基于富马酸和琥珀酸的Mn(II)及Ni(II)配位固体中的超分子组装（涉及吡啶和菲咯啉）：抗癌活性与理论研究

《Journal of Molecular Structure》：Supramolecular Assemblies in Fumarato and Succinato based Mn(II) and Ni(II) Coordination Solids involving Pyridine and Phenanthroline: Anticancer activities and Theoretical Studies

配位化合物[Ag(Mpy)2(H2O)2]n与[Ni(phen)(succH0.5)(H2O)3](NO3)0.5·2H2O的合成、结构表征及生物活性研究。通过SCXRD、FT-IR、TGA及DFT、MEP、QTAIM、NCI计算分析其氢键和π-堆积作用形成的二维超分子层状结构（化合物1）及水分子与硝酸盐阴离子包合的镍配合物（化合物2）的非共价相互作用机制。体外细胞实验显示两者对DL癌细胞具有显著毒性和诱导凋亡作用，提示潜在抗癌应用价值。

　　在当今的化学研究领域，金属有机配合物因其独特的结构和功能特性，成为材料科学和药物化学中的重要研究对象。这些配合物通常通过金属离子与有机配体之间的配位作用形成，而其自组装过程则依赖于非共价相互作用，如氢键、π-π堆积等。这种自组装能力使得金属有机化合物能够构建出复杂的、有序的超分子结构，而无需极端的合成条件。随着对金属有机材料研究的深入，其在催化、生物医学、传感器和能源存储等领域的应用潜力也日益显现。因此，开发具有新颖结构和功能的金属有机化合物，不仅有助于拓展其应用范围，也对理解其自组装机制具有重要意义。

本研究中，我们合成并表征了两种新的金属有机配合物：[Mn(3-Mepy)?(μ-fum)(H?O)?]?（化合物1）和[Ni(phen)(succH?.?)(H?O)?](NO?)?.?·2H?O（化合物2）。其中，3-Mepy代表3-甲基吡啶，phen代表1,10-邻菲啰啉，fum代表富马酸根，succH则表示富马酸的单阴离子形式。这些配体的选择基于其在金属有机化学中的重要性以及它们能够提供的多样化的非共价相互作用能力。3-甲基吡啶作为一种N-供体配体，具有良好的配位能力和结构灵活性，使其成为构建金属有机化合物的理想选择。而1,10-邻菲啰啉则以其稳定的螯合能力，广泛用于金属有机材料的合成。富马酸和富马酸的单阴离子形式则因其独特的桥接能力，能够促进金属中心之间的连接，从而形成具有特定拓扑结构的配合物。

在合成过程中，化合物1通过将一当量的MnCl?·4H?O与一当量的富马酸二钠盐反应，随后加入两当量的3-Mepy，在去离子水中进行反应而得到。该反应过程在温和的条件下进行，显示出金属有机化合物自组装的高效性。化合物2则通过将一当量的Ni(NO?)?·6H?O与一当量的富马酸二钠盐反应，再加入一当量的phen，最终得到目标产物。这两种配合物的合成方法均体现了金属有机化合物构建过程中对反应条件的精确控制，以及配体选择对最终产物结构的决定性影响。

在结构表征方面，我们采用了单晶X射线衍射技术（SCXRD）对这两种配合物的晶体结构进行了详细分析。SCXRD是一种能够提供分子层面精确信息的分析手段，有助于揭示配合物的三维结构特征以及其内部的非共价相互作用。此外，我们还结合了电子光谱、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和热重分析（TGA）等方法，以进一步验证配合物的结构和性质。通过这些综合的表征手段，我们不仅能够确认化合物的化学组成，还能深入理解其分子间的相互作用模式。

化合物1的晶体结构显示出其具有双链的聚合结构，其中每个Mn(II)金属中心都具有相同的配位环境，但在键长和键角方面存在细微差异。这种差异可能是由于配体在空间中的不同排列方式，或者是由于氢键和π-π堆积等非共价相互作用的微妙变化所导致。值得注意的是，这些聚合链通过多种氢键和π-π堆积作用相互连接，从而形成了二维的超分子层状结构。这种结构的形成不仅依赖于金属中心与配体之间的配位作用，还受到分子间非共价相互作用的调控，进一步体现了金属有机化合物在自组装过程中对非共价作用的依赖性。

