CN102643297B - 一种具有荧光的抗菌铜三元配合物及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有荧光的抗菌铜三元配合物及其制备方法和应用，其化学组成为Cu(HqnH)(Phen)Cl₂(H₂O)·2H₂O，Cu为铜，HqnH为喹啉-2-甲酸，Phen为1，10-菲啰啉。本发明的一种具有荧光的抗菌铜三元配合物具有强荧光性能和强抑菌活性，具有良好的脂溶性和化学稳定性，可利用其自身具有的荧光标记识别性能研究该类抗菌药物与DNA作用机理以及观察其在体内的分布并追踪其摄入、排出的动力学过程，可作为抗菌药物应用于生物医药领域。

Description

一种具有荧光的抗菌铜三元配合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于医药制备技术领域，涉及一种具有荧光的抗菌铜三元配合物及其制备方法和应用，具体地说，是一类铜离子与喹啉-2-甲酸和1，10-菲啰啉形成的三元配合物及其制备方法以及在抗菌医药领域的应用。

背景技术

随着经济发展，科技突飞猛进，人们生活水平的不断提高，卫生健康领域越来越受关注。2011年欧洲“毒黄瓜”事件引起的食物恐慌，2010年“超级细菌”的来袭震撼全球，2004年东南亚的“禽流感”以及2003年“非典型性肺炎”全球蔓延，欧洲的“疯牛病”和“口蹄疫”带给人们的恐慌至今仍未消除。虽然在广大科技工作者的不懈努力之下，人类公共卫生领域所面临的问题有所缓解，但对人类健康的威胁依然存在，公共卫生领域的防治工作显得非常重要。因此，抗菌抗病毒研究成为当前医学研究的热点。

二十世纪三十年代中期，德国人G.Domark用季铵盐处理军服以防止伤口感染，从此拉开了现代抗菌医药研究的序幕。

铜抗菌研究及其应用历史悠久，其中铜作为药物的研究已经有几千年的历史，早期人们利用铜及其配合物来治疗关节炎、痢疾、霍乱及肺结核等。与人体中非必需的元素铂相比较，铜的毒性相对来说更小，因此铜配合物作为抗菌药物的研究引起了人们的广泛重视。同时近年来，银、铜、锌、铁等金属及其配合物也被广泛应用于医药抗菌领域。

本发明选用的一种配体—喹啉类化合物是一类重要的杂环化合物，具有良好的生物活性。另一种配体—1，10-菲啰啉具有杀菌和荧光性质，同时也是一种良好的配体，能和许多物质形成稳定的配合物，被广泛应用于生物大分子探针、发光材料及抗菌药物等领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铜离子与喹啉-2-甲酸和1，10-菲啰啉形成的三元配合物及其制备方法以及在抗菌医药领域的应用。

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

一种具有荧光的抗菌铜三元配合物，其特征在于，其化学组成为Cu(HqnH)(Phen)Cl₂(H₂O)·2H₂O，Cu为铜，HqnH为喹啉-2-甲酸，Phen为1，10-菲啰啉其结构式可以表示如下：

上述具有荧光的抗菌铜三元配合物的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将喹啉-2-甲酸的无水乙醇溶液加热至50-80℃，在搅拌条件下加入氯化铜的无水乙醇溶液，反应1-2h，其中，氯化铜与喹啉-2-甲酸的摩尔比为1∶1.1-1.2；

(2)向上述溶液中滴加1，10-菲啰啉的无水乙醇溶液，反应2-3h，静置冷却，析出沉淀，即得目标产物，其中，氯化铜与1，10-菲啰啉摩尔比为1∶1.1-1∶1.2。

将步骤(2)所得沉淀用无水乙醇洗涤滤渣3-5次，重结晶，30-50℃真空干燥4-8h，可得提纯的目标产物。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明的一种具有荧光的抗菌铜三元配合物的制备工艺简单，成本较低，污染小，无毒副产物产生，易于实现工业化生产；

(2)本发明的一种具有荧光的抗菌铜三元配合物具有良好的化学稳定性和热稳定性，易于保存、使用和运输；

(3)本发明的一种具有荧光的抗菌铜三元配合物具有良好的脂溶性，较容易穿透细胞膜进入细菌内部，抑制、杀伤细菌；

(4)本发明的一种具有荧光的抗菌铜三元配合物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都具有较强抑菌作用，属广谱抗菌药，对上述两种细菌的抑菌圈直径均大于20mm，对大肠杆菌的MIC小于20μg·mL^-1，对金黄色葡萄球菌的MIC小于40μg·mL^-1，铜三元配合物的抑菌作用优于配体，对大肠杆菌的抑菌作用优于金黄色葡萄球菌；

