大环化合物相关研究进展论文

含二茂铁基杂环化合物的合成化学研究进展张林梅 惠新平 许鹏飞 张自义**(兰州大学化学化工学院 兰州 730000) 自从二茂铁被合成以来，对于含有二茂铁基衍生物的研究一直呈上升势头，将其和杂环化学交叉结合形成了一个很有发展前途的研究方向。二茂铁具有较低的毒性,用它取代具有生物活性的分子中的某些芳香环可以提高整个分子的活性。无疑，以二茂铁为取代基,使之与杂环化合物结合,把两种具有生物活性的分子聚集到同一分子中实现其活性叠加,对于探索并合成一类低毒、具有广谱生物活性的新衍生物是很有意义的。同时，由于二茂铁及其衍生物在诸多领域有着广泛应用，将二茂铁基引入不同的分子中,以期得到新的具有特殊性能的化合物已成为近年来二茂铁化学研究的一个热点。基于此，本文就近年来含二茂铁基杂环化合物的合成化学研究进展进行了总结和评述。1含二茂铁基的杂环化合物含氮原子的二茂铁基杂环化合物二茂铁基吡咯衍生物的合成 吡咯广泛存在于天然产物中，其经典的合成方法有Knorr合成，Paal-Knorr合成等。但以上几种经典方法的不足是不能直接制备2-, 2,5-未取代吡咯，异腈化反应就克服了这一局限性。在异腈化反应中，甲苯磺酰基甲基异氰(TOSMIC)应用最为广泛，因为它所需反应条件温和，而且甲苯磺酰基在合环后的芳化中易离去。如二茂铁基吡咯衍生物1的合成[1]，在异腈化反应中用碱脱质子后，产生的负离子和不饱和的亲电基团反应形成中间体，该中间体通过5-endo-dig过程得到目标物。 文献[2]还报道了二茂铁基酮肟FcC(CH2R)=NOH(Fc=二茂铁)和乙炔在DMSO-KOH体系中也可制得二茂铁基吡咯衍生物2，实验表明采用微波可使其产率大大提高。二茂铁基吡唑衍生物的合成 吡唑环是一个稳定的芳环，可以利用环化反应和环加成反应来合成，一般合成方法是通过重氮化合物和乙炔的[3+2]环加成反应或肼与1,3-双官能团化合物的缩合反应来制备。如乙酰基二茂铁或二乙酰基二茂铁与吡啶甲酸乙酯在液氨中通过Claisen缩合，先得到1,3-二酮3，然后与水合肼在乙醇中回流，可生成含二茂铁基的吡啶基吡唑衍生物4，产率50%[3]。 化合物4中N-1位的氢原子可被烷基取代，如和BrCH2COOEt可生成N-1位取代产物5。 由乙酰基二茂铁和芳香醛制得的a,b-不饱和酮FcCOCH=CHR是一个很有用的合成子，可用来合成多种杂环化合物，其在醋酸中与水合肼或在吡啶中与苯肼通过环加成反应都可生成二茂铁基吡唑衍生物6，收率颇高[4]。 与此相类似，二茂铁基丙烯醛或丙烯腈在水合肼也中可关环生成吡唑衍生物，3-氯-3-二茂铁基丙烯醛与水合肼或3-氯-3-二茂铁基丙烯腈与水合肼环化生成二茂铁基吡唑衍生物7即是一例[5]。 二茂铁基三唑衍生物的合成 1,2,4-三唑-5-硫醇类衍生物是具有多种药理活性的母核，在三唑类衍生物中占有十分重要的位置，其最方便的合成方法是在碱性介质中用氨基硫脲来关环。将1-二茂铁甲酰基-4-苯基(或a-萘基)-3-氨基硫脲在NaOH (5%)水溶液中回流即可得3-二茂铁基-4-苯基(或a-萘基)-1,2,4三唑-5-硫醇8[6]。 