6,7-二甲基-2-(吡啶-2-基)喹喔啉配体三羰基铼(I)配合物的结构、抗菌活性及理论计算研究

《New Journal of Chemistry》：Structural and antimicrobial studies on a tricarbonyl rhenium(I) complex with the 6,7-dimethyl-2-(pyridin-2-yl)quinoxaline ligand

本综述系统报道了一种新型三羰基铼(I)配合物（2）的合成、结构表征及抗菌活性。通过X射线单晶衍射证实其八面体几何构型，结合DFT/TDDFT理论计算揭示了金属-配体键合特性与电子跃迁机制（MLCT/LLCT）。研究发现配合物（2）对革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）和真菌（如白色念珠菌）表现出优于配体（1）的抗菌活性（MIC低至100 μg mL?1），为铼(I)三羰基类化合物在生物医学领域的应用提供了结构-功能关系理论基础。

　　

1. 引言

三羰基铼(I)化合物因其独特的光物理性质（如大斯托克斯位移、长寿命激发态）在生物分子标记、光电器件及二氧化碳还原等领域备受关注。近年来，铼配合物在医学领域的潜力逐渐显现，尤其在抗癌药物、放射成像剂和抗菌剂开发中展现出低体内毒性、靶向细胞器定位等优势。本研究选取具有多种生物活性的6,7-二甲基-2-(吡啶-2-基)喹喔啉（1）作为辅助配体，通过与其三羰基铼(I)中心配位，构建新型配合物（2），旨在探索其结构特征与抗菌活性的关联性。

2. 结果与讨论

2.1. 合成与表征

配体（1）通过4,5-二甲基苯-1,2-二胺与2-乙酰基吡啶在酸性条件下缩合合成，并经FT-IR、NMR和单晶衍射验证结构。配合物（2）由fac-[Re(CO)₃(OH₂)₃]⁺前体与配体（1）在室温下反应制得，其FT-IR光谱中2016 cm^?1和1881 cm^?1处的特征峰对应三羰基的面式排列，¹H NMR显示配体配位后喹喔啉-H3和吡啶-H6信号显著低场位移，证实双齿N,N′-配位模式。

2.2. 晶体结构分析

单晶X射线衍射揭示配体（1）为正交晶系（空间群Pbca），吡啶环与喹喔啉平面呈24.1°二面角，分子间通过蓝移氢键（C–H?N, 2.610 ?）形成一维链状结构。配合物（2）结晶于正交晶系（空间群Pca2₁），不对称单元包含两个独立分子及结晶水。铼中心呈轻微扭曲八面体几何，Re–N_pyridine键长（2.155–2.171 ?）短于Re–N_quinoxaline（2.213–2.225 ?），表明吡啶氮具有更强给电子能力。晶体堆积中C–H?Cl弱相互作用（约3.002 ?）与O–H?X（X = N, O, Cl）氢键共同稳定三维网络结构。

2.3. Hirshfeld表面分析

Hirshfeld表面分析表明，配体（1）的分子间作用以H?N/N?H（15.4%）为主，而配合物（2）中H?Cl/Cl?H（12.5%）和H?O/O?H（17.4%）贡献显著，凸显氯配体和羰基氧在晶体稳定性中的关键作用。

2.4. 密度泛函理论计算

DFT计算（B3LYP/LANL2DZ）显示铼中心自然电荷为–0.921e，远低于形式电荷（+1），证实配体至金属的电子转移。NBO分析揭示Re–Cl键由sp^3.54杂化氯与sp^5.80d^3.87杂化铼形成，而Re–C键则呈现更高d轨道参与度（55.58%）。分子静电势（MEP）图谱显示配合物（2）的氯配体和羰基氧区域为负电势集中区，提示其易与生物分子发生静电相互作用。

2.5. 电子结构

TDDFT计算（CAM-B3LYP）拟合实验紫外光谱，证实配合物（2）在380 nm处的吸收带归属为金属至配体电荷转移（MLCT）跃迁（HOMO–1→LUMO），而配体（1）的340 nm吸收为喹喔啉环内π–π*跃迁。溶剂极性变化未引起显著光谱位移，进一步支持跃迁的局域特性。

2.6. 抗菌性能

微量肉汤稀释法评估抗菌活性显示，配合物（2）对革兰氏阳性菌（如化脓性链球菌，MIC = 100 μg mL^?1）和真菌（如热带念珠菌，MIC = 200 μg mL^?1）活性均优于配体（1），但对铜绿假单胞菌抑制较弱（MIC = 810 μg mL^?1）。尽管其活性低于标准药物（环丙沙星、伏立康唑），但铼配合物独特的结构可调性为后续优化提供了方向。

3. 结论

本研究成功构建了具有明确晶体结构的三羰基铼(I)-喹喔啉配合物，通过多尺度理论计算与实验表征相结合，阐明了其电子结构、键合特性及抗菌活性的构效关系。弱分子间作用力主导的晶体堆积模式与MLCT跃迁特性，为设计兼具光学功能与生物活性的铼基化合物提供了新思路。

4. 实验部分

配合物合成以fac-[ReBr(CO)₅]为起始原料，经银离子介导的配体交换获得水合中间体，最终与配体（1）配位结晶。晶体数据采集于150 K（1）和100 K（2），结构解析采用SHELXT/SHELXL程序。抗菌试验选用6种标准微生物株，以INT显色法判定MIC值，所有实验均设三重复现以确保数据可靠性。