(6)本发明的一种具有荧光的抗菌铜三元配合物具有强荧光发光性能，近紫外激发，可利用其自身具有的荧光标记识别性能研究该类抗菌药物与DNA作用机理以及观察其在体内的分布并追踪其摄入、排出的动力学过程，可作为抗菌药物应用于生物医药领域。

附图说明

图1为实施例1中原料氯化铜的X射线光电子能谱图。

图2为实施例1中原料喹啉-2-甲酸的X射线光电子能谱图。

图3为实施例1中原料1，10-菲啰啉的X射线光电子能谱图。

图4为实施例1所制备的具有荧光的抗菌铜三元配合物的X射线光电子能谱图。

图5为实施例1所制备的具有荧光的抗菌铜三元配合物的差热-热重图。

图6为实施例1所制备的具有荧光的抗菌铜三元配合物的激发光谱图。

图7为实施例1所制备的具有荧光的抗菌铜三元配合物的发射光谱图。

图8为实施例1所制备的具有荧光的抗菌铜三元配合物对大肠杆菌的抑菌圈图。

图9为实施例1所制备的具有荧光的抗菌铜三元配合物对金黄色葡萄球菌的抑菌圈图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，如操作手册，或按照制造厂商所建议的条件。所有无机化学试剂和有机溶剂购自国药集团上海化学试剂有限公司；大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均由中国科学院上海药物研究所提供。

实施例1

将10mL含3mmol喹啉-2-甲酸的无水乙醇溶液在磁力搅拌下加热至60℃，向上述溶液中以1-2mL/min的速度滴加10mL含2.5mmol氯化铜的无水乙醇溶液，磁力搅拌2h，再以1-2mL/min的速度滴加10mL含3mmol 1，10-菲啰啉的无水乙醇溶液，磁力搅拌2h，静置冷却，抽滤，将滤渣用无水乙醇洗涤3次，重结晶，30℃真空干燥4h，干燥保存。产率为78.9％。

图1、图2、图3及图4为实施例1制备的具有荧光的抗菌铜三元配合物的配体及该铜三元配合物的X射线光电子能谱图。游离配体喹啉-2-甲酸的氧原子和氮原子以及1，10-菲啰啉的氮原子的电子结合能要低于配合物中氧原子和氮原子的电子结合能，由于配中的氧原子和氮原子与铜离子配位后氧周围的电子云密度减少，因此电子结合能增加。配合物的铜离子和氯离子电子结合能降低，这是因为铜离子和氯离子是电子受体，周围电子云密度的增加。

从图中数据可知游离配体喹啉-2-甲酸的氧原子和氮原子和1，10-菲啰啉的氮原子与铜离子发生了配位。配合物197.29eV电子结合能处出现氯离子的较强吸收峰，与原料氯化铜的氯离子相比，电子结合能降低，这说明了氯离子参与了配位，为确定该配合物的结构和化学组成提供了依据。

图5为实施例1所制备的具有荧光的抗菌铜三元配合物的差热-热重图。在流速为50mL·min^-1的空气气氛中，用α-Al₂O₃做参比，升温速率10℃·min^-1，于25℃～1000℃范围内测定TG-DTA。由图5可知，该配合物在363℃时开始失重，在377、569、835℃出现了分解氧化放热峰，并伴随发生显著失重现象，配合物骨架断裂，分解氧化；热分解的最终产物应该是铜氧化物。该铜三元配合物的失重率与理论值相符，该配合物具有良好的热稳定性，热分解温度为363℃。

实施例1所制备的具有荧光的抗菌铜三元配合物荧光性能测试

采用VARIAN Cary-Eclipse 500荧光光谱仪测试配合物的荧光性能

图6为实施例1所制备的具有荧光的抗菌铜三元配合物的激发光谱图；图7为实施例1所制备的具有荧光的抗菌铜三元配合物的发射光谱图。

由上述两图可知，采用500V电压和255nm、265nm激发铜三元配合物发光，发光范围为350nm-500nm，在相同的电压下，激发光的波长越小，激发峰的强度越大。用392nm的激发主峰回扫发射峰，在220nm-350nm的区间范围内可得到三个激发峰，分别是236nm、255nm和265nm。

综上可知，该配合物具有发光性能，近紫外激发，发出350-435nm近紫外-可见范围的宽带发射峰。

抗菌性能测试及评价：

(1)采用培养基扩散法，利用抗菌剂不断溶解经琼脂扩散形成不同浓度梯度，以显示其抗菌作用。

操作步骤为：将氯化铜、喹啉-2-甲酸、1，10-菲啰啉和铜三元配合物用二次蒸馏水或少量DMF溶解，配制成0.005mol/L的溶液，分别试验对大肠杆菌和金黄葡萄球菌的抑菌作用。采用培养基扩散法，在37℃培养箱中 经18-24h培养后，用游标卡尺测定其抑菌圈直径。

