李小芳，冯小强*，马 乐，杨 声，朱元成

(1.天水师范学院化学工程与技术学院，甘肃天水 741001；2.定西师范高等专科学校，甘肃定西 743000)

目前，对于设计合成具有低污染和高灵敏、高选择性的新型过渡金属配合物的DNA结构探针、DNA 断裂剂、化学核酸酶和杀菌剂已逐渐成为生物无机化学研究领域的焦点[1 - 3]。烟酸也称作维生素B3，是人体必需的13种维生素之一，在人体内参与有机物的氧化还原作用，促进新陈代谢，可以合成许多复方、高效和无毒的药物，临床上用于治疗头痛、偏头痛、耳鸣、内耳眩晕症等，和过渡金属配位后形成的配合物具有很好的抗菌抑菌活性[4]。铜作为一种微量生命元素，对生命体的生命过程起着非常重要的作用，已报道了铜配合物和铜盐的混合物可以有效地抑制癌细胞增殖，并诱导癌细胞凋亡，并且铜配合物的抗癌药性优于顺铂类抗癌药物[5,6]。烟酸和铜在医学营养等方面都具有一定的重要性，因此选择具有生理活性的配体烟酸与铜形成配合物在生物无机化学和医药方面都具有重要意义。

本文以8-羟基喹啉、烟酸为配体制备了三元铜配合物Cu(Hq)NA)0.5(Hg=8-羟基喹啉,NA=烟酸)，采用循环伏安法研究了配合物的电化学行为，同时还采用紫外吸收光谱、差分脉冲伏安和DNA粘度滴定实验，从分子水平研究了配合物与鲱鱼精DNA的键合方式，希望为设计合成作为DNA分子器件的配合物和具有应用前景的高效、低毒、抗菌、抗肿瘤药物提供一定的科学研究基础及理论依据。

1 实验

1.1 仪器与试剂

UV-2450紫外可见光谱仪(日本，岛津公司)；CHI660B电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)。

烟酸(生化试剂，中国医药上海化学试剂公司)，8-羟基喹啉(分析纯，上海中秦化学试剂有限公司)，鲱鱼精DNA(Sigma公司产品)，其它试剂均为分析纯。实验用水为二次蒸馏水。

1.2 配合物的合成

称取0.37 g烟酸溶于30 mL无水乙醇中，在搅拌下加入0.24 g NaOH，于温度50 ℃水浴加热搅拌10 min后，在上述溶液中逐次加入0.48 g无水CuSO4和15 mL含0.44 g 8-羟基喹啉的无水乙醇溶液，即刻有沉淀析出，50 ℃下继续反应6 h。反应结束后，将沉淀抽滤烘干，得铜与8-羟基喹啉和烟酸的配合物。Cu2+含量采用EDTA滴定法测定，结合元素分析结果(括号内为理论值/%)：Cu 23.0(23.79)，C 53.62(53.53)，H 3.31(3.34)，N 7.94(7.81)，确定配合物分子式为Cu(Hq)(NA)0.5(Hq=8-羟基喹啉，NA=烟酸)。在25 ℃，浓度为1.0×10-3mol·L-1配合物的DMF溶液中，测定了配合物的摩尔电导为10.8 S·cm2·mol-1，表明配合物在DMF中不电离，以中性分子形式存在。红外光谱：KBr压片法，vasCOO-(1 604 cm-1),vsCOO-(1 382 cm-1)，δO-H(1 282 cm-1,1327 cm-1)，δC-O(1112 cm-1),δCu-N(521 cm-1)，δCu-O(406 cm-1)。紫外光谱：以DMF作为溶剂和参比，Hq(λ1=256 nm，ε1=2 236 L·mol-1·cm-1;λ2=317 nm，ε2=1 500 L·mol-1·cm-1)，NA(265 nm，ε=1 758 L·mol-1·cm-1)，配合物(λ1=265.5 nm，ε1=2560 L·mol-1·cm-1;λ2=412 nm，ε2=1 258 L·mol-1·cm-1)。

1.3 配合物与鲱鱼精DNA的作用

采用三电极系统：工作电极为玻碳电极，参比电极为饱和甘汞电极，对电极为铂丝电极，微分脉冲伏安测试扫描电位区间-1～ 0.6 V,平衡时间10 s,脉冲高度50 mV,脉冲宽度0.05 s，阶跃电位4 mV。

