專利名稱：多酚氧化酶模型化合物制備和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及多酚氧化酶模型化合物的制備和作為衣藥、醫藥、獸藥以及污水處理劑的應用，屬于生物無機化學仿生技術領域。
背景技術：
多酚氧化酶(Polyphenol oxidase，PPO)廣泛存在于人、動、植物和真菌體內，是催化毛發、皮膚、外表皮、外殼著色以及神經遞質、激素和植物木質素產生的關鍵性酶。生物受到高溫、寒冷、干旱、水漬、鹽漬等逆境脅迫，病原微生物入侵或機械損傷時，多酚氧化酶會活化分子O2，利用酚類物質產生O2-·、H2O2和·OH等活性氧來殺傷和抵御外來入侵者，或者加強木質素合成，強固植物細胞壁，抵抗外來生物和非生物的脅迫。因此提高多酚氧化酶的水平能增強作物抗逆性，提高作物的產量和質量。
天然存在的多酚氧化酶主要有兩類含雙核銅的多酚氧化酶和非血紅素含單核鐵(II)、錳(II)的多酚氧化酶，如酪氨酸酶、兒茶酚酶(鄰苯二酚酶)和漆酶等。盡管這些多酚氧化酶中心金屬離子不同，但活性部位都是2-3個組氨酸(His)殘基和1-2個羧基(羥基或H2O)氧配位。它的生理功能是將酚氧化成醌或ω-氧酸，然后多聚成黑色素和木質素，抵御生物和非生物脅迫。
發明內容
本發明的目的是根據天然多酚氧化酶的活性部位結構提供一類氧化酶模型化合物的制備和應用。該模型化合物具有單酚羥化和多酚氧化的活性，同時活化分子氧，產生活性氧，殺死入侵的病原微生物；強固細胞壁，加強作物抗逆性，兼有農藥和肥料的作用。如用于處理造紙和含酚的廢水后混合使用，則既可解決環境污染，又可增加藥效和肥效。有的化合物能抗炎、抗癌、抗病毒等，可發展成醫藥、獸藥和化妝品、飼料添加劑。
達到本發明目的的多酚氧化酶模型化合物具有如下通式M2LXn·mSolv式中M代表Cu(I，II)、Fe(II，III)、Mn(II，III)或Co(II)；L代表N，N，N′，N′-四(2′-苯并咪唑甲基)-1，4-二乙氨基乙二醚(C38H40N10O2)；；X代表Cl-、NO3-、ClO4-、AC-、BF4-或BPh4-；Solv代表H2O、鹽酸、甲醇、乙醇、CH3CN或二甲基甲酰胺(DMF)；n＝2，4，6；0＜m≤6。
富含苯并咪唑的配體N，N，N′，N′-四(2′-苯并咪唑甲基)-1，4-二乙氨基乙二醚(EGTB)是以乙二醇為溶劑，按相應多元羧酸(EGTA)與鄰苯二胺以1∶4的摩爾比在140-220℃共熱縮合4-10小時，再經脫色、純化、重結晶得到的白色粉末或晶體，收率80-95％。分子式C38H40N10O2，元素分析合格。
1HNMR7.5(m，8H) 7.1(m，8H) 4.03(s，8H) 3.50(t，4H) 3.37(t，4H)；13CNMR153.064，121.813，69.843，68.998，53.263，52.822.
