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SOD模拟物配体及配合物的合成

四川理工学院毕业论文

SOD模拟物配体及配合物的合成

学生：

学号：

专业：

化学

班级：

2008级1班

指导老师：

四川理工学院化学与制药工程学院

二零一二年六月

SOD模拟物配体及配合物的合成

摘要

为了考察三脚架配体及其稀土配合物的配位形式和性质,从而为进一步研究其荧光性质、生物活性提供依据,以氨三乙酸为母体合成了N,N,N-三（2-甲基苯并咪唑）胺及其稀土配合物（La3+,Sm3+,Y3+,Tb3+,Ce3+,Eu3+,Ni3+）.通过红外、核磁共振、差热2热重、紫外及荧光等分析手段研究了配体及其配合物的结构关系和荧光性质.研究表明,该类配体是较好的主体分子,能够与稀土离子发生配位,形成配合物,配合物内界的NO-3以双齿形式与中心离子配位;配合物热稳定性好,具有较好的荧光性质,特别是Tb3+配合物是高效的稀土有机发光配合物,可用于荧光材料的研究.

关键词:

三脚架配体;稀土配合物;荧光

摘要

1.绪论

1.1前言

1.2SOD的分类

1.3SOD的制备及其进展

1.4SOD在应用方面的研究和进展

1.4.1SOD在医药方面的应用

1.4.2SOD在食品方面的应用

1.4.3SOD在日化工业上的应用

1.4.4SOD在农业方面的应用

1.5SOD在应用方面存在的问题

2.实验部分

2.1实验原理

2.2试剂和仪器

2.3NTB的合成

2.4SOD的制备

3.结果与讨论

3.1配体的合成（脱水反应）

3.1.1反应时间对反应产率的影响

3.1.2反应温度对反应产率的影响

3.1.3溶剂的量对反应产率的影响

3.1.4带水剂环己烷对反应产率的影响

3.2产品的鉴定

3.2.1配体及配合物的熔点测定

3.2.2配体及配合物的红外光谱分析

3.2.3配体及配合物的紫外光谱分析

3.2.4配体的元素分析

4．结论与展望

4.1实验结论

4.2工作展望

参考文献

致谢

1绪论

1.1前言

超氧化歧化酶（Superoxidedismutase）简称SOD。

1938年Keilin从牛血中分离出一种含Cu的血铜蛋白,1953年又从小牛肝、鲸肝分离出肝锕蛋白。

1968年Fridovich发现:

“02_使细胞色素C的还原受到一种蛋白因子抵制。

”1969年Me（:

wrd及Fridovich根据血铜强白、、肝铜蟹白、脑铜蛋白皆有0,歧化活性,故将此酶命名为超氧化物歧化酶。

2.SOD的种类至今为止,人们已从细菌、原生动物、藻类、霉菌、植物、昆虫、鸟、鱼类和哺乳动物等各种生物体内分离得到了SOD。

SOD属酸性蛋白酶,对PH、热和蛋白酶水解等反应比一般酶稳定。

按照结合的金属离子种类不同,将S01）分为3种类型:

第一种类型含Cu乖lZn,呈蓝绿色,定名为Cu,Zn—SOD,其主要存在于真核细胞的细胞浆内;第二种类型含Mn,呈粉红色,故称Mn—SOD,目前已从真核细胞的线粒体和原核细胞浆分离得到;第三种类型含Fe,呈黄色,故称Fe—SOD,只存在于原核细胞内:

此外1979年Lilia等人还在牛肝中发现一种Co,Zn—SOD。

不同生物体含有SOD的种类、数量是不相同的。

1.2SOD的分类及作用

根据分子中所含的金属辅基不同，SOD可分为三种类型：

:

