结构研究、Hirshfeld表面分析以及对一种水杨酰腙配体及其Zn(II)配位聚合物抗氧化潜力的探讨

合成水合肼Schiff碱配体H3L及其一维Zn(II)配位聚合物，通过光谱和X射线确定配位结构为ONO-供体，形成Zn···Zn桥联结构，并验证配位聚合物抗氧化活性显著高于配体。

　　

Maryam Banaei-Mohammadi | Rahman Bikas | Moayad Hossaini-Sadr | Saeed Mollaei | Anna Kozakiewicz-Piekarz

伊朗大不里士阿塞拜疆沙希德马达尼大学化学系

摘要

通过水杨酰肼与脱氢乙酸在甲醇中的反应，合成了一种基于肼的Schiff碱配体H₃L。随后，H₃L与Zn(OAc)₂·2H₂O在回流甲醇中反应，制备出了一种新的1D Zn(II)配位聚合物，其通用式为[Zn(μ-HL)(CH₃OH)]_n。通过元素分析及多种光谱方法（FT-IR、UV-Vis、NMR和光致发光）对H₃L和[Zn(μ-HL)(CH₃OH)]_n进行了表征，并通过单晶X射线分析确定了它们的结构。结构研究表明，H₃L和[Zn(μ-HL)(CH₃OH)]_n均属于单斜晶系的P₂/c空间群。H₃L以双负配体HL^2?的形式与Zn(II)核心结合，结合位点包括亚胺氮、烯醇氧和酰胺氧（作为ONO供体螯合单元）以及酚氧。该配体同时具有螯合和桥联作用，能与三个对称的Zn(II)核心结合。烯醇氧作为桥联剂，使两个Zn(II)核心之间的距离为3.361 ?。配体的腙基以酰胺形式与Zn(II)结合；对比游离配体与结合配体的键长发现，结合后的键长发生了显著变化。利用Hirshfeld表面分析研究了H₃L及其Zn(II)配位聚合物中的分子间相互作用，结果表明这些相互作用对晶体结构的稳定性有重要贡献。通过DPPH自由基清除实验评估了该配体（H₃L）及其Zn(II)配位聚合物的抗氧化活性，结果表明配位后的聚合物活性显著增强（IC₅₀值为278 μg/mL，而游离配体的IC₅₀值为326 μg/mL）。这些结果明确表明，配体与Zn(II)离子的结合显著提高了自由基清除效果。