配體單晶為單斜晶系，β＝106.217(4′)°，P2(1)/C空間群，晶胞體積為2424.1(9)3，每個晶胞含2個分子。對于I＞2σ(I)，R1＝0.0680，WR2＝0.1766，對所有數據R1＝0.0971，WR2＝0.1929。
分子內和分子間含有豐富的氫鍵，這對生物氧化還原、質子傳遞，意義重大。
上述通式的模型化合物的制備方法是將配體EGTB溶于甲醇、乙醇或乙二醇中，按配體與金屬鹽摩爾比＝1∶2加入金屬鹽，在20-80℃反應生成沉淀，然后進行過濾，洗滌，干燥，得到產品；用擴散法和自然蒸發結晶得到單晶，其中所述的金屬鹽為鹽酸鹽、硝酸鹽、高氯酸鹽、醋酸鹽。
本發明的多酚氧化酶模型化合物可作殺蟲劑、殺菌劑、植物生長調節劑有效成分和微量元素肥料，用作農作物抗災劑的有效成份。使作物提高對高溫、寒冷、干旱、水漬、鹽漬逆境脅迫的抗性，從而達到保產、保質的效果。
本發明的化合物在紫外區，特別是遠紫外區有多重吸收，可增強植物的光能的吸收和利用，提高光合效率。避免紫外輻射的傷害，可作化妝品添加劑。
本發明的化合物能氧化多酚，因此可作含酚廢水和造紙污水處理劑。處理后的廢水亦可作農藥和肥料。
本發明的化合物可作為抗癌、抗病毒、抗炎、抗潰瘍一類新醫藥、獸藥的有效成份和飼料添加劑。
具體實施例方式
實施例1Cu2(E6TB)(ClO4)2·2CH3CN的合成、性質和應用配體EGTB微熱溶于甲醇中，加入2倍于配體的[Cu(CH3CN)4]ClO4乙腈溶液，在氬氣體系中攪拌2h，從無色透明溶液中析出白色粉末。在惰性氣氛中過濾，洗滌，干燥白色沉淀，即為Cu2C42H46N12O10Cl2(M＝1076).該化合物性質如下元素分析％ 理論值C46.84，H4.28，N15.61，Cu11.80；實測值C47.01，H4.30，N15.80，Cu12.05。
摩爾電導Λm＝151S·cm2·mol-1.
紫外可見(UV-Vis)譜λmax/nm(εm/cm-1·M-1)273(28800)，278(26500).
紅外(IR)譜296(w，υCu-N)，424(w，υCu-O).
ESR無信號.
循環伏安(CV)Ea＝0.530V(Ia＝1.85μA)，Ec＝0.280V(Ic＝8.3μA)，極易氧化成Cu2(II)化合物.
催化鄰苯二酚氧化動力學常數40℃，pH＝8.20時，k＝0.0804min-1.
應用抗炎、抗潰瘍、抗癌(HL-60，HCT-8，人鼻咽癌KB，胃癌BGC-823，人紅白血病K-562等)。
實施例2Cu2(EGTB)Cl2·4HCl·H2O的合成、性質和應用在惰性氣氛保護的系統中，配體EGTB微熱溶于含HCl的乙醇中，加入H2[CuCl4]，反應2小時后，過濾，用含HCl的乙醇洗滌，干燥得到淡黃色粉末，即Cu2C38H46N10Cl6O3(M＝1030).該化合物性質如下元素分析％ 理論值C44.27，H4.47，N13.59，Cu12.33；實測值C44.75，H4.84，N13.42，Cu12.42。
摩爾電導Λm＝146.0S·cm2·mol-1.
紫外可見(UV-Vis)譜λmax/nm(εm/cm-1·M-1)270(28780)，279(26460).
通入O20.5h后，λmax＝305(2490)，436(473)，750(120).說明能氧合，活化分子氧。
紅外(IR)譜286(w，υCu-N)，422(w，υCu-O).
ESR無信號。
循環伏安(CV)Ea＝0.780V(Ia＝59μA)，Ec＝0.540V(Ic＝57μA).
催化鄰苯二酚氧化動力學常數40℃，pH＝8.20時，k＝0.1458min-1.
應用抗炎、抗潰瘍、抗癌(Bel-7402，HCT-8，人鼻咽癌KB，HL-60等)。
實施例3Cu2(EGTB)(BF4)2·2HCl·3H2O的合成、性質和應用合成方法和實施例2相似，只是加入NaBF4促使析出的Cu2(I)絡合物更穩定。過濾得到淡黃色沉淀，再用用含HCl的乙醇洗滌，干燥得到淡黃色粉末，即Cu2C38H48N10Cl2O5B2F8(M＝1096).該化合物性質如下元素分析％ 理論值C41.60，H4.38，N12.77，Cu11.59；實測值C41.63，H4.53，N12.42，Cu11.80。
摩爾電導Λm＝151S·cm2·mol-1.
紫外可見(UV-Vis)譜λmax/nm(εm/cm-1·M-1)271(25520)，279(22590).
