《Polyhedron》：Synthesis, structural characterization, DFT studies, biological activity, and molecular docking of a cobalt(II) complex
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钴(II)配合物[Co(phen)(H2O)(Bz)(η2?Bz)]（C1）合成后通过IR、UV-Vis及单晶X射线衍射确认其 distorted square-pyramidal 结构，分子间存在O–H…O、C–H…C及π-π堆积作用。DFT计算验证结构-活性关系，证实其与trimethoprim相比具有更高DHFR酶结合亲和力（MolDock score ?169.171 vs ?91.377），抗菌活性显著优于游离配体，为多重耐药菌治疗提供新思路。
雅斯米娜·萨贝格（Yasmina Sabeg）|琳达·戈莱亚（Lynda Golea）|里姆·贝纳利-谢里夫（Rim Benali-Cherif）|西尔维娅·里佐（Silvia Rizzato）|多梅尼科·C.M. 阿尔巴内塞（Domenico C.M. Albanese）
阿尔及利亚肯切尔拉（Khenchela）40000，阿贝斯拉格鲁尔-肯切尔拉大学（Abbes Laghrour-Khenchela University）科学与技术学院材料科学系
摘要
本文合成了新的配位固体水合双（苯甲酸）-(1,10-菲咯啉）-钴(II)配合物，简称[Co(phen)(H?O)(Bz)(η2-Bz)] (C1)，并利用光谱方法（红外光谱IR、紫外-可见光谱UV–vis）和单晶X射线衍射对其进行了表征。该配合物的几何结构通过强O–H…O、弱C–H…O、C–H…C键以及π-π堆叠相互作用得到稳定；同时还存在非传统的分子内平行和分子间反平行相互作用。基于PBEPBE/LanL2DZ基组的密度泛函理论（DFT）计算结果与实验数据总体一致。Hirshfeld表面分析揭示了分子间相互作用，分子电静力势（MEP）图谱突出了配合物中的活性位点。此外，还评估了该配合物对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的抗菌性能。结果表明，(C1)的抗菌活性显著高于游离配体。分子对接研究显示，(C1)与大肠杆菌（Escherichia coli）的二氢叶酸还原酶（DHFR）受体（PDB ID: 5E8Q）具有较好的结合亲和力，表明其具有作为抗菌剂的潜力。这项研究为过渡金属配合物的结构-活性关系提供了宝贵见解，并展示了开发新型抗菌药物的潜力。研究中以三甲氧苄胺嘧啶（trimethoprim）作为参考抗生素进行对比。钴配合物的结合亲和力（MolDock得分：-169.171）高于三甲氧苄胺嘧啶（-91.377），表明在所研究的条件下，钴配合物可能具有更强的DHFR抑制作用。
引言
金属配合物化学是当代化学研究的核心领域，其应用范围从均相催化到功能性材料的开发[1]。含有杂原子配体（如菲咯啉）的金属配合物尤为值得关注，因为它们能够稳定金属的不同氧化态，并可精细调节其电子和结构特性[2]。近年来，含有配位键和分子间相互作用（如π–π堆叠和氢键）的过渡金属-有机超分子结构因其多样的构型和拓扑结构而受到越来越多的关注[3],[4]。有机化学中的羧酸传统上被用作非甾体抗炎药物[5]。羧酸配体可以与金属离子结合，对生物活性产生协同或拮抗效应。研究表明，某些金属离子配合物的抗菌和抗炎活性优于相应的羧酸[6]。此外，无机药物的抗菌活性在金属离子配位后可以得到增强。钴是一种重要的生物元素，是钴胺素和其他金属蛋白的组成部分。钴胺素在髓鞘形成、红细胞生成、脂肪酸代谢和蛋白质合成中起着关键作用[7]。含有氮供体配体的钴(II)配合物因其结构和化学性质而在生物系统中具有潜在的治疗应用价值[8],[9]。已有研究报道了含有苯甲酸和1,10-菲咯啉的混合配体金属配合物，这些研究探索了多种不同的配位模式，包括氢键网络和/或超分子排列[10],[11],[12]。尽管早期已有关于含菲咯啉或苯甲酸的钴(II)配合物的研究，但针对Co(II)-菲咯啉-苯甲酸体系的系统研究仍较少。为了调控配位几何结构和超分子组装，本研究结合了刚性的菲咯啉配体和柔性的苯甲酸配体，从而探讨了配体设计对结构、物理化学和生物性质的影响。