抑菌圈结果评判规定和抗菌性能评价：3次重复实验阴性对照组应无抑菌圈产生，抗菌剂样品片均有抑菌效果的，判为合格；否则实验无效。通过抑菌圈直径大小来判断抗菌剂是否具有抗菌能力。根据《中华人民共和国化工行业标准：无机抗菌剂性能及评价》，抑菌圈直径小于或等于7mm者，判为无抑菌作用；抑菌圈直径大于7mm者，有弱抑菌作用；抑菌圈在10-20mm者，有中等抑菌作用；抑菌圈直径大于20mm者，有强抑菌作用。

(2)采用营养肉汤稀释法，将不同浓度的抗菌剂混合溶解于营养肉汤培养基中，然后接种细菌，通过菌的生长与否，确定抗菌剂抑制受试细菌生长的最低浓度，即最小抑菌浓度(Minimal Inhibitory Concentration，MIC)。

操作步骤为：将不同质量的铜三元配合物分别溶解于100mL营养肉汤培养基中；移取一定量的菌悬液接种于含抗菌剂的营养肉汤的锥形瓶中，使其浓度达到1×10⁵～5×10⁶cfu·mL^-1作为试验组样本；以同样方法接种于不含抗菌剂的营养肉汤或沙堡肉汤的锥形瓶中，作为阳性对照组样本；取只含有100mL营养肉汤培养基或沙堡肉汤培养基的锥形瓶作为阴性对照组；将试验组样本、阳性对照组样本及阴性对照组样本放置在37℃培养箱中培养18h-24h，观察结果；试验中应将试验用菌悬液进行活菌计数，营养琼脂培养基平板上30～300cfu为有效计数范围，确定最终的MIC。

MIC结果评判规定和抗菌性能评价：一般认为当试验用菌悬液的作用浓度为5×10⁵～5×10⁶cfu·mL^-1时，阳性对照组有细菌生长(出现浑浊)，阴性对照组无菌生长(通体透明)，试验组无菌生长的最高稀释度所对应的抗菌剂浓度，为该样品对受试菌的MIC。根据标准规定，当被测物的MIC≤800μg·mL^-1时，即认为该被测物具有抗菌效果，且MIC越小其抗菌性能越好。

表1是实施例1-5所制备的具有荧光的抗菌铜三元配合物的抑菌圈及MIC数据表。

表1

图8为实施例1所制备的具有荧光的抗菌铜三元配合物对大肠杆菌的抑菌圈图；图9为实施例1所制备的具有荧光的抗菌铜三元配合物对金黄色葡萄球菌的抑菌圈图。上述图8、图9中分别有5个抑菌圈(上为空白对照，左为氯化铜，中为铜三元配合物，右为喹啉-2-甲酸，下为1，10-菲啰啉)。

抗菌性能测试采用培养基扩散法和营养肉汤稀释法测试。抗菌结果见表1和图8、图9。

由图表可知：本发明的一种具有荧光的抗菌铜三元配合物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径均大于20mm，对大肠杆菌的MIC小于20μg·mL^-1，对金黄色葡萄球菌的MIC小于40μg·mL^-1，铜三元配合物的抑菌作用优于配体，对大肠杆菌的抑菌作用优于金黄色葡萄球菌。因此，根据中华人民共和国卫生部2006颁发的《消毒技术规范》标准，本发明的一种具有荧光的抗菌铜三元配合物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有较强抑菌作用，属广谱抗菌药，可作为抗菌药物应用于生物医药领域。

上述实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种具有荧光的抗菌铜三元配合物，其特征在于，其化学组成为Cu(HqnH)(Phen)Cl₂(H₂O)·2H₂O，Cu为铜，HqnH为喹啉-2-甲酸，Phen为1,10-菲啰啉，其结构式可以表示如下：

2.权利要求1所述的一种具有荧光的抗菌铜三元配合物的制备方法，其特征在于，其具体步骤如下：

(1)将喹啉-2-甲酸的无水乙醇溶液加热至50～80℃，在搅拌条件下加入氯化铜的无水乙醇溶液，反应1-2h，其中，氯化铜与喹啉-2-甲酸的摩尔比为1:1.1～1.2；

(2)向上述溶液中滴加1,10-菲啰啉的无水乙醇溶液，反应2～3h，静置冷却，析出沉淀，即得目标产物，其中，氯化铜与1,10-菲啰啉摩尔比为1:1.1～1:1.2。

3.权利要求2所述的一种具有荧光的抗菌铜三元配合物的制备方法，其特征在于，将步骤(2)所得沉淀用无水乙醇洗涤滤渣3～5次，重结晶，30～50℃真空干燥4～8h。

4.权利要求1所述的一种具有荧光的抗菌铜三元配合物用于制备抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌剂。