近几十年,在基因调控、蛋白质-DNA相互作用、DNA结构探针,以及癌症治疗方面,化学核酸酶具有广泛的研究前景和潜在的应用价值。设计和研究化学核酸酶已成为21世纪生物化学和药物化学领域最受关注的研究方向之一。本论文围绕这一主题,选用喹啉类和邻菲罗啉类配体为主要构筑元件,选用β-二酮为辅助配体,设计并得到了26个未见文献报道的过渡和稀土金属配合物,通过X-射线单晶衍射解析了配合物的晶体结构；采用多种光谱手段、黏度法和琼脂糖凝胶电泳实验探讨了配合物的化学核酸酶活性；此外,通过配合物抗肿瘤细胞活性的初筛,采用MTT法、DAPI荧光染色、细胞周期阻滞实验、AnnexinV/PI双染实验、线粒体膜电位检测和caspase-3酶活性检测实验等细胞生物学实验方法,对配合物抗肿瘤活性及机理进行了初步探讨,为金属基抗肿瘤药物的设计和研究提供了有价值的信息。本论文主要研究成果如下：1、以取代的8-氨基喹啉为配体合成了7个未见报道的过渡金属配合物,解析了其晶体结构。研究了配合物与DNA的插入作用模式,探讨了配合物引起BSA荧光淬灭的静态机理；研究了配合物的化学核酸酶活性,切割机理实验表明,羟基自由基和单线态氧可能是反应过程中的活性氧物种。通过MTT实验发现,配合物对部分肿瘤细胞具有很好的抑制作用。其中,水溶性铜配合物4和5对MCF-7、HeLa和A549抑制效果明显优于顺铂。进一步通过细胞周期实验研究发现铜配合物阻滞HeLa细胞增殖于S期。2、以邻菲罗啉类的Nip、Aip为主配体,辅以β-二酮配体,得到了12个未见文献报道的过渡金属配合物。解析了配体Aip和配合物的晶体结构,探究了配合物与DNA以中等强度的插入方式发生作用,以静态淬灭方式引起BSA荧光淬灭。研究了部分配合物在光照条件下的化学核酸酶活性,切割机理实验表明,引起DNA断裂的可能的活性氧物种是羟基自由基和单线态氧。通过体外抗肿瘤细胞增殖实验发现,大部分配合物具有较好的抗肿瘤活性,其中,锌配合物(11)对于MCF-7细胞的IC50=7.935±0.409μM,铜配合物(20)对于7404细胞的IC50=3.305±0.538μM,数值与顺铂相当。此外,通过DAPI荧光染色、流式细胞术、线粒体膜电位检测和caspase-3酶活性检测实验进一步研究了锌配合物(11)和铜配合物(20)抗肿瘤活性机理和对肿瘤细胞周期的影响,实验结果表明,前者通过诱导肿瘤细胞凋亡的方式阻滞肿瘤细胞增殖于G1期,后者阻滞肿瘤细胞增值于G2/M期,且二者细胞凋亡与线粒体-caspase-3通路存在一定联系。3、以Nip为主配体,二苯甲酰甲烷为辅助配体设计合成了7个稀土金属配合物,并解析了其晶体结构。研究表明配合物通过插入方式与DNA发生相互作用,以静态淬灭方式引起BSA荧光淬灭。通过琼脂糖凝胶电泳实验研究了光照条件下稀土配合物的化学核酸酶活性,切割机理实验研究表明,引起DNA断裂的活性氧物种可能是羟基自由基和单线态氧。通过MTT实验发现,稀土配合物对部分肿瘤细胞具有抑制作用。此外,进一步研究了配合物26抗肿瘤活性机理和对肿瘤细胞周期的影响,实验结果表明,配合物26可能通过诱导肿瘤细胞凋亡的方式阻滞7404肿瘤细胞增殖于G2/M期,且细胞凋亡与线粒体-caspase-3通路存在一定联系。本论文主要研究了取代的喹啉类和邻菲罗啉类配体为主要构筑元件的部分过渡金属配合物和稀土配合物的化学核酸酶活性,计算了一些量化参数。为设计合成化学核酸酶模型配合物和抗肿瘤药物的研究提供了一定的有价值的信息。