大环超分子二（三环己基锡）吡啶-二甲酸酯的合成、结构和抗癌活性

邝代治 庾江喜 冯泳兰 朱小明 蒋伍玖 张复兴

(衡阳师范学院化学与材料科学学院，功能金属有机材料湖南省普通高等学校重点实验室，功能金属有机化合物湖南省重点实验室，衡阳 421008)

有机锡羧酸酯化合物具有良好的催化、杀菌、抗肿瘤性能，被广泛应用于工农业。有机羧酸作为含氧多齿配基与有机锡反应[1-5]，具有多种锡-氧作用形式，既可形成有机锡羧酸酯(R′COO)xSnR4-x(x=1～3)，又可通过羰基与锡原子配位(＞C=O→Sn)形成羧基的2个氧作用于同一个锡的螯合结构、或2个氧分别作用于2个锡(Sn-O-C=O→Sn)的羧基桥联结构的有机锡羧酸酯配合物[6-7]。此外，烃基数、烃基结构的空间效应还可以影响有机羧酸与有机锡的作用形式。因此，有机羧酸与有机锡前体化合物的反应，可产生多种多样结构的有机锡化合物，具有丰富的反应性能和结构，人们一直致力于研究此类化合物。尽管人们对有机锡羧酸酯的合成、结构进行了较广泛的研究，但对有机锡含N杂有机二元酸酯研究相对较少。作为一种生物体内具有生物活性的物质，吡啶二甲酸(H2pydc)是具有刚性环及柔性链的含N杂有机二元酸多齿配体。由于吡啶环上2个羧基之间相对位置引起不同的空间效应，其表现出不同的反应性能，如2，x-H2pydc(x=3～6)与有机锡反应，往往2-位羧基O和吡啶N与同一Sn发生作用[8-10]，非2-位羧基O与N难以发生这种与同一Sn原子的作用，而3，x-H2pydc(x=4～5)的吡啶N可向另一金属配位[11]。吡啶二甲酸的6种异构体中，2，6-和3，5-H2pydc具有对称结构的特点，可作为组装对称有机锡化合物的配体。本文运用微波溶剂热方法，以三环己基氢氧化锡，分别与 2，6-H2pydc、3，5-H2pydc反应，合成4个二(三环己基锡)吡啶-二甲酸酯大环超分子化合物，初步测试了化合物对人结肠癌(HT-29)、肝癌细胞(HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌细胞(A549)等5种人体外抗肿瘤生物活性。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

合成反应在微波有机合成系统(MicroSYNT Labstation for Microwave assisted意大利)完成。化合物的红外光谱用Shimadzu FTIR 8700(KBr压片，400～4 000 cm-1)光谱仪测定；C、H和N组成用PE-2400ギ元素分析仪测定；1H和13C NMR核磁共振波谱在Bruker Avance-400和500测得 (TMS内标，CDCl3溶剂)、119Sn NMR 用 Bruker Avance-500光谱仪测定 (Me4Sn内标)；晶体分子结构测定用Bruker Smart ApexⅡCCD单晶衍射仪；化合物的熔点用北京泰克XT-4双目体视显微熔点仪测定(温度计未经校正)。所有试剂为化学纯，未经纯化直接使用。

1.2 化合物的合成

取三环己基氢氧化锡 (0.770 g，2 mmol)、2，6-H2pydc 或 3，5-H2pydc(0.167 g，1 mmol)溶 于 20 mL甲醇，置于聚氟乙烯反应瓶中，设置微波有机合成系统120℃微波辐射反应2 h，冷却至室温，过滤，减压蒸发溶剂，固体重结晶得产物，在适当溶剂中溶解产物，室温放置，数天后析出用于测定结构的晶体。

无色晶体 1，产量：0.407 g(72.0%)。 m.p.123～124 ℃。1H NMR(500 MHz，CDCl3)：δ 8.35(t，J=8 Hz，2H，3，5-Py-H)，8.06(t，J=8 Hz，1H，4-Py-H),3.51(s,3H,CH3),1.25～2.10(m，34H，Cy-H，MeO-H)。13C NMR(125 MHz，CDCl3)：δ 26.98(δ-C)，28.78，29.04，29.30(γ-C，3J(119Sn-13C)=64 Hz)，31.21，31.27，31.32(β-C，2J(119Sn-13C)=14 Hz)，34.66(α-C，1J(119Sn-13C)=325 Hz，1J(117Sn-13C)=312 Hz)，50.86(CH3OH)，126.22，129.12，139.32，146.60,148.93(Py-C),164.47,168.28(COO)。119Sn(186.5 MHz，CDCl3)：δ 40.30。 IR(cm-1)：3 441(b，νO-H)；2 920,2 843(m，νC-H)；1 661，1 626(s，νasCOO)；1 398(m，νsCOO)；586(w，νSn-C)；426(w，νSn-O)。119Sn(500 MHz，CDCl3)：39.88。 元素分析按 C26H41NO5Sn计算值(%)：C，55.14；H，7.30；N，2.47。实测值 (%)：C，55.24；H，7.15；N，2.43。

