CN106633093B - N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物及其制备方法和应用 - Google Patents

N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了具有一维链状结构的N‑(2‑异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物及其制备方法和其在生物抑菌方面的应用。该铅配合物的制备方法为：先将4‑羟基苯甲酸甲酯和水合肼在有机溶剂中加热回流反应，然后将上述产物和丙酮酸在有机溶剂中加热回流反应得N‑(2‑异丙酸)对羟基苯甲酰腙，最后将铅盐与N‑(2‑异丙酸)对羟基苯甲酰腙的甲醇溶液反应得N‑(2‑异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物。试验结果表明：该铅配合物对腐皮镰刀菌、丹参枯萎病菌具有良好的抑菌活性，特别是针对腐皮镰刀菌抑菌效果尤为突出，具有广阔的应用前景。

Description

N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物及其制备方法和其在生物抑菌方面的应用。
背景技术
芳香酰腙是一类用途广泛的化学品，其金属配合物表现出重要的生物活性，可用于农药、医药和分析测试、催化等方面，尤其是它可用于抑菌、抗真菌、抗炎症及抗病毒等。早期，R.B.Johari 等报道苯甲醛水杨酰腙对黑曲霉和构巢曲霉菌都显出抗菌活性，而苯甲醛水杨酰腙与金属形成的配合物的杀菌活性更强。何水样等报道了2-羰基丙酸水杨酰腙稀土配合物与小牛胸腺DNA的作用情况，两种配合物均以插入方式与小牛胸腺DNA结合。宋斌等合成了2-呋喃甲醛缩-4-甲氧基苯甲酰腙(HL)及其过渡金属配合物NiL2和Mn(HL)2Cl2，结果显示NiL2对金色葡萄球菌有显著的抑制作用，可以用来作为潜在的抑菌材料。目前，结构、性能各异的酰腙类稀土金属配合物、过渡金属配合物均已被大量合成出来，但是对于主族金属配合物的研究相对较少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物及其制备方法和其在生物抑菌方面的应用，发明人测定了其对腐皮镰刀菌、丹参枯萎病菌的抑菌活性。
本发明实现过程如下：
结构式（I）所示的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物，
[Pb(HL)2]n （I）
其中，L是脱去一个质子的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙，结构式为：
，
上述配合物为单斜晶系，空间群P21/c，a = 0.87368(18) nm，b = 1.5020(3) nm，c = 0.91166(19) nm，α = γ = 90°，β =118.201(3)°，Z = 4，V = 1.0543(4) nm3。
上述的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的制备方法，包括如下步骤：
（1）将4-羟基苯甲酸甲酯和水合肼在有机溶剂中加热回流反应，得对N-(2-异丙酸)羟基苯甲酰肼；
（2）将对N-(2-异丙酸)羟基苯甲酰肼和丙酮酸在有机溶剂中加热回流反应，经冷却、抽滤得N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙；
（3）将可溶性铅盐水溶液和混合溶剂依次注入试管中，然后将N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙溶于甲醇中，用碱调节pH值至6-7后注入试管上层，经扩散后得目标产物，所述的混合溶剂是体积比为1:1的甲醇与N,N-二甲基甲酰胺或体积比为1:1的甲醇与水。
上述步骤（1）中，4-羟基苯甲酸甲酯和水合肼的摩尔比为1: 0.5~1：4。
上述步骤（2）中，N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰肼和丙酮酸的摩尔比为1: 0.5~1：5。
上述步骤（2）中，所述的抽滤过程是将加热回流反应后的混合液旋蒸得到油状物，然后加入水析出白色沉淀，经抽滤得到N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙。
上述步骤（1）和（2）所述的有机溶剂为乙醇或甲醇。
上述步骤（3）中，所述的碱为氨水、乙二胺、三乙胺。
上述步骤（3）所述的可溶性铅盐为硝酸铅或醋酸铅。
本发明的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的制备方法为溶剂扩散法，即将配体和金属盐通过溶剂层隔开，避免二者直接接触，通过溶剂扩散的方式缓慢反应制备得到N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物。而本领域的常规制备方法为溶液法，即直接将配体和金属盐溶液混合，反应制备得到配合物，本发明的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的制备方法相比本领域常规制备方法，具有产物易生成晶体，纯度高等优点，避免了粉末状产物提纯难、抑菌浓度难精确控制的劣势。
本发明提供了一种N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物作为植物杀菌剂的应用，对腐皮镰刀菌和丹参枯萎病菌有较好的杀菌作用。
在本发明的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的单晶结构中，中心原子铅为五配位，空间构型呈现扭曲的三角双锥几何体，铅为典型的半球形的配位模式，存在孤对电子效应，即有裸露的活性位点，有利于与菌类物质发生相互作用。该铅配合物为一维链状结构，不同于多数报道的酰腙配合物的零维结构。
