基本信息
- 项目名称：
- 苯并咪唑类配合物的设计、合成及其生物活性研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 苯并咪唑独特的π-共轭结构以及对DNA序列具有高度的选择性亲和作用，使它的衍生物作为分子探针应用于DNA结构的研究。我们设计合成新颖的以氮、氧为中心的苯并咪唑类金属配合物；利用金属离子在生物体内的特殊生理作用和苯并咪唑配体的协同作用，研究苯并咪唑类金属配合物与小牛胸腺DNA的作用机理，为探索和开发新的核酸探针提供理论指导。
- 详细介绍：
- 项目设计合成了65种模型配合物，培养并解析了40多个二元的过渡金属配合物、2个稀土配合物和3个铜的三元配合物晶体。结果表明，配合物的结构为三角双锥、八面体或四方锥；配合物的电化学性质证明了配合物具有一定的活性；光谱性质及流体力学性质证明了一般情况下配合物通过插入的方式与DNA进行相互作用（配合物的苯并咪唑环插入DNA碱基对），并且配合物的作用力要大于配体的。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 文献报道有关苯并咪唑类的配合物有很多，但是关于其生物活性的研究并不多。我们设计合成新颖的以氮、氧为中心的苯并咪唑类金属配合物；利用金属离子在生物体内的特殊生理作用和苯并咪唑配体的协同作用，研究苯并咪唑类金属配合物与小牛胸腺DNA的作用机理，为探索和开发新的核酸探针提供理论指导。
科学性、先进性及独特之处
- 本项目与国内外同类成果比较，在配合物的设计、合成和表征方面达到国际先进水平；主要表现在合成手段和表征方法，采用先进的核磁，电化学工作站和CCD单晶衍射等对配合物进行结构表征。并用紫外、荧光、粘度等实验技术，研究其与小牛胸腺DNA的相互作用机理，以发现高灵敏度的非放射形标记核酸分子探针，筛选出具有特异性位点的DNA光化学切割剂和具有抗肿瘤活性的金属配合物是本项目的独特之处。
应用价值和现实意义
- 我们已经合成出了Ag，Mn，Zn等配合物，实验证明它们的苯并咪唑环可以插入DNA碱基对，可望通过一系列生化和毒理实验后，应用于临床，并开发新的核酸分子探针。进一步探讨小分子的结构与其生物活性之间的关系，不仅能帮助人们从分子水平理解人的生命过程及其某些疾病的发病机理，而且还为人们通过分子设计来寻求临床上更为有效的药物和开发出新一代高效的DNA结构探针提供理论指导。
学术论文摘要
- 本项目以探讨苯并咪唑型配合物的生物活性为主线，着重于设计、合成与表征锌、镍等配合物，测试它们的生物活性，探讨它们的结构与功能之间的关系。 本项目主要完成了以下几方面的工作： 1．设计合成了以三（2–苯并咪唑亚甲基）胺和1,3-双（苯并咪唑）-2-杂氧丙烷及其衍生物为主配体，(α，β)–不饱和酸和苦味酸等为副配体的65种铜、钴、锌、镍、锰等模型配合物；培养并解析了48个配体和配合物单晶；并用元素分析、摩尔电导、红外光谱（IR）、紫外–可见光谱（UV–Vis）、核磁（1H–NMR）循环伏安法（CV）、单晶测试等方法对配合物进行了结构和性质表征。 2．生物活性测试方面，采用紫外滴定，荧光淬灭，电化学，流体力学等方法，测定了配合物与DNA的相互作用。 3．本项目为基础理论研究，主要目标为合成，筛选出具有特异性位点的DNA光化学切割剂和具有抗肿瘤活性的金属配合物。研究成果主要以论文的形式发表，已经以在老师的指导下，先后发表10篇SCI论文。
获奖情况
- 1. Hui-Lu Wu, Ke Li, Tao Sun, Fan Kou, Fei Jia, Jing-Kun Yuan, Bin Liu,Bao-Liang Qi Synthesis, structure, and DNA-binding properties of manganese(II) and zinc(II) complexes with tris(N-methylbenzimidazol-2-ylmethyl)amine ligand Transition Met Chem, 2011, 36: 21-28 ISSN 1572-901X 2. Ke Li, Tao Sun, Yang Yang, Beibei Jia and Huilu Wu Aqua (dimethylformamide){tris[(1-methyl-1H-benzimidazol-2-yl)methyl] -amine}nickel(II) dipicrate. Acta Crystallographica Section E, 2010, E66, m1025. ISSN 1600-5368.等