第一种类型含Cu,Zn,呈蓝绿色,定名为Cu,Zn—SOD,其主要存在于真核细胞的细胞浆内,如猪血，鸭血，猪肝等动物血液和内脏器官等组织中;第二种类型含Mn,呈粉红色,故称Mn—SOD）,目前已从真核细胞的线粒体和原核细胞浆分离得到;第三种类型含Fe,呈黄色,故称Fe—SOD,只存在于原核细胞内，如海藻中的螺旋藻，铁定叶等；:

此外1979年Lilia等人还在牛肝中发现一种Co,Zn—SOD。

不同生物体含有SOD的种类、数量是不相同的。

1.3SOD的制备及其进展

SOD的制备是具有较强配位能力的配体和过度金属的反应。

在自然界中,咪唑作为许多酶的活性中心功能基参与了不少重要的生物化学反应,对生命活动起着十分重要的作用.同时,由于其具有较强的配位能力和配位构型多样性的特点,受到化学家的青睐.咪唑不易合成,而苯并咪唑易于合成,且在一定程度上性能与之类似,因此,含苯并咪唑基的配体与过渡金属配合物已成为许多金属酶和金属蛋白质活性部位极好的模型化合物.基于上述考虑,主要以氨三乙酸为母体,与邻苯二胺反应合成了以N为中心的三脚架型配体——N,N,N-三（2-甲基苯并咪唑）胺及其稀土配合物,研究了其荧光、生物活性,从而为寻求具有更高生物活性、荧光性质的衍生物提供依据。