本发明的优点和积极效果：本发明的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的结构是一维的链状构型，不同于常见的酰腙配合物的零维结构。另外，中心原子铅为典型的半球形的配位模式，存在孤对电子效应，即有裸露的活性位点，有利于与菌类物质发生相互作用。本发明的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的制备方法相比本领域常规制备方法，具有产物易生成晶体，纯度高、操作简便等优点，避免了粉末状产物提纯难、抑菌浓度难精确控制的劣势。其次，含氮配体的有机铅化合物具有一定的生物活性，特别是其抗真菌作用更为引人注目，因此，酰腙类铅配合物兼备二者抑菌性能优异的特点，对腐皮镰刀菌表现出尤为突出的抑菌效果。
附图说明
图1为N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的红外光谱谱图；
图2为N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的紫外可见光谱谱图；
图3为N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的晶体结构图；
图4为N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的一维链图；
图5为N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的热重曲线；
图6为N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的荧光激发和发射光谱图，其中，a为发射光谱曲线，b为激发光谱曲线。
具体实施方式
通过以下实施例进一步详细说明本发明，但应注意本发明的范围并不受这些实施例的任何限制。
N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的制备方法，步骤如下：
（1）将摩尔比为1:0.5~1:4的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酸甲酯和水合肼在有机溶剂中加热回流反应1~4小时得N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰肼；
（2）将摩尔比为1:0.5~1:5的步骤（1）得到的产物和丙酮酸在有机溶剂中加热回流反应1~6小时得N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙；
（3）将铅盐溶于水中，置于试管的底层；再将等体积的混合溶剂缓慢注入上述试管中；最后将步骤（2）得到的产物溶于等体积的甲醇中，用碱调节pH值至6-7后注入所述试管中，经扩散后得目标产物。
在步骤（3）中，所述铅盐与N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙的摩尔比为1:1~1:2；所述的铅盐为硝酸铅或醋酸铅。
本发明的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物经元素分析、红外光谱及X-射线单晶衍射结构分析，结果如下：
元素分析(C20H18N4O8Pb): 计算值：C 36.97，H 2.77，N 8.63；实测值: C 36.56，H,2.65，N, 8.96%。
红外光谱(KBr, v/cm-1)：3012(w), 2813(w), 2708(w), 2686(m), 1634(vs),1529(vs), 1501(s), 1451(m), 1378(m), 1332(s), 1284(s), 1234(m), 1219(s), 1052(s), 952(m), 761(m), 553(m).
紫外可见光谱(二甲基亚砜), λmax（nm）:329nm.
本发明的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的晶体结构：晶体为单斜晶系，空间群
P21/c，a = 0.87368(18) nm，b = 1.5020(3) nm，c = 0.91166(19) nm，α = γ =90°，β =118.201(3)°，
Z = 4，V = 1.0543(4) nm3，Dc = 2.692 Mg m-3，F(000) = 784。
实施例1：N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙的制备
N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰肼的制备：将5mmol 4-羟基苯甲酸甲酯，7.5mmol 85%水合肼和45mL无水乙醇加入100mL圆底烧瓶中，水浴搅拌回流3小时，趁热转移至烧杯，自然冷却，析出大量白色晶体，静置后抽滤，用无水乙醇洗涤。测其熔点为264-265℃，与文献值264-265℃一致，产率80%。
在100mL的圆底烧瓶中，将1mL冰醋酸滴加到溶有10mmol N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰肼和25mmol 丙酮酸的50mL无水乙醇中，水浴搅拌回流4小时，冷却后过滤，少量甲醇洗涤，首先旋蒸，得油状物，添加少许水，析出白色沉淀，然后再抽滤，得N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙。
白色固体，产率74%，熔点292-293℃；氢谱分析(二甲基亚砜-d 6, 400 MHz), δ(ppm): 10.61(s, 1H), 7.80 (d, J = 8.7 Hz, 2H), 7.69 (d, J = 8.7 Hz, 1H), 6.89(d, J = 8.7 Hz, 1H), 6.85 (d, J = 8.7 Hz, 2H), 2.14 (s, 3H). 元素分析（C10H10N2O4）（%）：计算值：C，54.05；H，4.54；N，12.61；测量值：C, 54.18; H, 4.26; N,12.91. 红外光谱分析（KBr, cm-1）：3620(m), 3337(m), 3254(m), 3193(w), 2994(w),2804(w), 2672(w), 1686(vs), 1534(m), 1505(s), 1491(m), 1384(m), 1348(s), 1283(s), 1256(m), 1224(s), 1125(m), 998(m), 854(m), 821(s), 754(m), 589(m).