无色晶体 2，产量：0.579 g(58.0%)。 m.p.146～147 ℃。1H NMR(400 MHz，CDCl3)：δ 7.88～8.23(m，3H，3，4，5-Py-H)，7.37(s，6H，Ph-H),1.34～2.02(m,68H,Cy-H，H-O-H)。13C NMR(100 MHz，CDCl3)：δ 27.07(δ-C)，28.81，29.13，29.45(γ-C，3J(119Sn-13C)=65 Hz)，31.36(β-C，C6H6，2J(119Sn-13C)=14 Hz)，34.55(α-C，1J(119Sn-13C)=332 Hz，1J(117Sn-13C)=317 Hz)，127.57(3，5-Py-C)，137.47(4-Py-C)，150.62(2，6-Py-C)，169.28(COO)。119Sn(186.5 MHz，CDCl3)：δ 24.86。IR(cm-1)：3 377(b，νO-H)；2 920，2 845(m，νC-H)；1 632，1 578(s，νasCOO)；1 352(m，νsCOO)；482(w，νSn-C)；417(w，νSn-O)。 元素分析按C49H77NO5Sn2计算值 (%)：C，59.00；H，7.78；N，1.40。实测值(%)：C，58.93；H，7.69；N，1.46。

无色晶体 3，产量：0.546 g(56.6%)。 m.p.157～158 ℃。1H NMR(400 MHz，CDCl3)：δ 9.34(s，2H，2，6-Py-H)，8.86(s，1H，4-Py-H)，3.49(s，6H，2CH3)，0.96～2.06(m，68H，Cy-H，MeO-H)。13C NMR(100 MHz，CDCl3)：δ 26.86(δ-C)，28.65，28.91，29.16(γ-C，3J(119Sn-13C)=64 Hz)，31.06，31.11，31.17(β-C，2J(119Sn-13C)=14 Hz)，34.20(α-C，1J(119Sn-13C)=331 Hz，1J(117Sn-13C)=317 Hz)，50.76(CH3OH)，127.99(3，5-Py-C)，139.07(4-Py-C)，153.97(2，6-Py-C)，169.22(COO)。119Sn(186.5 MHz，CDCl3)：δ 27.13。IR(cm-1)：3 447(b，νO-H)；2 920，2 845(m，νC-H)；1 661，1 612(s，νasCOO)；1 402(m，νsCOO)；592(w，νSn-C)；527(w，νSn-N)；424(w，νSn-O)。 元素分析按C45H77NO6Sn2计算值(%)：C，55.98；H，8.04；N，1.45。实测值(%)：C，56.02；H，8.07；N，1.47。

无色晶体 4，产量：0.465 g(48.2%)。 m.p.217～218 ℃。1H NMR(400 MHz，CDCl3)：δ 7.83～8.25(m，3H,2,4,6-Py-H),1.31～2.06(m,74H,Cy-H,CH3CH2OH,HO-H)。13C NMR(100 MHz,CDCl3)：δ 18.31(CH3CH2OH),26.85(δ-C)，28.65，28.90，29.16(γ-C，3J(119Sn-13C)=65 Hz),31.05,31.11，31.16(β-C，2J(119Sn-13C)=14 Hz)，34.18(α-C，1J(119Sn-13C)=330 Hz)，58.22(CH3CH2OH)，127.98(3，5-Py-C)，139.07(4-Py-C)，153.91(2，6-Py-C)，169.19(COO)。119Sn(186.5 MHz，CDCl3)：δ 27.14。IR(cm-1)：3 395(b，νO-H)；2 920，2 845(m，νC-H)；1 628(s，νasCOO)；1 377，1 329(m，νsCOO)；565(w，νSn-C)；419(w，νSn-O)。元素分析按 C45H77NO6Sn2计算值(%)：C，55.98；H，8.04；N，1.45。 实测值(%)：C，56.03；H，8.01；N，1.40。

