金龍飛，王 龍，毛 驍，楊 明，吳勇飛，吳臘梅

(中南民族大學化學與材料科學學院，武漢430074)

L-谷氨酸衍生物近年來被研究者用與金屬離子如鈀(II)、釩(II)、鈣(II)等配位合成新型的具有生理活性或化學特性的 L-谷氨酸類金屬配合物［1，2］.如Marcos Maroto等［3］以L-谷氨酸衍生物合成了一種新型的化合物ITH33/IQM9.21(ITH/IQM)，它能調(diào)節(jié)人體內(nèi)鈣離子的進出，保護人的神經(jīng)組織.Danuta Kroczewska等［4］在研究［Cu2+-(A)-(Glu-cha)］(A=多聚胺)三元體系中探討了混合配體配合物中L-谷氨酸類似物與金屬銅(II)形成的金屬配合物.

根據(jù)谷氨酸與三磷酸腺苷分解酶和輔酶的特征結(jié)構(gòu)殘基基團的相似性，本文對谷氨酸衍生物及其與金屬離子配位后形成的金屬配合物進行了研究，以期尋找影響三磷酸腺苷分解的催化活性的化合物或配合物.在對N，N-二芐基-L-谷氨酸研究的基礎(chǔ)上［5］，擬以 L-谷氨酸為原料合成 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸(H2bcmga)(圖1)及其金屬配合物，并考察修飾后的谷氨酸衍生物及其金屬配合物對三磷酸腺苷二鈉分解的催化活性，為進一步研究L-谷氨酸衍生物及其金屬配合物的催化活性提供理論依據(jù).

圖 1 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸Fig.1 N，N-biscarboxymethyl-L-glutamic acid

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

元素分析儀(Perkin Elmer 2400 CHN型)，高分辨傅立葉紅外光譜儀(FT-IR NEXUS智能型，KBr壓片)，核磁共振儀(VARIAN Mercury PLUS-300，溶劑為DMSO-d6)，可見紫外分光光度計(UV-265，25℃測量，波段范圍為190～700 nm)，酸度計(pH-25型)，數(shù)字熔點儀(X-4).

甲醇、無水乙醇、95%乙醇、無水乙醚、CuCl2·2H2O、NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O、MnCl2·4H2O、ZnCl2、MgCl2·6H2O、Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3·10H2O、N，N-二甲基酰胺(DMF)、鹽酸、氯乙酸、LiOH、鉬酸銨、硫酸亞鐵均為分析純.L-谷氨酸、三磷酸腺苷二鈉為生物試劑.

1.2 實驗方法

1.2.1 配體 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸 H2bcmga 的制備

N，N-二羧甲基-L-谷氨酸的制備參照文獻［6］合成.取 L-谷氨酸 2.94 g(0.02 mol)和氯乙酸4.72 g(0.05 mol)，用 7 mol·L－1LiOH 調(diào)節(jié) pH 11后混勻，在80～85℃攪拌反應5～6 h，再用4.0 mol·L－1HCl調(diào)至 pH=1.5～2.0，減壓蒸餾至粘稠狀，加入無水乙醇使其析出固體.過濾并用50%的乙醇洗滌，再用80%的乙醇溶液重結(jié)晶，真空干燥至恒重，純品為白色粉末狀固體.產(chǎn)率:88.5%，m.p.185～186℃.Anal.calcd for C9H13NO8:C 41.07，H 4.94，N 5.32;found:C 41.05，H 4.94，N 5.32.FT-IR(KBr壓片，υ/cm－1):1629 s，1412 s，1081 s.1H NMR(DMSO-d6)，δ:12.20(s，4H)，3.61～3.64(m，1H)，1.58～1.59(m，2H)，2.15～2.18(m，2H)，3.22～3.42(m，4H).