实施例2: [Pb(C10H9N2O4)2]n的制备
步骤A：将0.1mmol 硝酸铅溶于5mL水中，完全溶解后，置于20mL试管的底层；
步骤B：将5mL体积比为1:1的混合溶剂用注射器缓慢注入步骤A所得溶液的液面上，形成中间层；
步骤C：将0.1mmol N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙溶于5mL甲醇中，用碱调节pH值至6-7，用注射器缓慢注入步骤B所得溶液的液面上，形成上层。静置，扩散反应后，即得N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物。
白色固体，产率42%；元素分析(C20H18N4O8Pb)（%）：计算值：C 36.97，H 2.77，N8.63；测量值: C 36.56，H, 2.65，N, 8.96%. 红外光谱分析(KBr, cm-1): 3549(w), 3012(w), 2813(w), 2708(w), 1634(vs), 1529(vs), 1501(s), 1418(m), 1378(w), 1294(s), 1252(s), 1214(m), 1191(s), 1022(s), 915(m), 765(m), 633(m). 紫外可见光谱分析(二甲基亚砜), λmax（nm）:329nm. 荧光光谱分析(nm) = 447nm.
从图1可以看出，产物的出峰位置和峰强度如下:其中，3620cm-1处出现尖峰，说明产物结构存在酚羟基，1384cm-1峰的消失说明合成的配合物中酚羟基质子已失去；1755cm-1处的振动峰消失，在1529cm-1和1294cm-1附近出现了羧基的反对称伸缩振动峰和对称伸缩振动峰，表明羧基参与配位。
从图2可以看出，N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的紫外光谱在329nm处有一强的吸收峰，归属于对羟基苯酰胺的π-π*跃迁。
从图3可以看出，N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的晶体结构参数如下：晶体为单斜晶系，空间群P21/c，a = 0.87368(18) nm，b = 1.5020(3) nm，c = 0.91166(19)nm，α = γ = 90°，β =118.201(3)°，Z = 4，V = 1.0543(4) nm3，Dc = 2.692 Mg m-3，F(000) = 784。在N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的单晶结构中，中心原子铅为五配位，空间构型呈现扭曲的三角双锥几何体，铅为典型的半球形的配位模式，存在孤对电子效应，即有裸露的活性位点，有利于与菌类物质发生相互作用。
从图4可以看出，该铅配合物采用μ 2-η 2:η 1螯合侨联配位模式构筑为一维链状结构。
从图5可以看出，目标化合物的热分解过程为两个阶段：第一阶段失重发生260 °C~410 °C之间，失重率约为52%，推测在该温度范围内化合物主体框架坍塌；第二阶段失重发生在410 °C~600 °C，最终参与率32%，推测在该温度范围内氢氧化物转化为氧化物。
从图6可以看出，以390nm为激发波长，N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的最大发射峰为447nm，显示该化合物发蓝光。
实施例3：N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物对腐皮镰刀菌生成速率的抑制试验
供试菌种：腐皮镰刀菌
采用菌体生长速率测定法，将N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物在无菌条件下配制成一定浓度的二甲基亚砜溶液，在使用时用磷酸盐缓冲液稀释至所需浓度，各吸取1mL溶液注入培养皿内，再分别加入9mL琼脂培养基，摇匀后制成10, 20, 40, 80 μmol L-1含药平板，以添加1mL灭菌乙醇的平板做空白对照。用直径4mm的打孔器切取菌饼，移至含药平板，每处理重复三次，将培养皿放在25±1℃恒温培养箱培养，72小时后测量各处理菌饼扩展直径，求平均值，与空白对照比较计算相对抑菌率。
其中，抑制率(%)=[(对照生长直径-处理生长直径)/对照生长直径]×100% (1)
EC50(理论值) = (a + b)/[(a/EC50A)+(b/EC50B)] (2)
SR = EC50(理论值) / EC50(实测值) (3)
上述公式中所指A和B分别代表抑菌的两个组分，a和b分别代表组分A和B与配合物的摩尔比；EC50指半最大效应浓度，SR指协同作用率。
从表1可以看出，本发明制备的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物，其作为抑菌剂，抑菌效果明显优于N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙和硝酸铅。从表2不难看出，本发明制备的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物抑菌效果较好，EC50 仅为7.12mg L-1。另外，SR ≥ 1.5，结果显示，N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物在抑菌过程中，铅盐和酰腙呈协同作用。