二茂铁基四唑类化合物的合成 四唑类化合物为一高氮杂环体系，在药物化学研究中具有重要作用, 二茂铁基四唑衍生物可由二茂铁甲醇或其a-甲基或a-苯基的衍生物与5-芳基四唑在醋酸中脱水而得，目标物2-(二茂铁基烷基)-5-芳基四唑9的收率颇高[7]。 该反应具有选择性，其选择性主要受底物的空间结构因素和烷基化试剂影响。在反应中，二茂铁卡宾和四唑N阴离子进行烷基化反应，该反应主要发生在N-2位；当5-芳基四唑和1,1'-二茂铁甲醇，1,1'-a-甲基二茂铁甲醇进行烷基化反应时，亦发生在N-2位。含二茂铁基的其它氮杂环衍生物的合成 嘧啶环广泛使用的合成途径是利用具有N-C-N骨架的试剂和含有C-C-C单元的试剂相结合，即双亲核基团和双亲电基团的方法。N-C-N试剂的两个氮原子作为亲核基团，而C-C-C试剂的两个末端碳原子相当于亲电基团。脲、硫脲和胍常用作N-C-N试剂，而1,3-二酮，二酯和二氰、α,b不饱和酮及酸衍生物都可作为环系的C-C-C部分。文献[8]报道FcCOCH=CHAr与硫脲在碱催化下发生加成反应，生成嘧啶类衍生物10，收率58-79%，醇钠是该反应的最佳催化剂。实验表明采用超声波可以促进该反应的选择性和提高反应速度。 苯并咪唑是一个很好的亲核试剂，含二茂铁基的溴乙烷和苯并咪唑的亲核取代反应可以顺利发生，生成含二茂铁基的苯并咪唑衍生物11。 二茂铁基甲醇或取代甲醇所含官能团化学性质活泼，与多官能团亲核试剂, 如6-硝基苯并咪唑，2-甲基-8-巯基喹啉，2-巯基噻唑，苯并三唑钠盐等以1:1摩尔比在HBF4存在下于二氯甲烷-水两相中可顺利生成化合物12，13[9]。对于苯并咪唑，苯并三唑衍生物，其3-位氮还能与过量二茂铁甲醇进行烷基化，生成四氟化硼季铵盐。 含氮原子和氧原子的二茂铁基杂环化合物 二茂铁基异恶唑衍生物的合成 如前所述，FcCOCH=CHR'(R'=Fc, Ph, 2-thienyl)不仅可用于合成吡唑、嘧啶环，而且它和盐酸羟胺在乙醇中，在强碱作用下能关环为异恶唑杂环14和15[10]。 含二茂铁基的异恶唑衍生物也可由FcCH=CH2, FcCOC=CH2, FcCCH与脂肪腈或芳香腈的N-氧化物通过1,3-偶极环加成反应分来合成，如二茂铁衍生物16, 17, 18的合成[11]。在这两种合成异恶唑的方法中，前一种方法FcCOCH=CHR’与盐酸羟胺缩合先得到1,2和1,4加成产物, 接着环化，生成两种异构体14和15，得到纯品的产率很低。在后一种方法中，产物的产率取决于起始原料氰基N-氧化物形成的难易，在合成中也会有局限性。基于此，Sharon E.[12]提出了另一种合成含二茂铁基异恶唑环的方法： 即在强碱作用下，二茂铁肟与芳香酯反应可生成相应的异恶唑衍生物19。 该反应过程可以理解为：含二茂铁基的肟在二异丙基氨基锂(LDA)存在下，在O-, C-位夺去质子而生成盐20， 接着碳负离子进攻芳香酯21中羰基的碳正位，脱去甲氧基，生成22，然后在酸性介质中，碳位酰化了的含二茂铁的肟环化脱水而生成目标物19。 