新型顺式 - Ni (S, N)2配合物的多维度研究:从结构解析到生物活性探索

【字体: 时间:2025年04月23日 来源:BMC Chemistry 4.3

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  在过渡金属配合物研究领域,为探究顺式 - Ni (PPEHCDT)2配合物的分子结构及相关性质,研究人员通过多种理化技术与理论计算进行研究。结果表明该配合物结构独特、热稳定性良好且与 DNA 结合存在差异,为相关领域发展提供了重要依据。

  在化学和生物医学交叉领域,过渡金属离子与含氮、硫配体形成的配合物一直是研究热点。这类配合物不仅结构独特,在工业催化、生物酶模拟等方面也展现出巨大潜力。其中,镍 (II) 配合物在水氧化催化等反应中表现卓越,吸引了众多科研人员的目光。然而,目前对于某些特定镍 (II) 配合物,如顺式 - Ni (PPEHCDT)2配合物的研究还不够深入,其分子结构在与配体相互作用时的细节、精确的配位模式,以及与生物大分子的相互作用机制等问题,都有待进一步探索。
为了解开这些谜团,来自利比亚科学研究局(Libyan Authority for Scientific Research)、英国圣安德鲁斯大学(University of St Andrews)等多个研究机构的研究人员携手开展了一项深入研究。他们围绕顺式 - Ni (PPEHCDT)2配合物,从合成、结构表征到与生物大分子的相互作用等多个维度进行剖析。研究成果发表在《BMC Chemistry》上,为该领域的发展提供了重要的理论和实践依据。

研究人员在探索顺式 - Ni (PPEHCDT)2配合物的奥秘时,运用了多种先进技术。在结构表征方面,采用了 X 射线衍射(XRD)技术,这一技术就像是给配合物拍了一张高精度的 “分子照片”,能够清晰呈现其晶体结构;利用傅里叶变换红外光谱(FT - IR)、质谱(FAB - MS)、元素分析(CHN - EA)、紫外可见光谱(UV - Vis)和能量色散 X 射线光谱(EDX)等,从不同角度对配合物的分子结构和组成进行精准分析。同时,借助密度泛函理论(DFT)计算,在理论层面深入研究配合物的几何构型和电子性质。在研究配合物与生物大分子的相互作用时,使用 Hirshfeld 表面分析(HSA)、分子静电势(MEP)计算以及分子对接技术,详细探究其与 DNA 的结合模式和结合能力。

在制备及结构表征方面,研究人员将苯基 (E)-2-(1 - 苯基亚乙基) 肼 - 1 - 二硫代甲酸酯(PPEHCDT)配体与 NiCl2·3H2O 反应,成功制备出顺式 - Ni (PPEHDC)2配合物,产率良好。通过多种光谱技术分析,确认了配合物的分子结构,且 XRD 结果表明 PPEHDC 配体以 S(硫醇)和 N(偶氮甲碱)形式配位,而非硫酮形式。此外,研究发现该配合物以动力学有利的顺式异构体形式存在,未检测到热力学有利的反式异构体。

在 X 射线和 DFT 计算部分,DFT 优化和 XRD 分析显示,配合物晶体属于单斜晶系,C2/c 空间群。两个 PPEHDC 配体通过 S 和 N 与 Ni (II) 中心结合,形成中性顺式配合物,包含两个五杂元金属环。虽然 DFT 理论计算认为四面体构型更有利,但 XRD 实验证实配合物为扭曲的平面正方形构型,不过二者在其他结构参数上具有较高一致性。

对异源 [CH???Cl/CH???πPh] 合成子和 HSA 的研究发现,该配合物存在两种罕见的 2D - S24 型环状键合合成子,通过 Calkyl-H…S 和 Cph-H…Ph 短接触形成二维链状结构,增强了晶体稳定性及光学和电学特性。HSA 分析进一步确认了分子间的短相互作用,如 H…S 和 H???πPh,这些相互作用在维持配合物结构稳定性方面发挥了重要作用。

MEP 和 MAC/NPA 计算结果表明,配合物中醚硫和配位硫原子是富电子和亲核位点,而苯环和甲基质子是缺电子和亲电位点。非经典的 C - H???πPh 和 C - H???S 氢键相互作用与 HSA、XRD 结果一致。同时,MAC 和 NPA 电荷分布计算显示二者具有较高相关性,为理解配合物的电子结构提供了重要信息。

HOMO/LUMO 和态密度(DOS)分析表明,HOMO 的主要电子密度集中在 Ni (II) 和配合物核心原子周围,LUMO 则仅集中在核心原子,不包括 Ni (II) 中心。计算得到的 ELUMO、EHOMO和 ΔE 值,以及 DOS 计算的 ΔEDOS与 ΔEHOMO/LUMO相符,反映了配合物的稳定性和化学活性。

通过 TG/DTG 分析配合物的热行为,发现其热稳定性良好,在 250℃以下无明显失重,归因于镍原子上不存在未配位或配位的水分子。该配合物经历两步主要分解过程,第一步在 250 - 300℃,主要是一个 PPEHDC 配体解构;第二步在 420 - 510℃,第二个配体解构并与大气中的 O2反应生成氧化镍。

分子对接研究显示,游离的 PPEHCDT 配体与 1BNA - DNA 结合模式类似顺铂,通过两个短氢键与 DNA 双螺旋交联,结合能较高;而顺式 - Ni (PPEHCDT)2配合物则与 DNA 的大沟结合,仅形成一个氢键,结合能较低。虽然配合物的抑制常数(IC)值较低,显示其与 1BNA 结合能力较好,但结合能表明游离配体是更有效的 DNA 结合剂。

综上所述,研究人员成功制备了新型中性镍 (II) 配合物顺式 - Ni (PPEHDC)2,通过多种实验和理论计算方法,详细表征了其结构、性质及与 DNA 的相互作用。该研究不仅丰富了过渡金属配合物的结构化学知识,为理解镍 (II) 配合物的性质和行为提供了新视角,也为其在生物医学、材料科学等领域的潜在应用奠定了基础,有望推动相关领域的进一步发展。

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