实施例4：N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物对丹参枯萎病菌生成速率的抑制试验
供试菌种：丹参枯萎病菌（从丹参病株中提取分离得到）。
采用菌体生长速率测定法，将N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物在无菌条件下配制成一定浓度的二甲基亚砜溶液，在使用时用磷酸盐缓冲液稀释至所需浓度，各吸取1mL溶液注入培养皿内，再分别加入9mL琼脂培养基，摇匀后制成10, 20, 40, 80 μmol L-1含药平板，以添加1mL灭菌乙醇的平板做空白对照。用直径4mm的打孔器切取菌饼，移至含药平板，每处理重复三次，将培养皿放在25±1℃恒温培养箱培养，72小时后测量各处理菌饼扩展直径，求平均值，与空白对照比较计算相对抑菌率。
其中，抑制率(%)=[(对照生长直径-处理生长直径)/对照生长直径]×100% (1)
EC50(理论值) = (a + b)/[(a/EC50A)+(b/EC50B)] (2)
SR = EC50(理论值) / EC50(实测值) (3)
上述公式中所指A和B分别代表抑菌的两个组分，a和b分别代表组分A和B与配合物的摩尔比；EC50指半最大效应浓度，SR指协同作用率。
从表3可以看出，本发明制备的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物，其作为抑菌剂，抑菌效果明显优于N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙和硝酸铅。从表4不难看出，本发明制备的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物抑菌效果较好，EC50 仅为8.25mg L-1。另外，SR ≥ 1.5，结果显示，N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物在抑菌过程中，铅盐和酰腙呈协同作用。

Claims (10)

1.结构式（I）所示的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物，[Pb(HL)2]n（Ⅰ）
其中，L是脱去一个质子的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙，结构式为：
，
上述配合物为单斜晶系，空间群P21/c，a = 0.87368(18) nm，b = 1.5020(3) nm，c =0.91166(19) nm，α = γ = 90°，β =118.201(3)°，Z = 4，V = 1.0543(4) nm3。
2.权利要求1所述N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将4-羟基苯甲酸甲酯和水合肼在有机溶剂中加热回流反应，得对N-(2-异丙酸)羟基苯甲酰肼；
（2）将对N-(2-异丙酸)羟基苯甲酰肼和丙酮酸在有机溶剂中加热回流反应，经冷却、抽滤得N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙；
（3）将可溶性铅盐水溶液和混合溶剂依次注入试管中，然后将N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙溶于甲醇中，用碱调节pH值至6-7后注入试管上层，经扩散后得目标产物，所述的混合溶剂是体积比为1:1的甲醇与N,N-二甲基甲酰胺或体积比为1:1的甲醇与水。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，4-羟基苯甲酸甲酯和水合肼的摩尔比为1: 0.5~1：4。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰肼和丙酮酸的摩尔比为1: 0.5~1：5。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的抽滤过程是将加热回流反应后的混合液旋蒸得到油状物，然后加入水析出白色沉淀，经抽滤得到N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）和（2）所述的有机溶剂为乙醇或甲醇。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述的碱为氨水、乙二胺、三乙胺。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的可溶性铅盐为硝酸铅或醋酸铅。
9.权利要求1所述的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物作为植物杀菌剂的应用。
10.权利要求1所述的N-(2-异丙酸)对羟基苯甲酰腙铅配合物在抑制腐皮镰刀菌和丹参枯萎病菌中的应用。
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