此外，异恶唑也可用3-氯-3-二茂铁基丙烯醛或3-氯-3-二茂铁基丙烯腈与羟胺来合成[5]。二茂铁基恶唑啉衍生物的合成 氰基二茂铁和带有手性中心的b-氨基醇在催化量的ZnCl2存在下回流72h，经SiO2柱层析提纯，可得手性二茂铁基恶唑啉化合物23，收率15-40%。与此相类似，二茂铁甲酰氯和手性b-氨基醇作用, 先生成相应的酰氨衍生物24，其在氯化亚砜作用下合环，用K2CO3中和，可生成手性化合物(s,s)-(4,5-二苯基恶唑啉-2-基)-二茂铁25[13]。含硫杂环化合物 以3-氯-3-二茂铁基丙烯醛(或腈)为原料，与巯基乙酸(酯或酰胺)[14]，硫氰酸铵[5]反应，可直接合成含硫的杂环化合物26, 27。 近年来，把二茂铁基作为大环化合物骨架的一个组成部分，受到特别的关注。二茂铁甲醛是合成二茂铁衍生物的重要原料，其与二硫醇化合物在路易丝酸催化下，可生成含二茂铁基的硫缩醛冠醚化合物28，收率在60-90%之间[15]。2 含二茂铁基的稠杂环化合物 二茂铁基-1,2,4-三唑[3,4-b]-1,3,4-噻二唑衍生物的合成 1,2,4-三唑[3,4-b]-1,3,4-噻二唑衍生物具有多种生物活性，如抗菌、降压、抗微生物等。其主要有两种合成方法，一种是先构筑三唑环然后再构筑噻二唑环；另一种是先构筑噻二唑环，然后再构筑均三唑环。把二茂铁基引入到该分子中的文献尚不多见，文献[16]先合成了3-取代-4-氨基-5-巯基-1,2,4-三唑，然后与二茂铁甲酸在POCl3中脱水缩合，生成了衍生物29；我们也合成了3-二茂铁基-4-氨基-5-巯基-1,2,4-三唑[17]，试图将其和芳香酸缩合，但未能取得满意的结果，这可能是由于含二茂铁基的1,2,4-三唑在缩合剂三氯氧磷中不稳定的缘故。 含二茂铁基的其它稠合杂环的合成 二茂铁基桥头氮杂环衍生物比较少见，含二茂铁基的α,b不饱和酮是合成这类化合物的常用原料，其分别与3-氨基-1,2,4-三唑(30)，2-氨基苯并咪唑(31)在绝对乙醇中加热回流，可生成7-二茂铁基-5,6-2H-5-(对甲氧基苯基)-均三唑[4,3-a]嘧啶32，2-二茂铁基-3,4-2H-4-(对甲氧基苯基)嘧啶[1,2-a]苯并咪唑33，产率分别为65%，75%[18]。 此外，奎宁环与二茂铁甲醛缩合产物34，其实可以看作取代的α,b不饱和酮，其与脲或肼通过[4+2]的环加成反应，也可生成具有较好生物活性的稠合杂环衍生物35和36[19]。 综上所述，我们可以看出，将二茂铁和杂环化学相结合，极大地丰富了杂环化学和金属有机化学的研究内容，为探索高效、低毒、广谱生物活性的新衍生物提供了一条新的途径。可以预期，随着杂环化学研究的日益深入和品种的不断增多，今后此领域的研究会更加活跃。3 参考文献[1] Norman H N, Mark E M, Jeffey M A, et al. 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无机化学是化学、材料、医药、化工、检验等许多专业必修的一门重要基础课程，下面我给大家分享无机化学学术论文，大家快来跟我一起欣赏吧。