1.3 X射线晶体衍射

选取大小合适的晶体，在单晶衍射仪上，采用经石墨单色化的 Mo Kα 射线(λ=0.071 073 nm)，于296(2)K，以φ-ω扫描方式收集衍射点数据。衍射强度数据经多重扫描吸收校正，晶体结构中大部分非氢原子由直接法解出，其余部分非氢原子在随后的差值傅立叶合成中陆续确定，对所有非氢原子坐标及其温度因子采用全矩阵最小二乘法精修。由理论加氢法给出氢原子在晶胞中的位置坐标，对氢原子和非氢原子分别采用各向同性和各向异性热参数精修，全部结构分析工作在WINGX上调用SHELX-97程序完成[12]。化合物的主要晶体学数据列于表1。

CCDC：818373,1；838280,2；838281,3；872955,4。

表1 化合物的晶体学数据Table 1 Crystallographic data of the compounds

续表1

1.4 抗肿瘤活性测定

HT-29，HEPG2，MCF-7，KB 和 A549 细 胞 取 自美国组织培养库，用含10%牛胎血清的RPMI1640(GIBICO，Invitrogen)培养液，在含 5%(V/V)CO2的培养箱内于37℃下培养，用MTT法检测细胞增殖与生长抑制情况，调整实验细胞数量使在570 nm获得1.3～2.2的吸光度，将化合物测试药液(0.1 nmol·L-1～10 μmol·L-1)设置 6 个浓度，处理细胞 72h，每个浓度至少3个平行和3次重复实验。应用GraphPad Prism 5.0软件统计分析确定IC50值。

2 结果与讨论

2.1 谱学性质

化合物1～4的IR和 (1H、13C和119Sn)NMR谱具有明显特征。有机锡羧酸酯的羧基产生的伸缩振动红外光谱特征峰 νas(COO)、νs(COO)之差 Δν均大于200 cm-1，表明化合物1～4的羧基氧均以单齿与锡作用[13]。 此外，红外光谱在280～600 cm-1出现 ν(Sn-C)[14]和在 410～430 cm-1出现 ν(Sn-O)[15-16]化合物的弱特征峰，进一步佐证了X射线晶体衍射实验获得的化合物结构。羰基(＞C=O)和Sn-O的氧对羧基碳具有较大的拉电子作用，使羧基碳的13C NMR谱线信号移向δ=160～170的低场成为特征谱线。有机锡化合物的119Sn NMR化学位移，受与锡相连的烃基和配体的影响[17]，在较低场分别出现119Sn谱线：40.30(1)、24.86(2)、27.13(3)和 27.14(4)。 化合物在1H NMR谱中羧基H质子信号消失，其中化合物1虽还有一个羧基H(3A)未发生离解，但可能由于发生活泼氢交换，也未见H(3A)质子的信号，其它质子峰化学位移信号及其氢原子数与其积分面积比相吻合。

2.2 晶体结构

化合物的主要键长和键角见表2，其晶体分子结构见图1，键参数和晶体分子结构表明，2，6-H2pydc和3，5-H2pydc与三环己基氢氧化锡反应，形成两类羧基单齿型配合物[11]，又由于不同的溶剂小分子(水、甲醇或乙醇等)参与形成晶体结构，使得两类配合物产生4个不同的化合物1～4(Scheme 1)。

表2 化合物1～4的部分键长（nm）和键角（°）Table 2 Selected bond lengths （nm）and angles （°）for compounds 1～4