鉴定结果
- 该项目选题新颖，工作量饱满，实验手段先进。所取得的结果，为筛选具有特异性位点的DNA光化学切割剂和具有抗肿瘤活性的金属配合物打下了良好的基础，具有重要的学术价值和应用前景。
参考文献
- 1. Y. Jin, M. A. Lewis, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8353–8361. 2. F. Bisceglie, M. Baldini, M. Belicchi-Ferrari, E. Buluggiu, M. Eur. J. Med. Chem. 2007, 42, 627–634. 3. N. Terioglu, A. Gursoy, Eur. J. Med. Chem. 2003, 38, 781–786. 4. A. K. Gadad, M. N. Noolvi, R. K. Karpoormath, Bioorg. Med. Chem. 2004, 12, 5651–5659. 5 A. Andreani, J. Med. Chem. 2005, 48, 3085–3089. 6. A. Andreani, A. Leoni, Bioorg. Med. Chem. 2000, 8, 2359–2366. 7. D. J. Sheehan, Clin. Microbiol. Rev. 1999, 12, 40–79. 8. J. Lu, B. Yang, Y. Bai, Syn. Commun. 2002, 32, 3703–3709. 9. J. F. Liu, J. Lee, Tetrahedron. Lett. 2005, 46, 1241–1244. 10. J. F. Liu, C. J. Wilson, Biorg. Med. Chem. Lett. 2006, 16, 686–690.
同类课题研究水平概述
- 苯并咪唑作为重要的结构活性单元存在于许多抗癌、抗肿瘤、杀菌等药物中以及生物体内发挥着重要生理功能的生物大分子中；同时，独特的π-共轭结构以及对DNA序列具有高度的选择性亲和作用，使它的衍生物作为分子探针应用于DNA结构的研究。 近年来，对金属配合物与DNA相互作用的研究已经成为生物无机领域国际上十分活跃的研究课题。自1965年美国Rosenberg偶然发现顺铂具有抗癌活性以来，金属配合物生物活性研究就一直是生物无机化学研究的热点，1978年顺铂用于临床，铂族金属配合物的抗肿瘤作用机制和临床应用取得了很大进展，人们已经发展了几十个具有优良抗肿瘤性能的金属配合物，但毒副作用是这一类药物最大的缺点，这也为其他金属配合物的广泛深入的研究留出了足够的空间。 Barton研究了限制性内切酶EcoR I的存在对手性金属配合物探测DNA构象的影响时发现，限制性内切酶结合DNA可使其构型发生变化,酶的结合可改变DNA对手性配合物的识别。这些实验表明,蛋白(内切酶)与DNA的结合确实改变了DNA的结构,也充分证实了小分子配合物可作为蛋白结合DNA结构的探针,并对选择配合物类抗癌药物提供了立体化学基础。 杨频等研究了[Co(phen)2dppz]3+等配合物与小牛胸腺DNA的作用,这些配合物在光照下可使DNA断裂,从而为设计与DNA结合力强、以光切断DNA的新型抗癌剂提供根据。宋玉民等用荧光法和光度法对乙二胺合钴(III)和邻菲咯啉合钴(III)与DNA的作用进行了研究。认为：金属配合物中配体分子平面大小对金属配合物与DNA作用模式产生影响,插入作用的强弱与配合物中配体分子平面大小有关。李红等应用循环伏安法、微分脉冲伏安法、电子吸收光谱和溴化乙锭(EB)荧光分析法研究发现[Cu(phen)(H2O)(L)]+（L为氨基酸）与DNA的作用较强，且表现为插入结合模式。 因此，苯并咪唑化合物与DNA的相互作用的研究，不仅有利于人们从分子水平理解人的生命过程及其某些疾病的发病机理，探讨小分子的结构与其生物活性之间的关系，探索和开发新的核酸探针，而且有助于从分子水平上了解抗癌药物的作用机理，为设计临床上更为有效的抗癌药物提供理论指导。