通入O20.5h后，λmax＝305(13098)，436(240)，755(110).說明能氧合，活化分子氧。
紅外(IR)譜286(w，υCu-N)，420(w，υCu-O).
循環伏安(CV)Ea＝0.76V(Ia＝59μA)，Ec＝0.52V(Ic＝56μA).
催化鄰苯二酚氧化動力學常數40℃，pH＝8.20時，k＝0.1371min-1.
應用抗炎、抗潰瘍、抗癌(Bel-7402，人紅白血病K-562，卵巢癌A-2780等)。
實施例4Fe2(EGTB)Cl4·4HCl·2H2O的合成、性質和應用合成方法和實施例2的相似，在惰性氣氛中使配體EGTB與FeCl2·4H2O在含HCl的乙醇溶液中反應0.5h，過濾，真空干燥得到白色粉末，即Fe2C38H48N10Cl8O4(M＝1103.7).該化合物性質如下元素分析％ 理論值C41.32，H4.35，N12.68，Cu10.12；實測值C41.14，H4.44，N12.35，Cu10.50。
摩爾電導Λm＝149S·cm2·mol-1.
ESRg1＝17.43，g2＝2.0994，g3＝1.73.
紫外可見(UV-Vis)譜λmax/nm(εm/cm-1·M-1)271(24360).
通入O20.5h后，出現λmax＝314(4140)和363(3930)兩峰。三峰都隨通氧時間略增高。
紅外(IR)譜279(w，υCu-N)，352(w，υCu-Cl).
循環伏安(CV)Ea＝0.217，0.369V(Ia＝5.755，5.867μA)；Ec＝0.140，0.292V(Ic＝37.75，5.755μA)。
催化鄰苯二酚氧化動力學常數40℃，pH＝8.20時，k＝0.1471min-1.
應用抗腫瘤(Bel-7402，HCT-8，人鼻咽癌KB等)。
實施例5[Fe2(EGTB)(μ-0)(μ-Suc2-)](ClO4)2·2H2O的合成、性質和應用在乙醇中按摩爾比1∶2∶1加入配體EGTB和Fe(ClO4)3·6H2O以及丁二酸鈉鹽(Succinate，Suc.丁二酸鈉鹽由丁二酸與NaOH反應得到)，反應5-6h，過濾，靜置濾液，得到藍綠色晶體，即Fe2C42H48N10Cl2O17(M＝1146.7).該化合物性質如下元素分析％ 理論值C43.86，H4.178，N12.19實測值C43.93，H4.978，N12.19摩爾電導Λm＝102.74S·cm2·mol-1.
ESRg＝4.8，2.1，2.008，1.95，1.70.
紫外可見(UV-Vis)譜λmax/nm(εm/cm-1·M-1)275.0(35946)，281.8(32551)，318.2(346)，367.8(462)，637(448).
紅外(IR)譜-COO-1557(s，υas)，1384(vsυs)；ClO4-1090(vs)，626(s)；286(w，υFe-N)，426(w，υFe-O).
以鄰苯二酚和鄰苯三酚為底物，30℃，pH＝8.01時，k325＝2.45×10-2min-1，k489＝2.36×10-2min-1；kpyr＝1.95×10-2min-1
應用抗腫瘤(Bei-7402，HCT-8，人鼻咽癌KB等)。
實施例6[Cu2(EGTB)(μ-OH)(μ-iNA)](ClO4)2·2H2O的合成、性質和應用在無水乙醇中按摩爾比1∶2∶1加入配體EGTB，Cu(ClO4)2·6H2O和異煙酸鈉(等摩爾異煙酸和NaOH混合溶液)，反應2h，過濾，洗滌，干燥得到藍色粉末，即Cu2C44H49N11Cl2O15(M＝1169).該化合物性質如下元素分析％ 理論值C40.71，H3.78，N11.87實測值C41.56，H3.91，N11.87摩爾電導Λm＝166S·cm2·mol-1.
ESRg‖＝2.335，A‖＝19.45mT；g＝2.047.
紫外可見(UV-Vis)譜λmax/nm(εm/cm-1·M-1)273(21750)，306(4272)，356(2008).
紅外(IR)譜-COO-υas1552(m)，υs1384(vs)；254，285(w，υCu-N)；428(w，υCu-O).