1.2.2 配合物 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸合銅［Cu(bcmga)(H2O)］·H2O 的合成

將0.26 g(1.00 mmol)H2bcmga溶于10 mL 蒸餾水中，50 ℃下攪拌，緩慢滴加溶有0.18 g(1.00 mmol)CuCl2·2H2O 的3 mL 95%乙醇溶液，用0.10 mol·L－1的 NaOH 溶液調(diào)節(jié) pH=3.0～4.0 至剛好不出現(xiàn)沉淀，溶液由淺藍色變?yōu)樯钏{色.繼續(xù)反應3～4h后減壓蒸餾溶液至粘稠狀，冷卻至室溫.加入95%乙醇10～15mL，出現(xiàn)淺藍色沉淀物，過濾，用50%的乙醇洗滌干燥.產(chǎn)率:79.2%，m.p.＞300℃.Anal.calcd for C9H15CuNO10:C 29.92，H 4.16，N 3.88;found:C 29.80，H 4.24，N 3.65.FTIR(KBr壓片，υ/cm－1):3392 vs br，1589 s，1408 s，1031 m，526 m，463 m.

1.2.3 配合物 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸合鈷［Co(bcmga)(H2O)］·H2O 的合成

將0.26 g(1.00 mmol)H2bcmga溶于10 mL 蒸餾水中，50℃下攪拌，緩慢滴加溶有0.24 g(1.00 mmol)CoCl2·6H2O的3 mL 95%的乙醇溶液，用0.10 mol·L－1的 NaOH 溶液調(diào)節(jié) pH=5.0～5.5 至剛好不出現(xiàn)沉淀，溶液顏色由淺紅色變?yōu)樯罴t色.繼續(xù)反應3～4 h后減壓蒸餾溶液至粘稠狀，冷卻至室溫后加入95%乙醇10～15 mL，溶液中出現(xiàn)淺紅色沉淀物，過濾，用50%乙醇洗滌干燥.產(chǎn)率:80.3%，m.p.＞ 300 ℃.Anal.calcd for C9H15CoNO10:C 30.34，H 4.21，N 3.93;found:C 30.22，H 4.30，N 3.78.FI-IR(KBr壓片，υ/cm－1):3396 vs br，1586 s，1412 s，1038 m，567 m，485 m.

1.2.4 配合物 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸合鎳［Ni(bcmga)(H2O)］·H2O 的合成

將0.26 g(1.00 mmol)H2bcmga溶于10 mL 蒸餾水中，50℃下攪拌，緩慢滴加溶有0.24 g(1.00 mmol)NiCl2·6H2O的3 mL 95%乙醇溶液，用0.10 mol·L－1NaOH 溶液調(diào)節(jié) pH=5.0～6.0 至剛好不出現(xiàn)沉淀，溶液顏色由淺綠色變?yōu)樯罹G色.繼續(xù)反應3～4 h，后減壓蒸餾溶液至粘稠狀，冷卻至室溫后加入95%乙醇10～15 mL，溶液中出現(xiàn)淺綠色沉淀物，過濾，用50%乙醇洗滌干燥.產(chǎn)率:83.4%，m.p.＞ 300 ℃.Anal.calcd for C9H15NiNO10:C 30.36，H 4.23，N 3.94;found:C 30.30，H 4.31，N 3.82.FT-IR(KBr壓片，υ/cm－1):3400 vs br，1583 s，1416 s，1033 m，552 m，438 m.

1.2.5 配合物 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸合錳［Mn(bcmga)(H2O)］·2H2O 的合成

將0.26 g(1.00 mmol)H2bcmga溶于10 mL 蒸餾水中，50℃下攪拌，緩慢滴加溶有0.20 g(1.00 mmol)MnCl2·4H2O 的3 mL 95%乙醇溶液，用0.10 mol·L－1NaOH 溶液調(diào)節(jié) pH=6.0～6.5 至剛好不出現(xiàn)沉淀，溶液顏色變?yōu)辄S色.繼續(xù)反應3～4 h后減壓蒸餾溶液至粘稠狀，冷卻至室溫后加入無水乙醇10～15 mL，溶液中出現(xiàn)灰色沉淀物，過濾，用50%乙醇洗滌干燥.產(chǎn)率:76.7%，m.p.＞300℃.Anal.calcd for C9H17MnNO11:C 29.19，H 4.59，N 3.78;found:C 29.11，H 4.70，N 3.57.FT-IR(KBr壓片，υ/cm－1):3380 vs br，1588 s，1410 s，1035 m，541 m，452 m.