续表2

图1 化合物的分子结构Fig.1 Molecular structure of the compounds

在化合物1，晶体结构单元由1个游离甲醇分子、1个吡啶-2，6-二甲酸和1个三环己基锡组成。吡啶-2，6-二甲酸的2个羧基以不同成键方式分别与2个SnCy3作用形成不对称结构，其中一个羧基以O(1)与Sn(1)形成有机锡羧酸酯，O(1)-Sn(1)键长0.213 58(19)nm，另一个羧基的H(3A)未发生离解，以羰基O(4)与Sn(1i)配位形成有机锡配合物，O(4)-Sn(1i)键长0.263 7 nm。因此，对于同一个锡，由来自2个不同配体的羧基氧与锡组成轴向位置，3个环己基碳(C(8)、C(14)和 C(20))处于赤道位，由于 O(4)-Sn(1i)键明显拉长和3个C-Sn键偏向配键方，中心锡与配基原子构成变形三角双锥六面体几何构型。对于同一个吡啶-2，6-二甲酸，分别与2个锡相连，羧基氧与锡原子间的相互作用，形成一维链配位聚合物。在化合物2的晶体结构单元，吡啶-2，6-二甲酸的2个羧基氢质子均发生离解，并分别与2个锡反应，其中Sn(1)上连3个环己基和1个氧形成变形四面体构型，Sn(2)配位环境比Sn(1)原子多了1个水分子配位，形成三角双锥六面体构型。可能是在吡啶的2，6-位附近的3个环己基的空间效应较大的原因，化合物1、2的吡啶N原子均未与SnCy3配位。

Scheme 1

图2 氢键构筑化合物的二维网状结构Fig.2 2D network for constructed via the hydrogen bonds

化合物3、4的晶体结构单元中羧基与SnCy3作用类似化合物2，1个甲醇和1个水分子分别参与3、4的1个锡的配位，另3和4还分别有1个甲醇和1个乙醇分子未参与配位，形成不对称独立结构单元，但由于3，5-pydc的空间效应不同于化合物2而表现出不同的结构，3、4的2个羧基位于吡啶环N的间位，与吡啶环N呈三角位置，使环N原子凸出，N可与其它原子发生配位作用，如3，邻近吡啶环N(1iv)向无甲醇溶剂分子配位的Sn(2)配合，形成N(1iv)→Sn(2)-O(3)(键角 174.02°，N(1iv)→Sn(2)键长0.283 7 nm)为轴向位置的六面体构型，由分子间的这一配位作用，组成以[→Sn-O-C(O)-Py→]n为一维链的配位聚合物。在化合物4，邻近吡啶环N(1ii)与H(5xii)的弱作用(∠N(1ii)…H(5xii)-O(5)，133.60°；N(1ii)…H(5xii)，0.212 9 nm)形成类似化合物3的一维链。值得指出的是，由于分子间的弱作用或溶剂分子参与产生的弱作用，化合物1～4的晶体自组装成超分子结构：1的一维链之间，由C(16)-H(16B)…Py发生σ…π作用[18]，形成26元环且扩展为二维无限结构。2中Sn(2)上水分子的O(5)-H(5A)与邻近分子的羰基氧形成氢键O(5)-H(5A)…O(2i)和 H(3)…H(3ii)作用，组成26元环二维网。3和4类似于2，也由氢键作用，分别形成32元环和26元环二维网超分子化合物，如图2所示。

2.3 抗肿瘤活性

吡啶二甲酸配体对人体癌细胞没有明显的抑制作用，当与环己基锡等前体反应，形成的有机锡羧酸酯，对人体癌细胞 (如 NIH-3T3、AsPC-1和PANC-1)生长具有较前体和配体更强的抑制作用[19]。测试化合物1和3对人结肠癌(HT-29)、肝癌细胞(HepG2)、乳腺癌(MCF-7)、鼻咽癌(KB)和肺癌细胞(A549)及参考药物顺铂的体外抗癌活性表明(表3)。2个化合物对这5种人体癌细胞增殖均具有比金属配合物抗癌药物顺铂更强的抗癌活性[10,20]，且化合物1的IC50值与3的IC50值之比为1.2～3.6，二(三环己基锡)吡啶3，5-二甲酸酯的体外抗癌活性高于二(三环己基锡)吡啶2，6-二甲酸酯，这一活性的差异应归结于2个甲酸处于吡啶 3，5-和2，6-位构效差异。比较1和3对这5种人体癌细胞增殖抑制活性还发现，化合物1和3均对HT-29抑制活性明显高于对其他4个人体癌细胞的抑制活性，可作为抗癌的候选化合物，为进一步研究其生物活性提供了重要参考。

表3 化合物1、3和顺铂对人体外肿瘤细胞的半抑制率Table 3 IC50of compounds 1,3 and cisplatin on tumor cells in vitro

3 结 论

用微波甲醇溶剂热方法，合成了4个具有溶剂参与氢键作用的大环超分子二(三环己基锡)吡啶-二甲酸酯化合物，对人结肠癌(HT-29)等5种细胞的体外抗癌活性表明，具有很强广谱抗癌作用，可作为候选药物化合物研究。

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