催化鄰苯二酚氧化動力學常數40℃，pH＝8.20時，k＝8.49×10-2min-1.
應用抗腫瘤(Bel-7402，HCT-8，人鼻咽癌KB，HL-60等)。
實施例7[Mn2(EGTB)(Ac)2](BPh4)2·3H2O的合成、性質和應用在甲醇中按摩爾比1∶2∶2依次加入EGTB，Mn(AC)2·4H2O和NaBPh4，室溫攪拌6h，過濾，洗滌，真空干燥得白色粉末，即Mn2C66H72N10B2O5(M＝1587.4).該化合物性質如下元素分析％ 理論值C68.02，H5.83，N8.81，Mn6.91實測值C67.83，H5.83，N9.08 Mn6.84摩爾電導Λm＝131S·cm2·mol-1.
ESRgi＝2.0101，A‖＝9.4mT.
紫外可見(UV-Vis)譜λmax/nm(εm/cm-1·M-1)274(3770).
紅外(IR)譜282(w，υMn-N)，433(w，υMn-O).
催化鄰苯二酚氧化動力學常數40℃，pH＝8.20時，k＝7.97×10-2min-1.
應用抗炎、抗潰瘍、抗病毒等。
實施例8[Mn2III(EGTB)(μ-O)(AC)2](BF4)2·4H2O的合成、性質和應用在50mL冰醋酸中加入8mmolMn(AC)2·4H2O和4mmolKMnO4，加熱攪拌1h，冷卻至室溫，濾去少許黑色不溶物，再加入4mmol配體EGTB的甲醇溶液和8mmolNaBF4，反應5-6h，過濾棄去濾渣，靜置濾液，析出微黃色晶體，即Mn2C42H52N10B2O11F8(M＝1157.2).該化合物性質如下元素分析％ 理論值C43.55，H4.70，N12.09，Mn9.50
實測值C44.37，H5.10，N12.12 Mn10.0摩爾電導Λm＝187S·cm2·mol-1.
ESRgi＝2.0030，A‖＝9.7mT.
紫外可見(UV-Vis)譜λmax/nm(εm/cm-1·M-1)277(1920000)，368(148000).
紅外(IR)譜279(w，υMn-N)，434(s，υMn-O).
催化鄰苯二酚氧化動力學常數40℃，pH＝8.20時，k＝0.1561min-1.
應用抗炎、抗潰瘍、抗病毒等。
實施例9[MnIII(EGTB)]Cl3·4CH3OH·H2O的合成、性質和應用在乙醇中按摩爾比1∶1加入MnCl2·4H2O和配體EGTB，攪拌0.5h，得到白色沉淀，再加入NaIO4-HCl的乙醇溶液，反應溶液變成橙黃色。反應5h后用三乙胺調至pH 4-5.過濾，濾液靜置3周，得到淡黃色的晶體，即MnC42H58N10O7Cl3(M＝957.3).該化合物性質如下元素分析％ 理論值C51.66，H5.95，N14.35實測值C51.13，H5.96，N14.37摩爾電導Λm＝51S·cm2·mol-1.
紫外可見(UV-Vis)譜λmax/nm(εm/cm-1·M-1)283(15000).
循環伏安(CV)Ea＝1.230V(Ia＝40μA)，Ec＝0.975V(Ic＝10μA).
催化鄰苯二酚氧化動力學常數40℃，pH＝8.20時，k＝0.1968min-1.
應用抗癌、抗炎、抗潰瘍、抗病毒等。
實施例10[Mn2(EGTB)(H2O)2(μ-OH)](ClO4)3·0.5C2H6O的合成、性質和應用在乙醇中按摩爾比2∶1加入Mn(ClO4)2·6H2O和配體EGTB，反應2h，過濾，濾液靜置數日，析出白色針狀晶體，即Mn2C39H48N10O17.5Cl3(M＝1152).該化合物性質如下元素分析％ 理論值C42.78，H4.00，N12.17實測值C42.81，H4.23，N12.32摩爾電導Λm＝238S·cm2·mol-1.
紫外可見(UV-Vis)譜λmax/nm(εm/cm-1·M-1)287(15700).
ESRgi＝2.054，A‖＝8.5mT.
