1、 I环丙沙星类 Cu.Mn.Zr 配合物的合成与表征及应用谭正德 易兵 黄赛金 龙有前 （湖南工程学院化学化工学院 411104）摘 要：本文以盐酸环丙沙星为原料提取环丙沙星，用环丙沙星与铜，锰，锆等金属离子配合。采用高压反应釜法与溶剂热法进行对比性实验，合成对应的配合物并培养相应的晶体，并对近 20 种细菌进行抑菌实验。实验结果表明：在PH1,116条件下，采用高压反应釜和溶剂热法，反应 8h,得到环丙沙星铜的配体单晶。在 PH1,115条件下，合成对应锰的配合物，在 PH12,110条件下，合成对应锆的配合物，采用溶剂挥发法得到相应的配体单晶。通过红外光谱分析、DSC-差示扫描量热仪、紫外
2、、荧光等对原料、配体和单晶进行表征，同时进行了大量的抑菌实验，抑菌性能优秀。关键词：环丙沙星 ；配体 ；表征；抑菌Ciprofloxacin metal ions (Cu、Mn、Zr)Synthesis and characterization of complex and application TAN zheng-de HUANG sai-jin YI bing LONG you-qian(College of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Institute of Engineering,Hu Nan Xiang Tan 411104
3、, Peoples Republic of China)Abstract : In this paper, take ciprofloxacin hydrochloride acid as the raw material through the reaction to extract pure ciprofloxacin. synthesizing ciprofloxacin with metal ions(copper, manganese, zirconium), using high-pressure reactor method and solvent thermal method
4、to comparative experiment, making corresponding complexes and developing the appropriate crystal. bacteriostatic test of almost 20 species of bacteria, The results show that: under the conditions of PH1,116 , using high-pressure reactor method and solvent thermal method , the reaction time 8h, got c
5、iprofloxacin ligand copper single crystal. under the conditions of PH1,115, got ciprofloxacin ligand manganese single crystal. under the conditions of PH12,110, got ciprofloxacin ligand zirconium single crystal. Using solvent evaporation method to get the corresponding ligand single crystal. These c
6、ompounds are investigated by Thermal analyses, Infrared Spectra and UV Spectra, Fluorescence Spectra, Differential IIScanning Calorimetry (DSC). The structures and the related properties of complexes are also discussed. At the same time, we did a large number of antibacterial experiments, getting ex
7、cellent antibacterial properties.Key words : Ciprofloxacin; Ligand; Characterization; Antibacterial11 前言喹诺酮类抗菌药 1具有抗菌谱广 2-4、活性高、毒性低，作用机制独特等特点，在临床上广泛应用于各种感染的治疗，是目前最为重要的抗菌素之一。第一代药物主要为萘啶酸(Nalidixic acid)和吡咯酸（Piromidic acid)，它们仅对大多数革兰氏阴性菌有抗菌作用，而对革兰氏阳性菌和绿脓杆菌几乎无活性。第二代喹诺酮类药物的代表是西诺沙星(Cinoxacin)和吡哌酸(Pipemidi