生物无机化学研究进展

摘 要：本文主要叙述了生物无机化学的研究进展。主要从对含有微量元素的蛋白的突变、结构及性质的研究;酶的模拟;无机药物化学;金属元素中毒的研究等四个方面来介绍现在生物无机化学的进展。

关键词：生物无机化学;蛋白质;螯合剂;酶;无机药物化学

中图分类号：O62 文献标识码：A

文章编号：1009-0118(2012)07-0207-02

生物无机化学是无机化学和生物化学交叉的领域。它的任务是研究金属与生物配体之间的相互作用，它有赖于无机化学和生物化学两门学科水平的发展。由于研究方法的进展，使得揭示生命过程中的生物无机化学成为可能。生物无机化学主要分为两部分：一是研究生物体本身微量元素的作用，二是研究外界微量元素对机体的影响。

一、研究生物体本身微量元素的作用

(一)含有微量元素的蛋白的研究

含有微量元素的蛋白是生物无机化学中偏向生物领域的研究对象，做此项研究主要依靠生物化学技术。含有微量元素的蛋白是微量元素与蛋白质形成的配合物，与酶的区别在于含有微量元素的蛋白并不表现催化活性，但却有其他的重要功能。现在的研究在于发现新的蛋白，确定其结构、性质。

现在热门的蛋白有硒蛋白，因为硒蛋白是硒在体内存在和发挥生物功能的主要形式。硒的作用，主要在癌症、神经退行性疾病和病毒等方面，但结论不统一。现在主要在探索新的硒蛋白作为预防药物开发、癌症治疗和药物筛选靶标。如杜明等通过硫酸铵沉淀等方法,从富硒灵芝中获得了一种新的含硒蛋白,并研究了它的抗氧化活性与其硒含量间的关系。研究发现该蛋白的抗氧化活性与其硒含量具有相关性。

另外，也有对细胞色素进行研究。如官墨蓝等对细胞色素b5的突变体做了研究。为了深入了解细胞色素b5的64位氨基酸对血红素辅基微环境及蛋白性质的影响，对细胞色素b5第64位氨基酸残基进行保守性和非保守性突变。研究表明，细胞色素b5第64位氨基酸残基对稳定血红素辅基和维持蛋白的结构有重要的作用，在64位引入其他氨基酸残基使蛋白结构不太稳定。

(二)酶的模拟

酶的模拟就是从酶中挑选出起主导作用的因素来设计合成一些能表现生物功能的、比天然酶简单得多的非蛋白分子，通过研究它们来模拟酶的催化过程，找到控制生化过程的因素，从而得到更好的催化剂。

如硒酶的研究。通过对硒酶结构与功能的模拟,人们不仅可以了解硒酶结构与功能的关系,还可以进一步开发与硒酶相关的药物。对于硒酶的合成主要有三种方法，一是对硒酶进行化学模拟，二是对硒酶进行化学修饰，三是用基因工程方法生产含硒酶。对硒酶化学模拟主要集中在硒酶活性中心催化三联体Se-N的相互作用的模拟中。在这个方面主要有合成含有Se-N键的硒酶模拟物和在硒原子的附近引入氮原子，用分子内的螯合作用间接形成分子内螯合物，达到Se-N键的作用。对硒酶化学修饰主要方面有：1、将天然酶改造为含硒酶;2、设计含硒生物印迹酶;3、设计含硒抗体酶。硒蛋白模拟物在理解硒酶的生化作用中起着非常重要的作用。硒蛋白模拟物在抗氧化、抗癌及抗滤过性病原体等范围具有治疗潜能。

又如刘海洋等对核酸酶的化学模拟。核酸酶的化学模拟对于生物技术和分子生物学研究具有重要意义，Corrole是具有共轭电子结构的大环化合物，其结构上导致其配位化学行为易与金属形成配合物，其形成的配合物在许多反应中均有催化活性。该科研组研究了单羟基Corrole锰配合物对DNA的催化氧化断裂作用。结果表明,锰Corrole配合物可催化DNA的氧化断裂,而且断裂程度随着反应时间的增加而增加。宋玉民等研究了全反式维甲酸合钇配合物对DNA的切割和键合作用。实验表明，该配合物在生理条件下比配体和金属离子能更有效地切割质粒DNA。岳蕾等研究了铬配合物切割DNA的活性。研究表明，在H2O2存在条件下，Cr的配合物[Cr(bzimpy)2]+具有氧化切割DNA的活性，但被切割的DNA可被大肠杆菌修复。

对于固氮酶模拟的报道比较多。模拟固氮酶的目的主要是在温和的条件下将空气中的氮分子转化成有机化合物，从而加以利用。对固氮酶的活性中心模拟主要是钼铁硫原子簇，另外还有钼-硫醇等等的研究报道。