1．4SOD在应用方面的研究和进展

1.4.1在医药上的应用

机体内的超氧自由基可以引起各种疾病。

SOD作为它的天然清除剂，在正常情况下，与其保持动态平衡。

但在病理状态下，产生过量的超氧自由基，机体本身产生的SOD不能完全清除这些过多的超氧自由基，这些过多的超氧自由基则对机体产生危害。

SOD可以催化其进行歧化反应，减轻病情。

从事放射辐射工作而防护不良的工作人员，体内形成各种不同产物，产物有发生连锁反应，生成许多自由基而攻击人体，导致辐射病。

SOD的增加能抑制因辐射而引起的肿瘤的形成，并增加成纤维细胞的分化能力，有效地防止肿瘤的恶性发展。

此外，SOD不但可用于疾病的治疗，也可以用于临床检查，如用SOD可作为矽肺诊断的指标。

1.4.2食品上的应用

经研究证明，将SOD作为天然抗氧化剂加到食品中，可作为保鲜剂。

临床试验表明，SOD口服具有有效性，可通过胃肠道吸收进入体内，因而SOD口香糖，SOD含片及口服液相继出现，成为人体外补充SOD的重要方式之一。

1.4.3日化工业上的应用

SOD在日化工业上的应用主要是护肤品和牙膏。

SOD在护肤品中主要有以下作用：

一是作为化妆品添加剂，防止皮肤老化、减少皱纹及祛斑，起到护肤的效果，如大宝SOD等；二是预防和治疗有关的皮肤病，如皮炎、痤疮、皮肤灼伤等。

因为SOD具有消炎作用，且是纯天然的、无毒副作用，所以在口腔、牙齿保健方面有重要作用，如牙膏、漱口水、口香糖等可用、口香糖等可用于防治牙周炎。

1.4.4农业上的应用

SOD在转基因植物中的过量表达能不同程度地提高植物对恶劣环境的抵抗能力，Mn-SOD基因的过量表达在一定程度上可用提高转基因植物对氧胁迫的耐受性。

通过基因工程手段，增加植物内的SOD的表达，可以大大增强植物的抗逆性。

如Fe-SOD的过量表达能够增强叶绿体质膜和光和系统二对MV（甲基紫精）和高过氧化胁迫的抗性。

结语

随着国内外对超氧化物歧化酶研究的日益深入，超氧化物歧化酶的应用越来越广泛。

但是SOD的临床应用仍有一定的困难，如静脉注射，SOD在体内半衰期仅为6分钟，口服是否会在肠胃道中被破坏而失去疗效，口服后能否被吸收等问题还有待解决。

1.5SOD应用方面存在的问题

尽管我国SOD应用研究有了很大的发展，但是刚刚起步，管理方面还存在某些问题，如生产一哄而上出现盲目性，活性检测存在混乱，质量不统一以及相应的理论研究不深入等。

1.5.1SOD生产的盲目性

由于SOD在日化剂食品工业中的应用逐步发展，国内生产SOD的单位越来越多。

据不完全统计至少有30余家。

SOD作为药品或保健品，对质量的要求十分严格。

但不少单位连起码的卫生条件都不具备，便开始生产。

有的单位对SOD活性如何检测还没掌握，这样的劣质产品混杂于市场,对人民的健康及其有害。

估计1993年国内市场需求600多亿单位，可全国SOD生产量已远远超出此数量，建议金花要认真做好市场调查，切勿草率上马。

1.5.2活性检测的混乱

SOD活性检测方法很多，由于方法不一，测得结果也不一致。

即使是同一测定方法，条件稍有改变，其测得结果也有差异。

因此所测结果很难比较，这是造成我国SOD质量混乱的主要原因。

1.5.3相应的理论研究需深入

我国SOD的应用研究虽有创新，但不少工作试验根据还不充实，相应理论研究至今仍是空白的。

例如，虽然实验表明口服SOD有效，但口服后红细胞升高的SOD活性是被吸收的外源性SOD，还是口服后通过未知的体液调节因子使红细胞内原性SOD活性升高？

如果SOD确能通过胃肠道吸收，其吸收途径如何?

SOD在日化工业上的应用主要是稳定性问题，但SOD稳定性与基质的关系及SOD的皮肤吸收途径等一系列理论问题尚未研究。

这势必影响SOD的化学修饰，据报道修饰后能明显提高半衰期，但SOD的半衰期及修饰关系一级修饰后酶的代谢途径应深入研究。

、

总之，在SOD的试验应用中除应补充有关实验数据外，更应对相应理论进行研究，阐明机制。

只有这样才能使我国现有SOD的应用持久深入，才有可能进而提高到国际先进水平。

2实验部分

2.1实验原理

SOD的合成主要是由具有配位能力的配体苯并咪唑与过渡金属或稀土金属的结合。

配体的合成如图2.1所示，产物为白色粉末，产率相对较高．文献[9]中的反应为固相、无溶剂反应，温度为200℃，产率为42%．本实验以乙二醇为溶剂，环己烷为带水剂，于160~180℃进行脱水反应，该反应容易控制，反应缩率明显加快，对环境污染小，且产率大大提高。

图2.1

将配体的无水乙醇溶液与过渡金属或稀土金属的无水乙醇溶液常温下搅拌8h，即合成所需要的配合物。

2.2试剂和仪器

主要试剂

试剂名称

纯度

产地

氨三乙酸

＞=98.5%

成都科龙化工试剂厂

邻苯二胺

＞=99.0%

成都科龙化工试剂厂

乙二醇

＞=99.5%

成都科龙化工试剂厂

环己烷

＞=99.5%

成都科龙化工试剂厂

无水乙醇

＞=99.7%

成都科龙化工试剂厂

主要仪器

仪器名称

产地

熔点测定仪器

北京泰克仪器有限公司

元素分析仪

德国elementar公司

红外光谱仪

ThermoScientific

紫外可见光谱仪

澳大利亚GBC公司

2.3配体NTB（N,N,N-三（2-甲基苯并咪唑））的合成

NTB的合成主要采用溶剂法。

溶剂合成法是以乙二醇为溶剂，环己烷为带水剂，氨三乙酸与邻苯二胺反应脱水制备NTB的简便合成方法。

具体操作是：

在装有回流冷管管的100ml烧瓶中，加入9.6g（0.05mol）氨三乙酸和16.2g（0.15mol）邻苯二胺，在加入50ml乙二醇,根据实际情况加入一定量的带水剂环己烷（一般来说，环己烷的加入量与反应的产率成正比。