8、c aeid)。尽管它们也只对革兰氏阴性菌有抑制作用，但与第一代药物相比具有明显的抗菌活性 5.6。第三代诺酮类药物的代表有诺氟沙星(Norfloxacin)、依诺沙星(Enoxaein)、环丙沙星(Ciprofloxacin)和氧氟沙星(Ofloxacin)等。第三代喹诺酮类抗菌药抗菌谱广，除对革兰氏阴性菌有较强的抑菌作用，对革兰氏阳性菌也显示出较强的活性。但在药物作用机理、耐药性和进一步开发等方面的研究遇到了相当多的难题，基于金属离子在药物作用中的特殊地位和其重要的生物功能，从机理研究和无机药物研究的角度出发，合成以药物分子为配体的配合物或合成金属化合物，对于开发喹诺酮药物的应用和金属化合
9、物抗癌新药具有理论意义和实践意义 7。目前对喹诺酮金属配合物的研究主要集中于其结构的研究，对配合物的性质研究还不够全面和深入 8-11；研究对象也主要是萘啶酸、诺氟沙星、环丙沙星等，而对目前在临床上已被广泛应用的氧氟沙星和帕珠沙星的研究很少；对喹诺酮金属配合物的生物活性尤其是抗细菌抗肿瘤活性的研究尚还处在比较早期的阶段，缺乏系统的研究等。本课题正是针对这些问题做了一些研究工作：由于喹诺酮类药物在 pH 为 4 到 9 的范围内的溶解性较小，金属盐溶液与喹诺酮最后反应的产物大部分是沉淀，所以很难得到配合物单晶。环丙沙星为第三代喹诺酮类抗菌药物，具有广谱抗菌活性，已广泛应用于临床实践，治疗由革兰氏
10、阴性细菌和革兰氏阳性细菌感染而引起的疾病。喹诺酮过渡金属配合物的合成、结构及其物理化学性质已被广泛研究：其生物活性 12-15也有相关文件报道。但是这些研究主要集中于诺氟沙星、西诺沙星的金属配合物。到目前为止，对环丙沙星与过渡金属的配合物的报道文献依然不多，尽管对这些领域的研究还不够深入和系统，其进展也不明显，但对于这方面的研究趋势已初见端倪。对于此类前景良好的抗菌素而言，继续深入研究是理所当然，也是迫切需要的。在此我们报道标题配合物的合成及其晶体结构，目的在于研究环丙沙星同金属离子的配位方式以及获得体外活性测试的新材料及其新用途。2肺 炎 链 球 菌 （ gtreptococcuspneum
11、onias） ， 旧 称 肺 炎 双 球 菌 或 肺 炎 球 菌（ pneumococci） ， 为 革 兰 氏 阳 性 双 球 菌 ， 属 链 球 菌 的 一 种 。 肺 炎 链 球 菌 肺 炎 是 由 肺炎 链 球 菌 所 引 起 的 肺 实 质 性 炎 症 。 通 常 起 病 急 骤 ， 以 高 热 ， 寒 战 ， 咳 嗽 ， 血 痰 及 胸痛 为 特 征 。链 球 菌 (Streptococcus)是 化 脓 性 球 菌 的 另 一 类 常 见 的 细 菌 ， 广 泛 存 在 于 自 然界 和 人 及 动 物 粪 便 和 健 康 人 鼻 咽 部 ， 引 起 各 种 化 脓 性 炎 症
12、， 猩 红 热 ， 丹 毒 ， 新 生 儿败 血 症 ， 脑 膜 炎 ， 产 褥 热 以 及 链 球 菌 变 态 反 应 性 疾 病 等 。金黄色葡萄球菌 (Staphyloccocus aureus Rosenbach) 是人类的一种重要病原菌，隶属于葡萄球菌属（Staphylococcus） ，可引起多种严重感染。有“嗜肉菌“的别称。伤 寒 杆 菌 (Salmonella typhi)造 成 之 伤 寒 病 ， 常 称 “伤 寒 热 ”(typhoid fever)， 其 症 状 包 括 高 烧 ， 可 达 39至 40C(103至 104F)； 其 他 症 状 有 腹痛 、 严 重 腹
13、泻 、 头 痛 、 身 体 出 现 玫 瑰 色 斑 (rose spot)等 。 肠 道 出 血 或 穿 孔 是 其 最严 重 的 并 发 症 。 其 传 染 途 径 为 粪 口 途 径 ， 传 染 力 很 高 。大肠杆菌是人和许多动物肠道中最主要且数量最多的一种细菌,主要寄生在大肠内.它侵入人体一些部位时,可引起感染,如腹膜炎,胆囊炎,膀胱炎及腹泻等.人在感染大肠杆菌后的症状为胃痛,呕吐,腹泻和发热.感染可能是致命性的,尤其是对孩子及老人.大肠细菌(E. coli)为埃希氏菌属(Escherichia)代表菌.一般多不致病,为人和动物肠道中的常居菌,在一定条件下可引起肠道外感染.某些血清型菌
14、株的致病性强,引起腹泻,统称病致病大肠杆菌.链 球 菌 (Streptococcus)是 化 脓 性 球 菌 的 另 一 类 常 见 的 细 菌 ， 广 泛 存 在 于 自 然界 和 人 及 动 物 粪 便 和 健 康 人 鼻 咽 部 ， 引 起 各 种 化 脓 性 炎 症 ， 猩 红 热 ， 丹 毒 ， 新 生 儿败 血 症 ， 脑 膜 炎 ， 产 褥 热 以 及 链 球 菌 变 态 反 应 性 疾 病 等 。本文采用高压反应釜法及水热合成法附加溶液直接混合法，以环丙沙星为配体，选择与生理功能密切相关的铜、锰、锆等过渡金属离子合成了一系列配合物。通过红外光谱、荧光光谱、紫外-可见光谱、DSC
