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手性席夫碱硫氰酸锌配合物的合成、晶体结构和理论计算

更新时间:2016-07-05

手性是分子的一个非常重要特征,是化学、药学和生物学的重要研究课题[1-4]。席夫碱类化合物结构中含有N,O等具有孤对电子的原子,易与过渡金属、稀土金属等配位形成金属配合物。因其具有优良的理化特性,该类配合物在光、电、热、磁等材料领域中被广泛关注[5-9]。而手性席夫碱配合物既有手性的特点,又具有席夫碱类配合物的功能,从而在药物合成、功能材料,尤其是催化方面的应用极广,成为手性金属配合物研究的重要方向[10-12]。因此,本文选择8-氨基喹啉和水杨醛制备的席夫碱配体与过渡金属盐反应,在非手性环境中合成了一个新的具有手性的金属有机配合物Zn(8-ahsb)(SCN)CH3OH(称为配合物1),并通过X-射线衍射技术表征其结构。

黄河是中国第二大河,是世界上复杂难治的河流之最,黄河流域水安全问题也是中国水安全问题的缩影。黄河流域水资源保护局局长司毅铭介绍了黄河流域实施水功能区限制纳污红线管理的整体构想与初步实践。

1 实验

1.1 仪器及试剂

所用溶剂和化学试剂甲醇、三乙胺、8-氨基喹啉、水杨醛、硫氰酸钾均为分析纯,使用前未作任何处理;六水合高氯酸锌实验室自制。

实验所用到的仪器有Perkin-Elmer 240型元素分析仪、Nicolet iS50 FTIR光谱仪(KBr压片)、Bruker Smart Apex II CCD单晶衍射仪、Netzsch STA-409PC热重分析仪(升温速率10℃/min,氮气流量为100 cm3/min)。

1.2 配合物1的合成

在装有40 mL无水甲醇、0.144 g 8-氨基喹啉、0.122 g水杨醛的150 mL的单口圆底烧瓶中,滴加10 mL含0.111 g三乙胺的甲醇溶液,磁力搅拌下回流4 h。冷却后,向上述溶液中缓慢加入溶有0.372 g的Zn(ClO4)2·6H2O和0.175 g的KSCN的20 mL甲醇溶液,常温搅拌7天、过滤;滤液置于100 mL烧杯中,自然挥发。35天后得到黄色片状晶体,过滤,乙醚洗涤滤饼,得配合物1。基于8-氨基喹啉计算的产率为52%。C、H、N元素分析,实验值(%,C18H15N3O2SZn计算值):C 53.68(53.74),H 3.75(3.61),N 10.43(10.50)。

[1]ZONG L L,TAN C H.Phase-transfer and ion-pairing catalysis of pentanidiums and bisguanidiniums[J].Acc Chem Res,2017,50:842-856.

1.3 晶体结构的测定

配合物1的X-射线晶体衍射数据的收集是在Bruker Smart Apex II CCD单晶衍射仪上完成的,于293(2)K下用Mo-Kα射线(λ=0.710 73 Å)以ω-φ扫描方式在1.99º≤ θ≤33.38º范围内进行。所有数据都是经过半经验方法进行吸收校正,晶体结构采用直接法解出。对氢原子和非氢原子分别采用各向同性和各向异性热参数,用全矩阵最小二乘法进行结构修正,精修采用SHELXL-2014程序完成[13]。其晶体结构数据和精修参数列于表1,选择的键长和键角见表2,氢键键长和键角见表3。

