一种具有氧化还原活性的对映纯双(芳亚胺)蒽（BIAN）Os(II)联吡啶配合物的DNA结合研究

《ChemBioChem》：DNA Binding Study of a Redox Active Enantiopure Bis(arylimino)acenaphthene (BIAN) Os(II) Bipyridine Complex

合成并表征了新型Os(II) bis(arylimino)acenaphthene配合物，通过X射线晶体学和循环伏安法揭示了其可逆氧化还原性质及手性分离机制。UV-Vis和圆二色光谱表明Δ异构体与DNA结合常数达10^6 M?1，显著强于Λ异构体，且两者均通过BIAN配体插入DNA双螺旋结构。研究为开发新型生物无机治疗剂提供了理论依据。

　　本研究围绕一种新型的二价金属配合物展开，该配合物以双芳基亚氨基苊烯（BIAN）为配体，构建了含锇（Os）的八面体二吡啶配合物[Os(dmbpy)?BIAN](An)?（记为**1**），其中dmbpy为4,4′-二甲基-2,2′-联吡啶，An为六氟磷酸根（PF??）或氯离子（Cl?）。该研究不仅涉及配合物的合成与表征，还对其与DNA的结合特性进行了深入探讨，揭示了该配合物在生物应用方面的潜力。

首先，配合物的合成过程采用了标准的合成方法，通过对Os(dmbpy)?Cl?进行还原，从而制备出目标产物。合成过程中，使用了ZnCl?介导的模板法来构建BIAN配体，随后将其与Os(dmbpy)?Cl?前体在干燥且脱气的乙二醇中加热至180℃，以促进反应的进行。最终产物通过加入高浓度的[NH?]PF?溶液进行沉淀，并进一步通过硅胶柱层析进行纯化，获得了约33%的产率。通过1H、13C、1?F和31P核磁共振（NMR）光谱、电喷雾电离质谱以及元素分析，验证了产物的结构和纯度。NMR光谱显示，BIAN配体中的氢原子表现出明显的去屏蔽效应，这表明其与金属中心之间存在显著的电子相互作用。

在固态表征方面，通过X射线晶体学分析了[Λ-1](PF?)?的结构，揭示了其在晶体中的构型。研究发现，该配合物表现出典型的轴向扭曲现象，这与八面体金属配合物的结构特征相符。BIAN配体的轴向氮原子与金属中心的夹角为99.5(1)°和102.5(2)°，而这一数值比[Os(bpy)?](PF?)?中的轴向氮原子夹角（93.0(3)°）更大，表明其结构更为复杂。此外，BIAN与dmbpy配体之间的键角和键长均显示出一定的差异，说明其在配合物中的配位方式可能不同于传统的联吡啶配体。这些结构特征为理解配合物与DNA的相互作用提供了基础。

在电化学研究中，通过循环伏安法（CV）和差分脉冲伏安法（DPV）对[1]的氧化还原行为进行了分析。实验结果显示，[1]在氧化区域表现出完整的可逆氧化还原对，其氧化电位为+0.307 V，ΔE（电位差）为0.086 V，且峰电流比（Ipc/Ipa）接近1（0.97），表明其具有良好的电化学可逆性。与相关的[Os(bpy)?]2?和[Os(phen)?]2?配合物相比，[1]的氧化电位较低，这可能与其BIAN配体的电子供体性质有关。值得注意的是，[1]在还原区域还表现出四个可逆的氧化还原对，其中最低的还原电位为?2.375 V，而其他配合物则在?1.6 V以下表现出不可逆的还原行为。这一发现表明，BIAN配体可能在配合物的电子传递过程中起到重要作用，可能作为可逆的电子库。DFT计算进一步支持了这一观点，表明Os的d轨道在氧化还原过程中占据主导地位，而BIAN配体的贡献相对较小。

在光谱研究方面，UV-可见吸收光谱显示，[1]的吸收峰主要集中在400至600 nm之间，这一区域的吸收带被归因于金属到配体的电荷转移（MLCT）过程。时间依赖密度泛函理论（TD-DFT）计算进一步验证了这些吸收带的归属，并且考虑了溶剂效应的影响。研究还指出，BIAN配体的π到π*跃迁导致了该区域的吸收特性。此外，CD光谱显示，Δ-1和Λ-1的吸收光谱呈现出镜像对称性，表明它们在结构上具有明显的手性差异。CD信号的产生可能与配体在DNA螺旋结构周围的排列有关，以及金属中心与配体之间的电子相互作用。

进一步的DNA结合研究通过UV-可见吸收光谱和CD光谱进行。实验结果显示，Δ-1对DNA的结合能力显著高于Λ-1。在DNA结合过程中，Δ-1的吸收带发生了明显的红移，表明其可能通过插入DNA双螺旋的碱基对之间进行结合。这种结合行为与传统DNA插入剂类似，但其结合常数（Kb）达到了约10? M?1，这一数值与一些其他含Os的DNA插入剂相当，显示出较强的DNA结合能力。相比之下，Λ-1的结合常数无法准确测定，可能与其较弱的结合能力或不同的结合模式有关。这些结果表明，Δ-1可能在DNA结合过程中发挥更为重要的作用，尤其是在DNA结构的扭曲和稳定方面。

线性双折射（LD）光谱进一步验证了Δ-1和Λ-1与DNA的结合模式。研究发现，Δ-1在DNA存在时表现出强烈的正向信号，特别是在301 nm处，这与dmbpy配体在DNA沟槽中的位置一致。同时，Δ-1在435 nm和513 nm处也表现出两个明显的负向信号，这与MLCT跃迁的特征相符，进一步支持了其通过BIAN配体插入DNA的结论。而Λ-1在DNA存在时的信号较弱，表明其可能主要通过其他方式与DNA相互作用，例如通过沟槽结合或通过其他配体（如dmbpy）间接影响DNA结构。

热变性研究则揭示了Δ-1和Λ-1对DNA熔点（Tm）的影响。实验结果表明，Δ-1的存在导致DNA熔点提高了约4.0 ± 0.6°C，而Λ-1仅使熔点提高了约2.1 ± 0.2°C。这一差异与Δ-1较强的DNA结合能力相吻合，表明其在DNA结构稳定方面具有更大的作用。相比之下，Λ-1的结合能力较弱，可能无法显著影响DNA的热稳定性。这些结果进一步支持了Δ-1作为强DNA结合剂的结论。

本研究还指出，该配合物的合成和分离为开发具有生物活性的金属配合物提供了新的思路。通过手性色谱法，成功地将Δ-1和Λ-1分离，这为研究手性配体对DNA结合行为的影响提供了实验基础。同时，配合物的光谱和电化学特性表明，其具有潜在的生物应用价值，特别是在DNA结合和可能的光化学反应方面。未来的研究可以进一步探讨该配合物在细胞内的反应特性，例如其是否能够生成活性氧（ROS）或是否能够通过近红外（NIR）光激发产生特定的生物效应。

总体而言，本研究展示了一种新型的含BIAN配体的Os(II)配合物，其在合成、表征以及与DNA的相互作用方面表现出独特的性质。通过多种光谱和电化学手段，研究者不仅确认了该配合物的结构和电化学行为，还揭示了其与DNA的结合机制。Δ-1表现出更强的DNA结合能力，可能在未来的生物医学应用中具有更大的潜力，例如作为DNA靶向药物或用于DNA成像等。这一发现为开发具有更强DNA结合能力的金属配合物提供了新的方向，并为相关领域的进一步研究奠定了基础。