15、等方法和手段对配合物的配位化学，空间结构进行了表征，对配合物的物理化学性质进行了研究，最后进行抑菌实验，试验性能优秀。 3图 1：喹诺酮类药物分子结构的基本骨架Figure 1：The skeleton of quinolones诺氟沙星(Norfloxacin)、依诺沙星(Enoxaein)、环丙沙星(Ciprofloxacin)和氧氟沙星(Ofloxacin)的分子结构图如下：图 2：部分喹诺酮类药物的分子结构Figure 2：Part of the molecular structure of quinolones2.实验部分2.1 主要试剂与设备2.1.1 主要试剂：盐酸环丙沙星胶囊，
16、哈药集团制药总厂；乙酸，AR，汕头市西陇化工厂有限公司；二水合硫酸铜，AR，天津市科密欧化学试剂开发中心；4氧氯化锆，AR，天津市科密欧化学试剂开发中心；氯化锰，AR，天津市天一达化工有限公司；乙醇，AR，天津市大茂化学试剂厂；丙酮，AR，天津市富宇精细化工有限公司；盐酸，AR，衡阳市讯源化学试剂有限公司。2.1.2 主要设备： 集热式恒温加热磁力搅拌器，DF-101S，巩义市英峪予华仪器厂；高压反应釜，KF-20ml，西安太康生物科技有限公司；循环水式真空泵，SHZ-D(III)，巩义市予华仪器有限责任公司；真空干燥箱，DZF-250，郑州长城科工贸有限公司；荧光分光光度计，960MC，上海
17、精密科学仪器厂；傅里叶红外光谱仪，AVATAR370；美国尼高力；差热分析仪，DSC 200 F3；德国耐驰公司；紫外分光光度计，UV8100 ；上海嘉适科学仪器有限公司。2.2 实验步骤 2.2.1 环丙沙星的提取以盐酸环丙沙星为原料经过脱盐酸等反应步骤，提取出纯净的环丙沙星。图 3：环丙沙星制备Figure 3: Preparation of Ciprofloxacin将所买药品颗粒研磨后，称重得到 45.963g 盐酸环丙沙星置于 250ml 的烧杯中，在温度为 50 摄氏度的环境中，缓慢加入 1mol/L 的氨水至溶液成中性，搅拌 15 分钟，继而抽滤，取滤饼，置于真空干燥箱中干燥 6
18、 个小时，最后，将干燥后的环丙沙星产物研磨成粉末称得 M（环丙沙星）=46.27g，为下一步的合成反应做好准备。2.2.2 环丙沙星铜的合成准确称取 2.5g 环丙沙星于烧杯中，加入一定量盐酸（1mol/L） ，充分搅拌将环丙沙星溶解于盐酸中，控制 PH 为 1，加入 0.77g 二水合硫酸铜（分析纯） ，水浴 75 摄氏5度中加热搅拌半个小时左右，分两种方案操作：、将所得到溶液加入高压反应釜中，置于油浴锅中，控制反应温度在 115 摄氏度，经过八个小时的隔氧反应。然后关闭加热装置，待冷却至室温之后，放置一夜，第二天得到产物，产物经过水洗后放入真空干燥箱中干燥。得到所需晶体产物。将所得到的溶液
19、加入三口圆底烧瓶中，安装冷凝回流装置，同样控制温度在 115 摄氏度条件下反应八个小时，反应完毕后，冷却至室温，上层为白色絮状，抽滤后，产物经过水洗后放入真空干燥箱中干燥，得到所需产物。2.2.3 环丙沙星锆的合成准确称取 2.5g 环丙沙星于烧杯中，加入一定量氢氧化钠（1mol/L） ，充分搅拌将环丙沙星溶解于氢氧化钠中，控制 PH 为 12，加入 1.61g 氧氯化锆（分析纯） ，水浴 75摄氏度中加热搅拌半个小时，溶液此时呈白色糊状，将溶液置于 250ml 三口圆底烧瓶内，安装好回流装置，控制温度在 110 摄氏度条件下反应八到十个小时，反应完毕后，冷却至室温，上层为无色溶液，下层为白色
20、沉淀物；抽滤后，产物经过水洗后放入真空干燥箱中干燥，得到所需产物，最后将干燥后的产物研磨成粉末即可。2.2.4 环丙沙星锰的合成准确称取 2.5g 环丙沙星于烧杯中，加入一定量盐酸（1mol/L） ，充分搅拌将环丙沙星溶解于盐酸中，控制 PH 约为 1，加入 1.57g MnCL2，水浴 75 摄氏度中搅拌半个小时，此时混合溶液为乳白色，将溶液置于 250ml 三口圆底烧瓶内，安装好回流装置，控制温度在 115 摄氏度条件下反应八到十个小时（期间反应 20min 的时候溶液开始变黄） ，反应完毕后，冷却至室温，静止得到上层清液为无色澄清，下层为黄褐色乳液，抽滤后，滤渣经过水洗放入真空干燥箱中干
21、燥，得到所需产物，最后将干燥后的产物研磨成粉末即可。2.3 配合物的表征 2.3.1 IR 的检测分析将要检测的样品（原料及合成的配合物）与溴化钾按 1：100 的比例研磨混匀，压成片，在 AVATAR370 傅里叶红外光谱仪中检测，谱图见结果与讨论。2.3.2 DSC 的检测分析用电子天平称取将要检测的样品（原料及合成的配合物）0.0050g 左右，准确至0.0001g，进行制样，在 NETZSCH DSC 200 F3 分析仪中检测（保护气 N2、吹扫气N260ml/min、采样速率 200.00pts/min、升温速率 20.000K/min） ，谱图见结果与讨论。62.3.3 UV 的
