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稀土金属钇与吡啶类配合物的合成、表征及抗菌活性

蔡梦军  
【摘要】: 在超分子化学中,分子自组装已成为了其研究的重要组成部分。通过配位键和氢键等弱的相互作用,不同分子或离子之间可形成一维至多维具有新颖独特性能的超分子配合物,从而为合成特殊功能的材料提供了新途径。本文以稀土金属钇离子(Y3+)为中心金属离子,以吡啶类衍生物为配体,首次合成了系列含有稀土金属钇与吡啶类的配合物,并对这些配合物的结构、热性能和抗革兰氏阴性细菌大肠杆菌(B. coli)和革兰氏阳性细菌金黄色葡萄球菌(S. aureus)的活性进行了探讨。研究内容分别如下: 以吡啶-2,6-二甲酸(pydcH2)为配体,在水溶液中不同的pH值条件下,通过其与硝酸钇(Y(NO3)3)的反应,合成了4种含有稀土金属钇的配合物Na3Y(pydc)3·12H2O、Y2(pydc)(OH)4-3H2O、Y2(pydc)3·9H2O、Y(pydcH)3-2H2O,并培养出了配合物Na3Y(pydc)3·12H2O的单晶。X-射线单晶衍射表明配合物Na3Y(pydc)3·12H2O属单斜晶系,空间群为P21/c,三个吡啶-2,6-二甲酸配体均以双阴离子(pydc2-)形式各提供两个O原子和一个N原子与中心金属Y3+离子配位,配位数为9。该单晶配合物的合成与结构确证为后续进一步研究金属钇离子与吡啶类配合物的合成和结构表征方法奠定了基础。 在含有吡啶的水溶液中,通过Y(NO3)3与pydcH2的反应合成了4种含吡啶-2,6-二甲酸和吡啶(py)配体的稀土金属钇的配合物Y2(py)(pydc)3-4H2O、Y2(py)2(pydc)3·2H2O、Y(pyH)(pydc)2-H2O、Y(pyH)3(pydc)3·4H2O、采用元素分析、’红外光谱、核磁共振和热分析等方法对这些稀土金属配合物的结构和热性能进行了表征与测试,并考察了其抗菌活性。结果显示上述4种稀土金属配合物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性大小为Y2(py)(pydc)3-4H2O、Y2(py)2(pydc)3-2H2O Y(pyH)(pydc)2-H2O、Y(pyH)3(pydc)3-4H2O。 为了提高稀土金属配合物的抗菌活性,选择1,10-邻菲啰啉(phen)配体在乙醇溶液中与Y(NO3)3进行反应,得到稀土金属配合物Y(phen)2(NO3)3。采用营养肉汤稀释法测定了该配合物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度(MIC)。研究获得配合物Y(phen)2(NO3)3对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度分别为40 mg·L-1和100mg·L-1,可用于抗菌剂。 为进一步考察含有phen配体的配合物的抗菌作用,采用加热回流法合成了质子转移化合物(phenH+)2(pydc2-),再通过Y(NO3)3与(phenH+)2(pydc2-)的反应合成了含有氢键的稀土金属配合物Y2(phenH)2(pydc)3(NO3)2·6H2O;然后采用培养基扩散法分别考察了(phenH+)2(pydc2-)和Y2(phenH)2(pydc)3(NO3)2·6H2O的抗菌活性,结果显示质子转移化合物(phenH+)2(pydc2-)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为26 mm和19 mm,而氢键型稀土金属配合物Y2(phenH)2(pydc)3(NO3)2·6H2O对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为28mm和21mm。两者均可用于抗菌剂。 本文同时研究了金属钇与其它吡啶类氢键型金属配合物的合成方法及抗菌活性。首次采用超声法合成了以pydcH2和2,6-二氨基吡啶(pyda)为配体的质子转移化合物(pydaH2)2+(pydc2-),对影响其产率的主要因素进行了探讨;通过产物结构分析和表征显示,采用超声法能够成功合成该质子转移化合物。然后通过Y(NO3)3与(pydaH2)2+(pydc2-)在水溶液中的反应合成了氢键型稀土金属配合物(pydaH2)Y2(pydc)4·10H2O。分别对(pydaH2)2+(pydc2-)和(pydaH2)Y2(pydc)4·10H2O的热性能和抗菌活性进行了测试,结果表明质子转移化合物(pydaH2)2+(pydc2-)的热稳定性虽然优于稀土金属配合物(pydaH2)Y2(pydc)4-10H2O,但两者的抗菌活性相当,属于弱型抗菌剂。 由对几种稀土金属钇与吡啶类配合物的合成、表征和抗菌活性研究,获得主要结果:(a)稀土金属Y3+离子与配体的摩尔比例、配体种类、溶剂种类和pH值等是影响稀土金属配合物结构和性质的主要因素;(b)有机配体的抗菌活性大小对稀土金属配合物的抗菌活性有决定性的影响,稀土金属Y3+离子对配体具有协同抗菌作用;(c)质子转移化合物(phenH+)2(pydc2-)和稀土金属配合物Y(phen)2(NO3)3.Y2(phenH)2(pydc)3(NO3)2-6H2O均可用作抗菌剂。


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