1.2.6 配合物 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸合鋅［Zn(bcmga)(H2O)］·2H2O 的合成

將0.26 g(1.00 mmol)H2bcmga溶于10 mL 蒸餾水中，50℃下攪拌，緩慢滴加到溶有0.14 g(1.00 mmol)ZnCl2的 3 mL 95% 乙醇 溶液，用0.10 mol·L－1NaOH溶液調(diào)節(jié) pH=5.5～6.0 至剛好不出現(xiàn)沉淀，溶液顏色仍為無色.繼續(xù)反應3～4 h后減壓蒸餾溶液至粘稠狀，冷卻至室溫后加入95%乙醇10～15 mL，溶液中出現(xiàn)白色沉淀物，過濾，用50%乙醇洗滌干燥.產(chǎn)率:81.7%，m.p.＞300℃.Anal.calcd for C9H17ZnNO11:C 28.38，H 4.47，N 3.68;found:C 28.17，H 4.58，N 3.45.FT-IR(KBr壓片，υ/cm－1):3398 vs br，1585 s，1411 s，1036 m，539 m，446 m.

1.2.7 配合物 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸合鎂［Mg(bcmga)(H2O)］·2H2O 的合成

將0.26 g(1.00 mmol)H2bcmga溶于10 mL 蒸餾水中，50℃下攪拌，緩慢滴加溶有0.21 g(1.00 mmol)MgCl2·6H2O 的3 mL 95%乙醇溶液，用0.10 mol·L－1NaOH 溶液調(diào)節(jié) pH=6.0～6.5 至剛好不出現(xiàn)沉淀.繼續(xù)反應3～4 h后減壓蒸餾溶液至粘稠狀，冷卻至室溫后加入95%乙醇10～15 mL，溶液中出現(xiàn)白色沉淀物，過濾，用50%乙醇洗滌干燥.產(chǎn)率:73.0%，m.p.＞300℃.Anal.calcd for C9H17MgNO11:C 31.86，H 5.01，N 4.13;found:C 31.75，H 5.22，N 4.01.FT-IR(KBr壓片，υ/cm－1):3480 s，1579 s，1413 s，1033 m，535 m，465 m.

1.2.8 配合物 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸合鈣［Ca(bcmga)(H2O)］·2H2O 的合成

將0.26 g(1.00 mmol)H2bcmga溶于10 mL 蒸餾水中，50℃下攪拌，緩慢滴加溶有0.08 g(1.00 mmol)Ca(OH)2的5 mL 95%乙醇溶液，調(diào)節(jié)pH=6.0～7.0至剛好不出現(xiàn)沉淀.繼續(xù)反應3～4 h后減壓蒸餾溶液至粘稠狀，冷卻至室溫后加入95%乙醇10～15 mL，溶液中出現(xiàn)白色沉淀物，過濾，用50%乙醇洗滌干燥.產(chǎn)率:81.9%，m.p.＞300℃.Anal.calcd for C9H17CaNO11:C 30.42，H 4.79，N 4.79;found:C 30.41，H 4.80，N 4.78 .FT-IR(KBr壓片，υ/cm－1):3478 s，1579 s，1405 s，1041 m，563 m，434 m.

1.2.9 催化三磷酸腺苷二鈉水解的活性測試

［7，8］，采用比色法測定化合物對三磷酸腺苷二鈉分解活性.通過無機磷標準曲線得到相應的無機磷含量，即可比較其活性的強弱.

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)構(gòu)與光譜分析

2.1.1 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸 H2bcmga 的組成和結(jié)構(gòu)

N，N-二羧甲基-L-谷氨酸易溶于水，難溶于甲醇、乙醇、乙醚、DMF等有機溶劑.元素分析的測量結(jié)果與理論計算結(jié)果相符，證明了元素組成的合理性.

在1H NMR(DMSO-d6)，12.20處的單峰可歸屬為4個－COOH的質(zhì)子，3.61～3.64處的多重峰可歸屬為N－CH－上的質(zhì)子;3.22～3.42處的多重峰可歸屬為N(CH2－COOH)2上的4個質(zhì)子，2.15～2.18處的多重峰可歸屬為－CH2－CH2－COOH上的2個質(zhì)子;1.58～1.59處的多重峰可歸屬為－CH2－CH2COOH上的2個質(zhì)子.