其他条件一样时，加入带水剂环己烷的量越多，最后的产率就越高），搅拌均匀。

用油浴加热尽量控制温度在140~200℃之间，搅拌反应8~12h。

可以用紫外可见光谱仪检测反应终点。

反应过程中，可以用分水器将生成的水导出反应体系。

停止反应，降温后倒出，搅拌加入热蒸馏水，待其冷却后抽滤，得到初产物。

再用热蒸馏水洗涤两次，然后改用无水乙醇重结晶3~5次，在重结晶的过程中要加入一定量活性炭进行脱色处理，直到脱色完全为止，抽滤，得到白色针状粉末状产物，得一定量产品，将产品在低于其熔点的温度范围内烘干，称重，计算产率。

与固相合成法相比，溶剂合成法方法操作易于控制，反应稳定，反应速率明显增加，对环境污染小，产率比固相合成法高得多。

2.4SOD的制备

室温下,配体含有0.1mmolRe（NO3）3·6H2O（Re为La3+,Sm3+,Y3+,Tb3+,Ce3+,Eu3+）的无水乙醇溶液15ml,缓慢滴加溶有0.1mmol配体的无水乙醇溶液15ml（稍稍加热使配体溶于无水乙醇中）,搅拌一会后有白色沉淀生成.滴加完后于室温下搅拌8h,离心分离,然后将沉淀用无水乙醇洗涤4～5次,置于干燥器中干燥,得到白色粉末状固体化合物.

3结果与讨论

3.1配体的合成（脱水反应）

3.1.1反应时间对反应产率的影响

氨三乙酸

邻苯二胺

溶剂的量

环己烷量

温度

反应时间

产率

9.6274g

16.2539g

40ml

120ml

160~180℃

4h

75.22%

9.6319g

16.2587g

40ml

120ml

160~180℃

7h

77.63%

9.6100g

16.4801g

40ml

120ml

160~180℃

10h

81.36%

表3.1.1

根据表3.1.1的实验结果，当其他条件一定时，反应时间越长，反应的产率越高。

时间越长，反应更加充分完全，反应产率越高。

3.1.2反应温度对反应产率的影响

氨三乙酸

邻苯二胺

溶剂的量

环己烷量

温度

反应时间

产率

8．6463

16．2734

50ml

120ml

130~150℃

10h

54.68%

9．6300

16．4072

50ml

120ml

160~180℃

10h

77.51%

9．6351

16．2411

50ml

120ml

180~200℃

10h

64.92%

表3.1.2

从表3.1.2中可以看出:

