平面之間的二面角為80.6(4)°.由于受到空間位阻的影響,兩個2-氨基苯并噻唑的-NH2處于反式位置[11].-NH2通過氫鍵與COO-中的O原子結(jié)合(N(4)-H(4B)…O(4)#1,N(4)-H(4A)…O(1),N(2)-H(2B)…O(2)#3,N(2)-H(2A)…O(3)),氫鍵的存在使得配合物分子在a軸方向鏈狀伸展,并通過氫鍵N(4)-H(4B)…O(4)#1進(jìn)而形成三維網(wǎng)狀晶體結(jié)構(gòu),氫鍵的存在有利于配合物分子的穩(wěn)定.

圖1 Zn配合物的晶體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Crystal structure of Zn(Ⅱ)complex

圖2 Co配合物的晶體結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Crystal structure of Co(Ⅱ)complex

Zn(Ⅱ)原子與兩個未參與配位的羧基O原子O(2)和O(4)形成微弱的分子內(nèi)相互作用 (Zn(1)…O(2)0.275 5(27)nm和 Zn(1)…O(4)0.266 2(19)nm).這種相互作用導(dǎo)致Zn-O-C鍵角減小 (C(14)-N(3)-Zn(1)124.74(18)°,C(16)-O(1)-Zn(1)108.37(15)°,C(18)-O(3)-Zn(1)112.80(15) °).

表2 配合物的部分鍵長和鍵角Table 2 Selected bond lengths and bond angles of the complexes

表3 Zn和Co配合物部分氫鍵鍵長和鍵角Table 3 Selected hydrogen bond lengths and bond angles of the complexes

2.3 Zn(Ⅱ)配合物的熱分析

Zn(Ⅱ)配合物的 TG和DTG曲線如圖3所示,配合物的熱分解一步完成.Zn(Ⅱ)配合物在200℃以下穩(wěn)定.200℃～600℃,2-氨基苯并噻唑及醋酸根配體全部失去,殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù)16.4%(理論值16.8%),熱分解殘余物為ZnO.

圖3 Zn(Ⅱ)配合物的 TG-DTG曲線圖Fig.3 TG-DTG curves of the Zn(Ⅱ)complex

2.4 抑菌活性分析

Zn(Ⅱ)和Co(Ⅱ)配合物對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和酵母菌抑制作用結(jié)果如表4所示.

表4 配合物對三種菌的抑制作用Table 4 Antibacterial activities of the complex to bacteria

以上數(shù)據(jù)表明,兩種配合物對三種菌種均有不同程度的抑菌活性.Zn(Ⅱ)配合物對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑制活性分別低于青霉素鈉和慶大霉素鈉,對酵母菌的抑制活性略強于抗生素聯(lián)苯芐唑;Co(Ⅱ)配合物對金黃色葡萄球菌的抑制活性與青霉素鈉接近,對大腸桿菌及酵母菌的抑制活性分別優(yōu)于慶大霉素鈉和聯(lián)苯芐唑,對酵母菌達(dá)到高度抑制.Zn(Ⅱ)配合物對酵母菌具有選擇性抑制作用,Co(Ⅱ)配合物對大腸桿菌及酵母菌表現(xiàn)出良好的選擇性抑制活性.

3 結(jié)論

合成了2-氨基苯并噻唑與鈷和鋅的兩種金屬配合物,利用紅外光譜、元素分析、X射線單晶衍射和熱重分析等對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,抑菌實驗表明兩種配合物對三種菌種均有不同程度的抑菌活性.

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Crystal Structure and Antibacterial Activity of 2-Amino-benzothiazole Complexes

SONG Shuang1,SONG Min2,ZHANG Huai-min1,YANG Li-rong1＊

(1.Institute of Molecular and Crystal Engineering,College of Chemistry and Chemical Engineering,Henan University,Kaif eng475004,Henan,China; 2.College of Lif e Science,Henan University,Kaif eng475004,Henan,China)

Zinc and cobalt complexes with 2-aminobenzothiazole were synthesized.The chemical feature,composition and thermal stability of resultant complexes were analyzed by means of infrared spectrometry,elemental analysis,and thermogravimetry.The crystal structure of the complexes was determined by means of single crystal X-ray diffraction.Moreover,the antibacterial activities of the complexes against staphylococcus aureus,colibacillus and microzyme were evaluatedviainvitro activity testing.It was found that Zn(Ⅱ)and Co(Ⅱ)atoms were four-coordinated with two O atoms and two N atoms forming a distorted tetrahedral geometry.Both complexes had strong selective antibacterial activities against staphylococcus aureus,colibacillus and microzyme.

2-aminobenzothiazole;complex;crystal structure;antibacterial activity

O 641.4

A

1008-1011(2010)06-0021-05

2010-09-06.

河南省教育廳基金項目(2010B150005).

宋霜 (1987-),女,碩士生,主要從事功能配合物研究.＊

,E-mail:lirongyang@henu.edu.cn.