化合物2则表现出单核结构，其中Ni(II)中心被包裹在由多个非共价相互作用形成的超分子宿主腔中。这种结构特征使得化合物2能够同时容纳双分子的客体水分子和硝酸根阴离子，从而赋予其一定的结构稳定性。通过非共价相互作用的调控，这种宿主-客体结构不仅有助于形成稳定的晶体框架，还可能对化合物的物理化学性质产生重要影响。例如，氢键的形成可以增强分子间的相互作用，从而提高材料的机械强度和热稳定性。

为了更深入地理解这些非共价相互作用对化合物结构和性质的影响，我们还采用了密度泛函理论（DFT）进行计算分析。DFT计算能够提供分子间相互作用的能量数据，有助于评估氢键、π-π堆积等非共价作用的相对强度。此外，我们还利用了分子静电势（MEP）表面计算、量子理论原子分子（QTAIM）分析以及非共价相互作用（NCI）图分析等方法，对这些相互作用进行了系统的研究。这些计算方法不仅能够揭示分子间的相互作用模式，还能够提供关于这些作用在分子层面的详细信息，从而为理解化合物的自组装行为和物理化学性质提供理论支持。

在实验研究方面，我们进一步评估了化合物1和化合物2的体外抗肿瘤活性。通过使用 Dalton’s 淋巴瘤（DL）恶性肿瘤细胞系进行测试，我们发现这两种化合物均表现出一定的细胞毒性和诱导细胞凋亡的能力。细胞毒性的评估主要依赖于 Trypan blue 排除法和乳酸脱氢酶（LDH）泄漏参数，这些方法能够有效反映细胞膜的完整性以及细胞死亡的程度。同时，我们还通过双荧光染色法和线粒体膜电位（MMP）研究来进一步确认细胞凋亡的发生。这些实验结果不仅表明了化合物1和化合物2在抗肿瘤方面的潜力，也为它们在药物开发中的应用提供了初步的实验依据。

细胞凋亡是细胞死亡的一种程序化过程，通常由一系列复杂的分子机制调控。在本研究中，我们发现化合物1和化合物2能够诱导DL细胞的凋亡，这可能与其对细胞膜的破坏或对线粒体功能的干扰有关。线粒体膜电位的改变是细胞凋亡的重要标志之一，而双荧光染色法则能够通过同时检测细胞的活力和凋亡状态，提供更全面的细胞毒性评估。这些实验结果表明，这两种配合物在抑制肿瘤细胞生长方面具有一定的潜力，值得进一步研究其作用机制和优化其结构以提高其生物活性。

此外，我们还探讨了这些配合物在生物医学领域的潜在应用。由于金属有机化合物在药物设计中的广泛应用，其生物活性和安全性成为研究的重要方向。本研究中，我们通过评估化合物对正常细胞（如外周血单核细胞，PBMC）的影响，初步判断了其在治疗应用中的安全性。这种评估不仅有助于理解化合物对肿瘤细胞的选择性作用，还能够为后续的药物开发提供参考依据。特别是在癌症治疗领域，开发具有高选择性和低毒性的金属有机化合物，是当前研究的热点之一。

综上所述，本研究通过合成和表征两种新的金属有机配合物，深入探讨了它们的结构特征和非共价相互作用模式。这些配合物不仅在结构上展现出独特的自组装能力，还在生物活性方面表现出一定的潜力。特别是化合物1和化合物2在抗肿瘤方面的表现，为它们在药物开发中的应用提供了重要的实验依据。未来的研究可以进一步探讨这些配合物的作用机制，优化其结构以提高生物活性，并评估其在体内环境中的稳定性与安全性，从而推动其在癌症治疗等领域的实际应用。