羧基是生物体内蛋白质、酶等生物大分子的重要组成部分,蛋白质或酶中的羧基与金属离子形成的配位中心往往是蛋白质、酶等生物大分子的活性中心。因此,近年来,羧酸类金属配合物因其在金属蛋白和金属酶活性中心结构和功能模拟方面的应用引起了科研工作者极大的研究兴趣。迄今为止,大量的羧酸类金属配合物被合成出来,其中部分配合物展示了良好的生物活性。然而,羧酸类金属配合物因水溶性较差而限制其活性与应用的进一步研究。因此,寻找具有良好水溶性的金属配合物的合成方法成了一个亟待解决的问题。在羧酸配体上引入亲水基团是提高金属配合物水溶性的经典方法之一。众所周知,季铵盐是一类与无机盐具有相似性质的化合物,具有良好的水溶性。此外,带正电荷的季铵盐作为亲和基团引入金属配合物也能增强羧酸类金属配合物与生物大分子的相互作用,从而有利于提高此类金属配合物的生物活性。但是,到目前为止,含季铵盐型羧酸配体金属配合物的生物活性的研究相对较少。综上所述,我们课题组合成了7个具有较好水溶性的季铵盐型羧酸类金属配合物,并系统研究了此类金属配合物与DNA的结合能力和切割活性。结果简述如下：一、首先设计合成了3个具有较好水溶性的季铵盐型羧酸类配体：HCbpBr(Cbp=N-(4-carboxybenzyl)pyridinium), HBCbpyBr (BCbpy=1-(4-carboxybenzyl)-4,4’-bipyridinium)和H2BpybcBr2(Bpybc=1,1’-bis(4-carboxybenzyl)-4,4’-bipyri dinium)=Zn(NO3)2·6H2O分别与2倍当量的HCbpBr或HBCbpyBr配体,等当量的H2BpybcBr2配体在NaOH存在的条件下反应,分离得到了3个结构新颖的羧酸类锌配合物[Zn(Cbp)2Br2](1),{[Zn(BCbpy)2(H2O)4]3Br6·(BCbpy)2·(4,4’-bipy)2}(2)和{[Zn4(Bpybc)6(H2O)12](OH)8·9H2O}2n(3)。配合物1-3通过红外光谱、元素分析和X-射线单晶衍射进行结构表征。在配合物1中,中心Zn2+与两个源于Cbp的羧基发生单齿配位的同时,还与两个溴原子进行配位,形成畸变的四面体配位构型。在配合物2中,中心Zn2+与来自两个BCbpy配体的N原子和来自四个水分子的O原子进行配位,形成六配位的八面体配位构型。在配合物3中,Bpybc配体两端羧基以单齿配位的形式将相邻两个[Zn(H2O)3]结构单元相连,形成二维花型网状结构,中心Zn2+以八面体配位构型存在。EB竞争实验表明,配合物3具有较好的DNA亲和性,与CT-DNA的结合常数为(4.28±2.79)×105M-1。凝胶电泳实验表明,配合物3具有DNA切割活性,能够将pBR322DNA从超螺旋切割为缺刻型和线性形式。此外,MTT研究结果表明,配合物3能够抑制肺腺癌细胞A549和小鼠肉瘤细胞S-180的生长,其IC50值分别是27.3μM和48.8gM。这些研究结果表明,带有正电荷的多核金属配合物具有较好的DNA亲和力与切割活性。二、在第一部分工作的基础上,为了提高此类配合物的生物活性,并构造结构新颖的多核金属配合物,我们在合成配合物1,2和3的过程中引入辅助配体对苯二甲酸(BDC)作为桥联配体,设计合成了3个新的金属锌配合物{[Zn(Cbp)(BDC)(H2O)]·2H2O·0.5MeOH}n (4),{[Zn(BCbpy)2(H2O)4](BDC)}(5)和{[Zn(Bpybc)1.5(BDC)]·4H2O}n (6),并通过红外光谱、元素分析和X-射线单晶衍射进行了结构表征。配合物4中,每个BDC都以单齿配位方式反式连接两个[Zn(Cbp)(H2O)]2+单元,形成一维“之”字形链状结构。配合物5中,中心Zn原子与来自于两个BCbpy配体的两个N原子和四个水分子上的O原子进行配位,形成六配位的八面体配位构型。配合物6是一个配位聚合物,其结构包含三个部分：(1)含有一个大环[Zn2(Bpybc)2]结构,该大环结构中,两个Bpybc配体中羧基都以反式单齿配位模式与两个Zn2+配位形成六方形的大环结构,该六方形两维尺寸大小约为17.43×14.63A；(2)该大环结构再通过一个桥联配体Bpybc链接形成一维链状结构,该桥联配体Bpybc中羧基配位模式也是单齿反式构型；(3)配体BDC只有一端的羧基以单齿配位的方式悬挂于该一维链状结构两端。凝胶电泳实验表明：在pH7.63,50℃的条件下,配合物4和6具有一定的DNA切割活性,可以将超螺旋DNA切割为缺刻型DNA,且活性要优于前驱体1和3。此外,光照DNA切割活性提高更为显著,尤其是配合物6,在100μM浓度下即可以完全切割DNA。通过采用在配合物6的反应体系中加入一系列捕捉剂的方法,初步推断其反应机理可能涉及单线氧分子介导的氧化机理。此外,我们还进一步对配合物6的DNA切割反应进行了详细的动力学研究,得出其最大催化反应速率(kmax)为0.196±0.043h-1,米氏常数(KM)为(2.15±0.19)×10-3M,其催化速率比DNA自发裂解反应的速率提高约108倍。三、通过小檗红碱与4-溴甲基对苯甲酸甲酯进行取代反应,随后再进行甲酯的水解,获得了基于天然产物结构修饰的季铵盐型羧酸配体9-0-(4-羧苄基盐)小檗碱(CBB),并通过1H NMR、 ESI MS、IR、元素分析和X-射线单晶衍射表征了CBB的结构。化合物CBB与5个过渡金属离子Cu2+, Zn2+, Mn2+, Co2+和Ni2-按2：1摩尔比形成的配合物对pBR322DNA都具有切割活性。其中以Cu2+配合物[Cu(CBB)2](NO3)2·2H2O (7)活性最为显著。我们对配合物7进行了1H NMR, UV, IR,元素分析和热重分析表征,其结果证明Cu2+与两个CBB上的羧基发生单齿配位,形成一个类似二聚体的配合物。琼脂糖凝胶电泳实验表明：在生理条件下,其作用机制可能涉及单线态氧原子的氧化还原反应机理。同时,我们还进行了配合物7对pBR322DNA切割反应的动力学实验,其结果表明配合物7能够有效地切割DNA,催化最大速率(kmax)为2.41±0.043h-,米氏常数为(KM)为(2.64±0.19)×10-3M。其催化速率比DNA自发裂解反应的速率提高约108倍。EB竞争实验表明：配合物7能与DNA发生较强的结合作用,其结合常数为(2.19±0.10)×105M-1,而化合物CBB与CT DNA的作用相对较弱。综上所述,化合物CBB与Cu2+形成配合物7后,类似二聚体的小檗碱作为DNA的插入结构部分,而羧基与Cu2+形成的配位中心作为切割DNA的活性中心,这种协同作用使得金属配合物具有较好的生物活性。