表1 配合物1的主要晶体学参数

aR1=Σ||Fo|-|Fc||/Σ|Fo|,bwR2=|Σw(|Fo|2-|Fc|2)|/Σ|w(Fo)2|1/2

Empirical formula Formula weight Crystal system space group abcβVZD cμ F(000)θrange Goodness of fit on F2 Reflection collected/unique FinalRindices[I>2sigma(I)]Rindices(all data)Largest diff.peak and hole C18H15N3O2SZn 402.76 Monoclinic P21 5.051 1(1)Å 16.681 7(5)Å 10.404 7(3)Å 100.409(17)°862.28(4)Å3 2 1.551 mg/m3 1.561 mm-1 412.0 1.99≤θ≤33.38º1.001 7 870/2 754(Rint=0.119 3)aR1=0.045 9;bwR2=0.118 1 aR1=0.047 9;bwR2=0.119 9 0.929 and-0.370 e.Å-3

表2 配合物1的主要键长(Å)和键角(o)

Zn(1)-O(1)Zn(1)-N(1)Zn(1)-N(3)O(1)-Zn(1)-O(2)O(1)-Zn(1)-N(1)O(2)-Zn(1)-N(2)N(3)-Zn(1)-O(1)N(3)-Zn(1)-O(2)2.046(5)2.085(5)89.31(19)98.6(2)78.2(2)159.6(2)93.0(2)2.001(4)2.129(6)1.989(6)101.6(2)157.6(2)98.6(2)92.5(2)101.0(2)Zn(1)-O(2)Zn(1)-N(2)O(1)-Zn(1)-N(2)O(2)-Zn(1)-N(1)N(2)-Zn(1)-N(1)N(3)-Zn(1)-N(2)N(3)-Zn(1)-N(1)

表3 配合物1氢键的键长(Å)和键角(o)

Symmetry codes:#1:1+x,y,z;#2:1+x,y,-1+z.

∠DHA 147 135 D-H···A O2—H2B···O1#1 C6—H6A···S1#2 d(D-H)0.84 0.95 d(H···A)1.88 2.82 d(D···A)2.628(6)3.559(8)

2 结果与讨论

2.1 配合物1的晶体结构

为此,将传统病床和轮椅有机结合,设计了多功能护理型轮椅组合床[4-10].增加了水平电动伸缩杆,通过遥控器控制水平电动伸缩杆,可以实现病床与轮椅分离,方便病人外出.通过遥控器控制水平电动伸缩杆和电动千斤顶装置,可以使床面转过一定角度,辅助病人翻身,有效避免褥疮等并发症的产生.通过手动控制扭簧装置可以辅助使用者实现角度可调的坐卧姿势.

神经系统肿瘤 研究表明自噬参与替莫唑胺(temozolomide,TMZ)抗胶质瘤的作用,Jiang等[6]发现在胶质瘤组织及细胞中发现lncRNA-癌症易感基因2 的下调导致mir-193a-5p水平升高和雷帕霉素受体蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)的表达减少,诱导保护性自噬发生,从而导致胶质瘤对TMZ产生耐药。因此,癌症易感基因2的过表达通过抑制mir-193a-5p引起mTOR上调从而降低TMZ诱导的自噬作用,使TMZ在胶质瘤细胞中敏感性提升。Ma等[7]提出降低lncRNA MEG3诱导的自噬可以提高胶质母细胞对顺铂的敏感性。

图1 配合物1的不对称单元图

图2 配合物1的晶胞堆积图

图3 配合物1的一维链结构

图4 配合物1的二维层状结构

为了进一步揭示分子间弱相互作用,选取一个三聚体计算模型[Zn(8-ahsb)(SCN)CH3OH]3,其结构来源于配合物1的晶体结构。在wB97XD/6-311(d,p)基组级别下对选取的三聚体进行了单点能计算。在此基础上,我们计算了能反映分子间弱相互作用的一个重要电子约化密度梯度参数。图5和6分别给出了所选择的三聚体电子约化密度梯度对海森矩阵第二本征值的符号和电子密度乘积的散点图和0.5 a.u.的约化密度梯度等值面图。由图5知,在sign(λ2)ρ=-0.031 a.u.处的浅蓝色竖条呈现出分子间较强的O-H…O氢键相互作用;在sign(λ2)ρ为-0.014和-0.006 a.u.附近绿色的竖条为弱C-H…S氢键相互作用;sign(λ 2)ρ值为-0.005a.u.附近主要为8-ahsb配体芳香环间π…π堆积作用和范德华吸引相互作用;在ρ=0.000~0.025 a.u.区域为范德华排斥作用。图6给出了上述相互作用的约化密度梯度等值面,蓝色等值面为强氢键作用,绿色为弱的相互作用(包括π…π堆积作用和范德华相互作用),浅黄色为弱范德华排斥作用,红色等值面为强的空间位阻效应。图6直观地展示了配合物1中分子间存在较强的O-H…O氢键作用、弱C-H…S氢键作用以及π…π堆积作用和范德华相互作用。上述计算结果与和上述晶体结构分析结果一致。

