新型Cu(II)-高氯酸席夫碱配合物的合成、表征与生物活性研究：晶体工程、DFT计算及抗癌抗菌应用

本研究针对传统生物医学化合物水溶性差、毒性大等问题，设计合成了一种新型双核Cu(II)-高氯酸席夫碱配合物(NO3)Cu(H2O)(L2,2-Me2)(μ-H2O)Cu(L2,2-Me2)ClO4。通过SCXRD、SEM-EDX、XPS等多技术表征，结合DFT计算揭示了其半导体特性及离子传感能力。生物评价显示该配合物对革兰氏阳性菌(S. aureus)抑制率达27±0.1 mm，抗癌活性IC50为44.342 μg/mL，为开发新型抗菌抗癌材料提供了新思路。

　　

在生物医学领域，铜配合物因其独特的氧化还原特性和与生物大分子的相互作用能力，已成为抗癌抗菌药物研发的热点。然而，传统Cu(II)配合物普遍面临水溶性差、细胞毒性大等挑战，且关于Cu(II)-高氯酸盐配合物的晶体结构研究仍存在显著空白。更关键的是，这类配合物在同时具备半导体特性和生物活性的多功能材料开发方面尚未取得突破性进展。

印度塔姆鲁克玛哈维迪亚拉亚学院（Tamralipta Mahavidyalaya）化学系的Dhrubajyoti Majumdar团队在《BMC Chemistry》发表了一项创新研究。研究人员通过将3-甲氧基水杨醛与2,2-二甲基-1,3-丙二胺缩合制备席夫碱配体，再与Cu(NO₃)₂·6H₂O和NaClO₄反应，成功合成出新型双核Cu(II)配合物。研究采用单晶X射线衍射(SCXRD)解析结构，结合密度泛函理论(DFT)计算电子性质，并通过MTT法和琼脂扩散法评价生物活性。

关键技术包括：单晶X射线衍射确定晶体结构（空间群P-1）、DFT/B3LYP-D3理论计算电子性质、X射线光电子能谱(XPS)分析元素状态、扫描电镜-能谱联用(SEM-EDX)表征形貌组成，以及针对HepG2肝癌细胞和H9c2心肌细胞的体外抗癌实验。

晶体结构分析显示，该配合物呈现罕见的双核结构，两个Cu(II)中心均采取六配位扭曲八面体构型。Cu1与席夫碱的亚胺氮N(4)、氨基氮N(5)及两个酚氧原子O(8)/O(11)形成赤道平面，轴向由桥联水分子O(10)和甲氧基氧O(9)占据（键长2.399-2.428 ?）。晶体堆积中发现的C-H···π和氢键(N-H···O/O-H···O)网络，为理解生物分子识别机制提供了新视角。

DFT计算揭示了材料的独特性质：前线分子轨道(HOMO-LUMO)能隙仅0.43 eV，表明其具有半导体特性；分子静电势(MEP)显示ClO₃区域富电子（红色），而O-H/N-H区域缺电子（蓝色），预示其对Co²⁺/Ni²⁺/Cd²⁺阳离子和Br^-/I^-阴离子的传感潜力。非共价相互作用(NCI)分析进一步证实，配合物通过范德华力和氢键实现稳定化。

生物评价取得突破性结果：抗菌测试显示对S. aureus的抑制圈直径达27±0.1 mm，显著优于铜盐（12±0.1 mm）；抗真菌实验表明对A. fumigatus的MIC值为44.2 μg/mL。抗癌实验中，配合物对HepG2细胞的IC₅₀为44.342 μg/mL，通过Trypan Blue排斥实验证实其能破坏细胞膜完整性。研究人员提出活性机制：d⁹构型的Cu(II)离子通过Cu²⁺→Cu¹⁺氧化还原循环产生活性氧物种(ROS)，进而诱导癌细胞凋亡。

这项研究的意义在于：首次报道了具有C-H···π和氢键协同作用的Cu(II)-高氯酸席夫碱配合物的晶体结构，填补了该领域空白；通过DFT计算揭示了材料在半导体和离子传感方面的双重应用前景；生物实验证明其作为广谱抗菌剂和抗癌先导化合物的潜力。特别是配合物对肝癌细胞的选择性毒性（HepG2 vs H9c2），为开发靶向抗肿瘤药物提供了新思路。这项跨学科研究为设计多功能金属药物提供了理论依据和实践范例，推动晶体工程与生物医学的交叉融合。