不是反应温度越高，反应产率越高。

温度过高或过低都不利于反应的进行。

根据实验结果，配体NTB合成的最适温度在160~180℃之间。

3.1.3溶剂的量对反应产率的影响

氨三乙酸

邻苯二胺

溶剂的量

环己烷量

温度

反应时间

产率

9.6100g

16.4801g

40ml

120ml

160~180℃

10h

81.36%

9.6300g

16.4072g

50ml

120ml

160~180℃

10h

77.51%

9.6220g

16.2263g

60ml

120ml

160~180℃

10h

74.84%

表3.1.3

从表3.1.3的实验结果可以得出；溶剂的量越少，反应物接触的月充分，越利于反应的进行，因而反应的产率越高。

3.1.4带水剂环己烷的量对反应产率的影响

氨三乙酸

邻苯二胺

溶剂的量

环己烷量

温度

反应时间

产率

8.6140g

16.2711g

50ml

30ml

160~180℃

10h

53.89%

8.6154g

16.4123g

50ml

60ml

160~180℃

10h

66.32%

9.6615g

16.4612g

50ml

90ml

160~180℃

10h

72.45%

9.6300g

16.4072g

50ml

120ml

160~180℃

10h

77.51%

表3.1.4

从表3.1.4的实验结果可以看出：

带水剂环己烷的量越多，带出的水越多，越利于反应的进行，从而提高反应产率。

3.2产品的鉴定

3.2.1配体及配合物的红外光谱分析

配体

ν（NO-3）

V（C=N）

ν（N=H）

δ（N=H）

1309.9

1622.0

3056.0

847.5

1383.9

1624.2

2923.7

833.3

用010409红外光谱仪（KBr压片）测定配体及配合物的特征吸收峰,结果如上表所示.由表可知,配体和配合物的红外特征吸收峰有一定的差异，这是由于配合物中咪唑的C-N伸缩振动发生了红移,N-H伸缩振动发生了紫移,说明咪唑环上的N参与了配位.在1438.5,1023.9,847.5,741cm-1处出现C2v对称性NO-3的特征吸峰,在1352.7,881.4cm-1处出现D3h对称性NO-3强吸收峰[10],可以认为配合物中NO-3与稀土金属离子为双齿配位,而在1383cm-1处又有游离的NO-3的强特征吸收峰.说明3个NO-3中既有与稀土离子双齿配位的NO-3,又有游离的NO-3,其比例还有待于晶体结构的分析.另外,配合物在3400cm-1处无吸收峰,表明配合物中不含水。

3.2.2配体及配合物的紫外可见光谱分析

配体

波长

282.00

275.00

245.00

208.00

Abs

0.684

0.641

0.529

1.903

表3.2.2

（1）

配合物（Ce）

波长（nm）

282.00

275.00

245.00

205.00

Abs

0.337

0.316

0.272

1.087

表3.2.2

（2）

由表3.2.2

（1）和表3.2.2

（2）可知：

用010401紫外仪测定的配体及Ce3+配合物的紫外吸收.测试前将样品配成甲醇溶液.在紫外光谱中（图1、2）,配体及配合物的紫外吸收主要集中在245.00,275.00,282.00,205.00nm,说明配合物的吸收主要体现了配体中苯并咪唑基团的吸收,只是在配合物中某些吸收峰发生了微小的偏移,可认为是由于形成配合物后体系的共轭性增强的结果

3.2.3配体及配合物的熔点测定

熔点范围

配体

288~290℃

配合物（Ce）

207~209℃

3.2.4配体的元素分析

配体（NTB）

C（%）

H（%）

N（%）

理论含量

70.761671

5.159705

24.078624

元素分析

69.57019

5.2848015

23.56083

由上述表格的数据可知，配体（）的元素分析结果和理论含量十分接近。

从而可知由氨三乙酸与邻苯二胺在乙二醇溶剂下，环己烷做带水剂合成的配体是我们所要合成的物质。

4.结论与展望

4.1实验结论

（1）合成配体产率的高低与反应所控制的温度有关。

温度过高或过低都不利于反应的进行。

根据实验探究可知，该反应的最适温度在160~180℃之间。

此时的反应产率最高。

（2）合成配体产率的高低不仅与反应温度有关，还与反应时间有关。

该反应的反应速率相对较慢，因而需要长时间反应。

反应时间较短，反应不完全；反应时间过长，也没什么实际意义。

根据实验结论可知；实验反应10h。

（3）该实验的合成产率与溶剂本身量的多少有关。

溶剂过少，反应物溶解不完全；溶剂过多，反应物接触不充分，从而不利于反应。

根据实验结论可知，在反应一定时40ml的溶剂产率相对较高。

（4）该实验还需要加入带水剂环己烷。

环己烷主要起到带出反应中水的作用，从而利于反应的进行。

从实验结论可知，一般来说，其他条件不变时，环己烷的量越多，产率越高。

4.2工作展望

超氧化物歧化酶是一种天然提取绿色环保酶，有延缓衰老，提高人体免疫力，有“保健黄金”的美称，添加了SOD生物制品都具有很大的发展市场，将会大量运用到各种营养品，保健品，化妆品中去，发展前景将是一片光明。

SOD在医药、食品、农业、日化等方面都有很有的发展前景。

但是在生产和检测SOD的方面还需大大加强。

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