二、研究外界微量元素对机体的影响

(一)无机药物化学

无机药物的发展在生物无机领域中有很重要的地位。顺铂的抗肿瘤作用的发现开辟了无机药物化学的新领域。在抗癌药物应用中，顺铂药物目前仍在临床上使用，主要有四种铂配合物：顺铂、卡铂、顺糖氨铂、奥沙利铂。从1980年发现二烃基锡衍生物具有抗癌活性以来，人们先后合成了具有顺铂结构的二烃基二卤化锡配合物，与卡铂结构类似的有机锡化合物，以及有机锡羧酸衍生物等等。在锗化合物方面，从发现1971年合成的β-羧基乙基锗倍半氧化物具有抗癌活性以来，人们先后合成了许多有机的锗化合物。此外还有茂钛衍生物和稀土配合物。因为癌症是人类健康寿命最主要的杀手，所以在抗癌药物的研究开发方面将有很大的发展前景。除了合成新的药物外，在原有的药物基础上对原有的药物进行改良也是未来的科研方向，因为原有的药物具有较高的毒副作用，且抗癌范围较小。所以在无机抗癌药物这一方面，合成具有广谱高效抗癌活性且有较低的毒副作用和较长的持续时候的抗癌药物是主要发展方向;另外，对于无机金属药物的抗癌机理尚没有统一的理论，因此研究无机抗癌药物的作用机理也是主要研究方向。

无机药物在其他方面也有重要的应用。如金配合物在抗类风湿方面的应用，应用治疗类风湿关节炎有金Au的硫醇盐。在治疗胃病的过程中，铝盐也是主要依赖的药物，含铋的化合物是治疗胃溃疡的的主要药物。在无机药物的研究中，尚不清楚各种药物对机体疾病的治疗机理，所以研究无机药物的作用机理具有较大的前景。

放射照影药物的发展也是无机药物的发展方向。由于放射示踪、核磁共振在医学上的应用，使得各种造影剂的成为医生临床应用不可或缺的一个方面，如钡的造影剂。

(二)金属元素中毒的治疗

在外界的金属元素超过机体所需的浓度后，该元素就会对机体产生负面效应，引起疾病。元素的毒性主要因为它与机体基团的强配合性。对金属元素中毒的治疗主要是研究具有更强螯合能力的的螯合剂，使其跟有毒的金属离子结合形成更加稳定配合物，然后排出体外。理想的螯合剂须满足以下的条件：1、水溶性，且在生理的pH条件下有足够的螯合能力;2、分子大小和结构必须合适;3、必须专一迅速结合金属元素;4、很容易从体内排出;5、没有明显的毒性。如用EDTA来排出多余的离子，EDTA螯合性虽然很强，却选择性不强，在排出有害的金属离子的同时，同时也会损失一些有益的离子。如用去铁草胺B去除多余的铁，但是它不能去除血红素或运铁蛋白中的铁。现在的医用螯合物的研究方向主要是研究新的药剂，因为现在的螯合剂无论是在种类还是排出金属中毒的效率都不能满足医学的需要。

三、生物无机化学的发展趋势

生物无机化学以后的发展趋势是生命科学与技术进行有机紧密的融合。

对蛋白质分子进行研究，研究其具有生物功能的原理。人类的基因仅有几万个，而蛋白质却有十几万种，这说明生命的复杂性需要从蛋白质上去解释。而目前已知的蛋白和酶约有1/3需要金属离子作为辅助因子才能发挥作用，所以阐明这些生物大分子的结构和生物功能非常重要。对核酸的研究。研究金属元素对核酸的序列、构型、区域的选择性识别调控是生物无机化学的一个主要热点。如现在发现许多锌脂蛋白对DNA或RNA有调控作用。对这方面的研究将对以后的无机药物产生重要的影响。

既然21世纪生命科学会是研究热点之一，那么与生命科学紧密联系的生物无机化学也必将因此得到极大的发展，因此也将为人类作出更大的贡献。

参考文献：

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