22、检测分析将要检测的样品（原料及合成的配合物）在磷酸氢二钠（0.5mol/l） 、磷酸二氢钠(0.5mol/l)溶液中溶解，并加入乙酸助溶，定容至 50ml。在 UV8100 分析仪中检测，根据文献资料确定扫描范围为 200-400nm,谱图见结果与讨论。2.3.4 荧光的检测分析将待测的样品（原料及合成的配合物）在磷酸氢二钠（0.5mol/l） 、磷酸二氢钠(0.5mol/l)溶液中溶解，并加入乙酸助溶，定容至 50ml。在 960 荧光仪中检测，原料进行全波长的检测，根据其确定配合物扫描范围为 370-450nm。从中找出最大吸收波长，具体见结果与讨论。3 结果与讨论3.1 主要影响参数分析
23、3.1.1 pH 值与介质的分析通过实验过程中改变溶液不同的溶解介质，进行 pH 值的调整。其各项实验如下表:表 1：pH 值与介质的分析数据表 Table 1: data tables of pH value and medium pH 金属离子 介质（1mol/l） 结果说明10141114二水合硫酸铜二水合硫酸铜二水合硫酸铜氯化锰氯化锰氯化锰 氢氧化钠盐酸乙酸氢氧化钠盐酸乙酸原料溶解效果不好，产物较少原料溶解效果好，并且合成的产物较好原料溶解效果不好，且产物很少、性质有出入有部分原料没有溶解，产物较少原料溶解效果好，并且合成的产物较好有部分原料没有溶解，并且合成的产物较少12 氧氯化锆
24、氢氧化钠 原料溶解效果好，并且合成的产物较好14氧氯化锆氧氯化锆盐酸乙酸原料溶解效果不好，产物较少有部分原料没有溶解，并且合成的产物较少所以总结出合成条件铜、锰采用盐酸为介质，pH 值为 1；锆采用氢氧化钠为介质，7pH 值为 12。3.1.2 温度的影响表 2：水溶液法回流温度探索对照表Table2：Discover aqueous solution reflux temperature table温度（ ） 90 100 105 115环丙沙星铜环丙沙星锰环丙沙星锆无效无效无效效果不好、产品极少效果不好、产品极少效果不好、产品极少效果不好效果不好效果不好效果较好，产品较多效果较好，产品较多
25、效果较好，产品较多表 3:高压反应釜法温度探索对照表Table 3: Exploration of high pressure reactor method temperature control table温度（） 100 110 120环丙沙星铜环丙沙星锰环丙沙星锆效果不好、产品极少效果不好、产品极少效果不好、产品极少效果较好，产品较多效果较好，产品较多效果较好，产品较多效果不好、产品极少效果较好，产品较少效果较好，产品较少总结出水溶液法采用温度为 115，高压反应釜法温度控制在 110左右，试验证实：温度控制在 115最佳。3.2 红外谱图分析以下是环丙沙星、环丙沙星铜、环丙沙星锰、环丙
26、沙星铜红外谱图8804.12836.50891.32941.491041.281219.431268.42136.601396.401473.821507.341628.811724.952462.562718.462921.943403.920 2530 3540 4550 5560 6570 7580 8590 95100%T500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Wavenumbers (cm-1)图 4：环丙沙星红外谱图Figure 4: Infrared spectra of ciprofloxacin由上面的红外谱图可以看出：1628.81、1507.3
27、4 和 1473.82 cm-1 对应为苯环的CH2 的振动吸收峰。1721cm-1 处为羰基的伸缩振动峰。3403 cm-1 是 COOH 中 OH 的伸缩振动吸收峰，跟标准谱图相比，应该为聚合体状态，标准谱图是含 HCl 的水合物，没有聚合体形式。同时在 1396 和 941 cm-1 为 O-H 的弯曲振动吸收峰，740 cm-1 左右为二级胺的吸收峰。总的来说，和标准谱图是很相近的，说明为环丙沙星。5#509.89629.15707.3875.4808.19898.02947.0103.02181.821271.01 1303.011383.911482.411521.071580.291632.892837.153086.30385.9210 1520 2530 3540 4550 5560 6570 7580 8590 95%T500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Wavenumbers (cm-1)图 5：环丙沙星铜红外谱图Figure 5: Infrared spectra of ciprofloxacin copper环丙沙星铜：在 1700cm-1 处的峰消失，而 3400cm-1 处的峰没有消失，说明铜与羰基缔合，影响其吸收峰消失。