为研究配合物1的热稳定性,在氮气氛围下,以10℃/min加热速率测定了配合物1在0~400℃温度区间内热失重性质。如图8所示,在25~179℃的温度范围里,配合物1损失7.97%的质量,归属为甲醇分子的丢失。当温度到达344℃时,8-ahsb配体发生离解,但到400℃时配合物还没有完全分解。热重分析结果表明,配合物1具有一定的热稳定性。

图5 配合物1的约化密度梯度RDG的散点图

图6 配合物1的约化密度梯度等值面图(RDG=0.5)

2.2 红外光谱

参考文献:

图7 配合物1的红外光谱图

2.3 热分析

如果让大家在神奇动物系列中选出一个吉祥物,我想很多人会选择嗅嗅。在第一部电影中,正是因调皮的嗅嗅大闹银行,才让纽特惹上官司,同时也让神奇动物们纷纷走失。但是到了第二部,嗅嗅不仅凭借着灵敏的嗅觉,找到了女主角的线索,还从大魔头格林德沃那里偷走了重要的血咒,为邓布利多和纽特在未来打败格林德沃,提供了重要筹码。

图8 配合物1的热失重曲线

3 结论

[5]NIKHIL B,SHIKHA B,NAVNEET A,et al.Schiff basses as CNS active agents:a review[J].Am J Pharm Tech Re,2013,3(4):2249-3387.

室温下,配合物1的红外光谱(KBr压片)如图7所示。3 500~2 500 cm-1强的宽峰可归属为O-H伸缩振动吸收峰,2 090 cm-1处尖锐的强吸收峰为SCN-根的特征振动吸收峰,1 610,1 545和1 467 cm-1处的吸收峰为喹啉环的骨架振动峰,827 cm-1和758 cm-1处吸收峰为喹啉环C-H弯曲振动峰。

为探寻提高杂质铅脱除较为合理、有效的工艺控制条件和解决办法,首先对闪速吹炼工艺中铅的分布进行了系统分析。中原冶炼厂铜闪速吹炼过程杂质铅的走向与分布见表2。

[2]HAN X,XIA Q C,HUANG J J,et al.Chiral covalent organic frameworks with high chemical stability for heterogeneous asymmetric catalysis[J].JAm Chem Soc,2017,139:8693-8697.

[3]SHOPSOWITZ K E,QI H,HAMAD W Y,et al.Free-standing mesoporous silica films with tunable chiral nematic structures[J].Nature,2010,468:422-425.

[4]BEN-MOSHE A,MAOZ B M,GOVOROV A O,et al.Chirality and chiroptical effects in inorganic nanocrystal systems with plasmon and exciton resonances.[J].Chem Soc Rev,2013,42:7028-7041.