引言

肼类配体是Schiff碱家族中重要的一类配体，它们由羧酸肼衍生物与含有合适供体原子的醛类或酮类化合物在适当位置反应制得。这类配体具有很强的配位能力，由于肼基团中的酰胺-亚胺互变异构（=N?NH?CO?R），从电子角度来看具有灵活性，能够稳定多种氧化态的金属离子[1,2]。肼类配体的配位化合物在多个领域具有广泛应用，如催化[3,4]、太阳能电池[5]、分子开关[6]、发光电化学电池[7]、光学材料[8]、磁性[9]和电催化反应[10]。此外，由于肼类化合物的生物活性，它们的金属配位化合物也被用于各种生物学研究，并显示出作为抗结核和抗癌物质的潜力[11,12]。文献表明，肼类配体及其配位化合物具有显著的自由基清除能力[1, [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15]]。尽管大多数三齿肼类配体是通过2-吡啶醛/酮或2-羟基苯甲醛/酮制备的[16]，但已有研究指出β-二酮也是制备三齿ONO供体肼类配体的有效化合物[17]。这类配体与2-羟基苯甲醛衍生物具有很高的相似性，但在立体结构和电子性质上存在显著差异[14]。脱氢乙酸（DHA）是一种β-二酮，具有多种应用，如化妆品、护肤品和食品防腐剂；它与合适的肼试剂反应后也可形成三齿ONO供体配体[18]。DHA含有吡喃环，其立体性质接近2-羟基苯甲醛衍生物，但电子性质明显不同。已有报道指出DHA腙类化合物具有酶抑制活性，表明它们在生物科学中有广泛应用[19]。尽管DHA是一种容易获得的化合物，但在CCDC数据库中关于其肼类衍生物及其配位化合物的报道较少[20]。 锌是一种生物活性过渡金属离子，在多种生物系统中广泛存在，其化合物在细胞代谢、蛋白质或DNA合成等生物过程中起着关键作用[21]。锌也是人体营养的重要元素，对生长和免疫功能至关重要[22]。锌与肼类配体的配位化合物在CO₂固定反应[23]、发光材料[24]、抗菌化合物及多种生物研究中展现出多种应用[25]。含有多种有机配体的Zn(II)配位化合物始终表现出显著的DPPH自由基清除活性[26]。研究表明，肼类配体和Zn(II)配位化合物共同促进了抗氧化效果；与游离配体相比，配位化合物的抗氧化效果更佳，这表明金属与配体之间存在协同作用[27, [28], [29]]。这些化合物的抗氧化活性主要归因于其中的酰胺基和酚基。这种特定结构使它们能够捐赠氢原子来稳定自由基（如DPPH），这一过程称为氢原子转移（HAT）机制[30]。此外，配体与金属离子的螯合作用还能阻止金属离子参与Fenton型反应，有效阻止有害羟基自由基的生成[31], [32], [33], [34]。 最近，我们通过吡啶肼与β-二酮（包括脱氢乙酸和苯甲酰丙酮）的反应设计并合成了双官能团肼类配体，得到了有趣的四核Zn(II)簇，研究结果表明配体的立体性质对其结构与组成有显著影响[35]。鉴于连接到肼基部分的取代基也影响配体的配位能力，我们计划将吡啶肼替换为水杨酰肼，并与脱氢乙酸结合，研究所得配体与Zn(II)离子的配位能力。本文报告了这种新型肼类配体及其Zn(II)配位聚合物的合成、晶体结构、光谱性质和Hirshfeld表面分析结果（见图1），同时探讨了它们的抗氧化潜力。

材料与仪器

脱氢乙酸、水杨酰肼及高纯度溶剂均购自Sigma-Aldrich公司。FT-IR光谱使用Thermo Scientific Nicolet S10 FT-IR光谱仪在4000-400 cm^?1范围内进行测量；UV-Vis光谱在甲醇溶剂中、200-800 nm范围内使用Helios Alpha分光光度计测定。元素分析（C、H、N）由Carlo ERBA Model EA 1108分析仪完成，以确定配位聚合物中的锌含量。

合成与光谱研究

水杨酰肼与脱氢乙酸在甲醇中的反应生成了一种新的肼类配体H₃L，以白色沉淀形式分离出来。H₃L以纯晶体形式从甲醇中获得，并通过光谱方法和SCX射线衍射进行了表征。H₃L的FT-IR光谱（KBr片剂）如图S1所示，与其结构一致。该光谱中包含了与2-氧代-2H-吡喃环的C=O键、酰胺NH基等相关的吸收峰。

结论

总结来说，水杨酰肼与脱氢乙酸的反应生成了一种新的肼类配体H₃L，用于制备Zn(II)配位化合物。H₃L与Zn(OAc)₂·2H₂O在甲醇中的反应生成了1D Zn(II)配位聚合物[Zn(μ-HL)(CH₃OH)]_n。通过多种分析方法对H₃L和[Zn(μ-HL)(CH₃OH)]_n进行了表征，并通过单晶X射线分析确定了它们的结构。结构研究表明，H₃L通过亚胺氮、烯醇氧和酰胺氧与Zn(II)结合。

CRediT作者贡献声明

Maryam Banaei-Mohammadi：方法学设计、实验研究、数据分析。 Rahman Bikas：初稿撰写、项目监督、资源协调、数据分析。 Moayad Hossaini-Sadr：项目监督、资源协调。 Saeed Mollaei：初稿撰写、方法学设计、实验研究、数据分析。 Anna Kozakiewicz-Piekarz：初稿撰写、实验研究、数据分析。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

致谢

作者感谢阿塞拜疆沙希德马达尼大学和伊玛目霍梅尼国际大学对本研究的支持。