具体实验过程[7,8]为：参比池和样品池中分别加入等体积的DMF和配合物溶液，依次用等量的DNA滴定样品池和参比池，相互作用5 min后在190～600 nm范围扫描紫外-可见吸收光谱；固定DNA浓度为0.1 mg/mL，以不同的R(配合物c/cDNA)加入配合物，在25 ℃下作用30 min进行测量，得到(η/η0)1/3与配合物浓度关系。η为DNA溶液在加入配合物时的粘度，η0为DNA溶液的粘度。

2 结果与讨论

2.1 配合物的循环伏安行为

在-1.2～0.6 V电位范围内扫描，两种配体在玻碳电极表面没有任何电化学信号，属于非电化学活性物质，而在相同条件下配合物在玻碳电极表面有电化学响应，在循环伏安图上呈现出明显的氧化还原峰，如图1所示。当扫描速率为1.0 V·s-1，循环伏安扫描时配合物在峰电位0.41 V处观察到氧化峰，反向扫描时在0.15 V和-0.50 V处出现两个灵敏的还原峰，说明Cu2+在电极上先被还原为Cu+，Cu+继续被还原为单质Cu。表明配合物在此电位范围内为电化学活性物质，可认为Cu2+为配合物的电化学活性组分的中心，其电极反应则对应于配合物中Cu2+随外加电位变化而发生的电子迁移过程。

图2显示不同扫描速度下的循环伏安曲线，配合物的还原峰电位Epc及氧化峰电位Epa随扫描速度的增加分别发生负移和正移，还原峰电流Ipc及氧化峰电流Ipa随扫描速度的增加呈增加趋势，并且与扫描速度成正比，其线性回归方程为：Ipa(10-6A)=1.50+18.81v(R=0.994)，Ipc(10-6A)=-7.12-45.02v(R=0.998)，表明中心Cu2+在电极上的反应过程主要由吸附过程控制。

2.2 配合物与DNA的作用方式

2.2.1紫外光谱法DNA对配合物紫外吸收光谱的影响如图3所示，配合物在268 nm和412 nm的特征吸收峰在加入DNA后吸收峰减色显著，这是由于配合物的π→π*跃迁被扰动的结果，同时峰位发生明显的蓝移，这些信息说明了配合物与DNA发生了相互作用。根据文献报道[9]，当小分子以嵌插方式结合于DNA双螺旋碱基对之间时，其吸收光谱表现出减色效应；当小分子以静电方式结合于DNA时，其吸收光谱表现出增色效应。因此，认为Cu(Hq)(NA)0.5配合物与DNA之间的相互作用应以嵌插方式为主。

2.2.2粘度法粘度法被认为是在缺乏晶体结构数据情况下确定配合物与DNA键合模式最有力的证据之一。DNA相对比粘度随配合物加入量的变化如图4所示：随着配合物加入量的增加，DNA溶液的相对比粘度逐渐增大。由此推测配合物以嵌插方式与DNA作用[12]。

2.2.3差分脉冲法差分脉冲法的灵敏度高、分辨能力强。为了进一步验证前面的研究结论，采用差分脉冲伏安法研究配合物与DNA的作用方式。如图5所示，配合物在0.29 V处峰电流为-1.11×10-5A，当逐渐加入DNA 后，配合物的峰电流降低，峰电位发生正移，当加入的配合物与DNA的摩尔浓度比为20时，峰电流降低至-3.94×10-6A，峰电位正移至0.39 V处。峰电位的移动可以作为判断DNA与电化学活性分子作用模式的依据之一。如果配合物与DNA之间的作用方式是插入结合，将会引起其峰电位正移，同时导致反应活性分子的相对摩尔质量和黏度增大，从而使得扩散速度减慢，氧化还原峰电流减小。这证实了配合物以插入方式与DNA结合[13]。差分脉冲伏安图表明配合物与DNA以嵌插作用发生了相互作用而生成了非电活性的复合物。

3 结论

配合物的循环伏安图上呈现明显的氧化还原峰，峰电流随扫描速度的增加呈增加趋势，并且与扫描速度成正比，配合物在电极上的反应主要由吸附过程控制。配合物的吸收峰强度随着DNA的加入减色显著，氧化还原峰电流也随之减小，式量电位发生正移； DNA的相对比粘度随配合物的加入而增大。结果表明配合物与DNA通过嵌插方式发生作用。