本文利用溶剂挥发合成了一种新的配合物Zn(8-ahsb)(SCN)CH3OH,并通过元素分析、红外光谱、X-射线单晶衍射等分析手段对该物质进行了表征。结果表明配合物1为单斜晶系,空间群为P21,中心离子Zn(II)为五配位四方锥几何构型,各结构单元间通过分子间氢键和芳环π…π堆积作用形成了一个三维具有分立柱状堆积的超分子结构。此外,热分析结果表明,该物质结构具有一定的热稳定性。

凉州区水利工程质量监督与安全管理站代表政府行使质量监督责任,由于专职质量监督人员少,而工程面广分散,导致对质量监督工作深入程度不够,在一定程度上削弱了质量监督的规范化管理;同时,由于检测仪器和设备配置不足,也给质量监督工作带来了一定困难。

[6]JOSÉ L,SEGURA,MARÍA J,et al.Covalent organic frameworks based on schiff-base chemistry:synthesis,properties and potential applications[J].Chem Soc Rev,2016,45:5635-5671.

配合物1属单斜晶系,空间群为P21,为一个手性化合物。配合物1的不对称结构单元含一个Zn2+,1个8-ahsb,1个SCN-和1个CH3OH分子。如图1所示,中心离子Zn2+为五配位构型,分别与3个N原子、2个氧原子配位,其中2个N原子和1个氧原子来自于同一个8-ahsb配体,另一个N原子、氧原子分别来自于SCN-和CH3OH。Zn-N键长分别为1.989(6),2.085(5),2.129(6)Å,Zn-O键长为2.001(4)和2.046(5)。N-Zn-N键角数值分别为159.6(2),93.0(2),78.2(2);N-Zn-O键角分别为92.5(2),101.0(2),89.31(19),98.6(2),157.6(2),98.6(2);O-Zn-O键角数值则为101.6(2)。所有的结构参数见表2。配合物1显著的结构特征是上述的结构单元[Zn(8-ahsb)(SCN)CH3OH]呈分立的柱状堆积结构(图2)。在一维堆积柱中,邻近的结构单元[Zn(8-ahsb)(SCN)CH3OH]间主要经O-H…O分子间氢键和芳香环间π…π堆积作用桥连在一起的(图3)。邻近的一维柱经弱的C-H…S分子间氢键作用形成二维层状结构(图4),上述的层与层之间进一步通过分子间范德华作用堆积成三维超分子结构(图2)。

[7]YI J,LI J B.Molecular assembly of schiff base interactions:construction,application[J].Chem Rev,2015,115:1597-1621.

[8]KIRDANT A,SHELKE V,SHANKARWAR S,et al.Kinetic study of hydrolysis of n-salicylidene-m-methyl aniline spectrophotometrically[J].J Chem Pharm Res,2011,3:790-796.

改革开放40年,化肥流通体制改革20年来,我国农业发展取得的成就举世瞩目。2017年我国粮食总产量较1978年相比上涨103%,人均粮食生产增长40%,人民生活水平显著提高。随着社会经济不断发展,消费者对农产品需求量不断增加,对质量与安全的要求也日益提高,导致资源环境压力不断加大。

[9]XU H,HE C,SUI Y X,et al.Self-assembled molecular magnets from discrete dimer to one-dimensional helical chain:syntheses,crystal structures and magnetic properties[J].Polyhedron,2007,26:4463-4469.

[10]SALMON L,MOLNAR G,ZITOUNI D,et al.A novel approach for fluorescent thermometry and thermal imaging purposes using spin crossover nanoparticles[J].J Mater Chem,2010 20:5499-5503.

[11]LACROIX P G,MALFANT I,REAL J A,et al.From magnetic to nonlinear optical switches in spin-crossover complexes[J].Eur J Inorg Chem,2013:615-627.

[12]CAI H L,ZHANG Y,FU D W,et al.Above-room-temperature magnetodielectric coupling in a possible molecule-based multiferroic:triethylmethylammonium tetrabromoferrate(III)[J].J Am Chem Soc,2012,134:18487-18490.

[13]SHELDRICK G M.Program for the refinement of crystal structures[J].Acta Cryst,2015,C71:9-18.

陈正祥,王志远,朱昌海,鲍桂霖,徐衡
《安庆师范大学学报(自然科学版)》2018年第1期文献

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