在IR 中，1629 cm－1是 υas(COO－)吸收峰，1412 cm－1是 υs(COO－)吸收峰，1081 cm－1是 υ(C－N)吸收峰;與L-谷氨酸標準紅外譜圖相比較，其譜圖中未見 υas()、υs()、δas()和 δs)吸收峰，表明生成物H2bcmga是L-谷氨酸的2個氨基氫都被羧甲基取代而生成的.

2.1.2 N，N-二羧甲基-L-谷氨酸 H2bcmga 配合物的組成和結(jié)構(gòu)分析

通過等摩爾系列法測定配體H2bcmga與MgCl2·6H2O、Ca(OH)2、MnCl2·4H2O、NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O、CuCl2·2H2O和 ZnCl2的配合物的組成，結(jié)果這些配合物的組成比均為1∶1.銀氨溶液定性分析配合物，未見氯離子的存在.配體 H2bcmga與MgCl2·6H2O、Ca(OH)2、MnCl2·4H2O、NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O、CuCl2·2H2O 和 ZnCl2形成的金屬配合物的結(jié)構(gòu)通式表示為［M(bcmga)(H2O)］·nH2O.推測配體H2bcmga與金屬離子形成的配合物分子式分別為［Mg(bcmga)(H2O)］·2H2O、［Ca(bcmga)(H2O)］·2H2O、［Mn(bcmga)(H2O)］·2H2O、［Ni(bcmga)(H2O)］·H2O、［Co(bcmga)(H2O)］·H2O、［Cu(bcmga)(H2O)］·H2O、［Zn(bcmga)(H2O)］·2H2O.

在金屬配合物紅外光譜中，3407 cm－1處均有很寬的吸收峰，表明配合物分子中有水分子存在，與元素分析結(jié)果一致.在約 1585 cm－1均有 υas(COO－)吸收峰，約1411 cm－1均有 υs(COO－)吸收峰;與配體中 υas(COO－)、υs(COO－)均有較大的移動，表明羧基與M(II)的成鍵，Δυ(COO－)值為174 cm－1左右，因此配合物中羧基以單齒配位的模式與M(II)成鍵.在約1036 cm－1有 υ(C－N)伸縮振動，與配體中υ(C－N)伸縮振動約相差58cm－1;υ(C－N)吸收峰的位移說明氨基團的氮原子參與了配位.此外在567～526 cm－1和485～434 cm－1均有明顯的吸收峰，可歸屬為υ(N－M)和υ(O－M)伸縮振動.

2.1.3 對三磷酸腺苷二鈉水解反應的影響

室溫下，通過比色法測定的實驗數(shù)據(jù)，由無機磷標準曲線中查出的N，N-二羧甲基-L-谷氨酸和目標配合物體系所對應的無機磷含量見表1.由表1可知，對ATP分解反應，可認為配體H2bcmga無催化活性.而在配合物中，Ca(II)，Mg(II)和 Mn(II)的配合物對三磷酸腺苷二鈉分解反應均具有一定的活性，其活性順序為［Mg(bcmga)(H2O)］·2H2O ＞［Ca(bcmga)(H2O)］·2H2O ＞［Mn(bcmga)(H2O)］·2H2O，而配體 H2bcmga 與 Cu(II)、Co(II)、Ni(II)和Zn(II)離子形成的配合物則無活性.

表1 化合物體系的磷含量Tab.1 Contents of phosphorus of systems with complexes

3 結(jié)語

以L-谷氨酸為主要原料，通過一系列的反應合成了配體N，N-二羧甲基-L-谷氨酸(H2bcmga).配體H2bcmga以自組裝方式在相應的溶劑中分別與Mg(II)、Ca(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)、Cu(II)和Zn(II)離子形成了相應的配合物.通過比色法測定了目標配體及其配合物體系對應的無機磷含量.結(jié)果表明，配體H2bcmga對三磷酸腺苷二鈉的分解反應催化活性較其與Mg(II)、Ca(II)、Mn(II)、離子形成的配合物的催化活性很弱，基本上可以忽略;而配合物［Mg(bcmga)(H2O)］·2H2O、［Ca(bcmga)(H2O)］·2H2O 和［Mn(bcmga)(H2O)］·2H2O 對三磷酸腺苷二鈉的分解反應具有一定的催化活性.

參考文獻

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