这些实例表明，苯甲酸型羧酸能够在菲咯啉和水分子的存在下，以单齿模式或螯合剂的方式与中心的钴(II)原子结合。本文报道了Co(II)-苯甲酸-1,10-菲咯啉配合物的制备及其光谱特性，该配合物具有四方锥形配位几何结构。次近邻配合物(C1)表现出π–π堆叠相互作用，这种几何排列使化合物形成一维链状结构。通过单晶X射线衍射、密度泛函理论（DFT）计算和Hirshfeld表面分析，研究了(C1)配合物中的分子间相互作用及其相关电子性质。此外，还进行了全面的计算机模拟分析，包括分子对接、药物相似性评估和毒性预测。以大肠杆菌（Escherichia coli）为模型生物，研究了(C1)配合物对二氢叶酸还原酶（DHFR）的结合亲和力，并将计算结果与体外抗菌活性进行了比较，因为某些有机化合物能够抑制DHFR酶（该酶参与细菌DNA合成和叶酸代谢[13]。综合研究表明，体外数据与计算机模拟结果一致，表明(C1)配合物是开发抗多重耐药大肠杆菌药物的潜在候选物。通过与标准抗生素环丙沙星（ciprofloxacin）和三甲氧苄胺嘧啶（trimethoprim）的比较[14],[15]，进一步验证了这一结论。钴配合物显示出良好的结合亲和力，其结合位点与环丙沙星和三甲氧苄胺嘧啶相同，表明其在抑制DHFR方面可能具有更好的效果。
材料与方法
(C1)配合物在我们的实验室合成，得到的是纯度高、纯度高的固体，用于记录FT-IR和UV–可见光谱数据。JASCO FT/IR-4100光谱仪采用KBr（溴化钾）颗粒法进行固相分析，在真空模式下收集4000–400 cm?1范围内的红外光谱数据。Perkin Elmer Lambda分光光度计用于生成吸收光谱，工作范围为200–800 nm。Multiwfn 3.8软件用于数据处理。
晶体结构分析
图1展示了[Co(phen)(H?O)(Bz)(η2-Bz)] (C1)配合物的分子结构，该配合物属于单斜晶系P2?/c空间群。钴(II)中心采用畸变的四方锥形几何结构，具体参数见表2。钴(II)离子的配位球包括来自螯合配体1,10-菲咯啉的两个氮原子（N1和N2）、来自苯甲酸配体的两个氧原子（O1和O3）以及另一个氧原子。
结论
本研究合成了新的钴(II)配合物[Co(phen)(H?O)(Bz)(η2-Bz)] (C1)，并通过单晶X射线衍射确定了其结构。结果表明，钴(II)中心处于畸变的四方锥形环境中。整个结构通过一系列非共价相互作用维持稳定，包括强O–H…O氢键、弱C–H…O和C–H…C键以及π–π堆叠作用。Hirshfeld表面分析进一步证实了这些相互作用。
作者贡献声明
雅斯米娜·萨贝格（Yasmina Sabeg）：负责撰写初稿、方法论设计、概念框架。琳达·戈莱亚（Lynda Golea）：负责审稿与编辑、撰写初稿、数据验证、软件应用、方法论指导、数据管理及概念构建。里姆·贝纳利-谢里夫（Rim Benali-Cherif）：负责可视化效果制作、实验指导及软件应用。西尔维娅·里佐（Silvia Rizzato）：负责可视化效果制作、实验指导及资源协调。多梅尼科·C.M. 阿尔巴内塞（Domenico C.M. Albanese）：负责数据验证、实验指导、软件应用及资源管理。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢阿贝斯拉格鲁尔大学（Abbes Lagrour University）结构、性质与原子间相互作用实验室（LASPI2A）的Abdecharif Boumaza教授和Abdelkader Djelloul教授在FT-IR和UV–可见光谱数据提供方面的帮助。同时，也感谢阿尔及利亚高等科学与研究部（MESRS）的支持。