催化鄰苯二酚氧化動力學常數40℃，pH＝8.2時，k＝0.1418min-1.
應用抗癌、抗炎、抗潰瘍、抗病毒等。
實施例11[Cu2(EGTB)(NO3)2(DMF)2](NO3)2·2DMF的合成、性質和應用在乙醇中按摩爾比2∶1加入Cu(NO3)·2H2O和配體EGTB，馬上有藍色沉淀生成。將溫度控制在60℃左右反應6h，過濾，得到藍色的粉末。用乙醚洗滌粉末，干燥后，再將其溶于DMF中，以乙醚作為擴散劑，在2周后可得到方形的藍色晶體，即Cu2C50H68N18O18(M＝1336.30).該化合物單晶為三斜晶系，P1空間群，晶胞體積為1565.1(9)3，每個晶胞含2個分子。對于I＞2σ(I)，R1＝0.0768，wR2＝0.1186；對所有數據R1＝0.2153，wR2＝0.1946。該化合物性質如下元素分析％ 理論值C44.94，H5.09，N18.88實測值C44.95，H4.80，N18.92紫外可見(UV-Vis)譜λmax/nm(εm/cm-1·M-1)278(12490)，271.5(11680).
紅外(IR)譜286(w，υCu-N)，435(w，υCu-O).
ESRg‖＝2.282，A‖＝14.4mT；g⊥＝2.086，A⊥＝5.6mT.
循環伏安(CV)Ea＝0.050V(Ia＝7.463μA)，Ec＝0.117V(Ic＝10.86μA).
催化鄰苯二酚和鄰苯三酚氧化動力學常數40℃，pH＝8.0時，kcat＝1.865×10-2min-1；15℃，pH＝8.0時kpyr＝3.27min-1.
應用增強農作物抗旱、抗寒、抗漬、抗早衰等能力。
實施例12Co2(EGTB)(NO3)2(DMF)2](NO3)2·2DMF的合成、性質和應用在DMF中按摩爾比2∶1加入Co(NO3)·6H2O和配體EGTB，將溫度控制在60℃左右反應6h，過濾，得到深紅色的溶液，以乙醚作為擴散劑，在2周后可得到方形的深紅色晶體。即Co2C50H68N18O18(M＝1327.08).該化合物單晶為三斜晶系，P-1空間群，晶胞體積為1547.9(3)3，每個晶胞含2個分子。對于I＞2σ(I)，R1＝0.0560，wR2＝0.1412；對所有數據R1＝0.0811，wR2＝0.1628。該化合物性質如下元素分析％ 理論值C45.21，H5.12，N18.99實測值C44.93，H5.10，N19.16紫外可見(UV-Vis)譜λmax/nm(εm/cm-1·M-1)271(11780)，278(12500).
紅外(IR)譜285(w，υCo-N)，436(w，υCo-O).
ESRg‖＝2.0593，A‖＝9.1mT.
循環伏安(CV)Ea＝0.050V(Ia＝7.463μA)，Ec＝0.117V(Ic＝10.86μA).
催化鄰苯二酚氧化動力學常數40℃，pH＝8.0時，kcat＝0.1389min-1.
應用抗炎、抗潰瘍、抗病毒等。
權利要求
1.一類多酚氧化酶模型化合物，其特征是具有如下通式表示的化學式M2LXn·mSolv式中，M代表Cu(I，II)、Fe(II，III)、Mn(II，III)或Co(II)；L代表N，N，N′，N′-四(2′-苯并咪唑甲基)-1，4-二乙氨基乙二醚；X代表Cl-、NO3-、ClO4-、AC-、BF4-或BPh4-；Solv代表H2O、鹽酸、甲醇、乙醇、CH3CN或二甲基甲酰胺；n＝2，4，6；0＜m≤6。
2.如權利要求1所述的多酚氧化酶模型化合物，其特征是配體N，N，N′，N′-四(2′-苯并咪唑甲基)-1，4-二乙氨基乙二醚，它是以乙二醇為溶劑，按相應多元氨羧酸與鄰苯二胺以1∶4的摩爾比在140-220℃共熱縮合4-10小時，再經脫色、純化、重結晶得到的白色粉末或晶體。
3.權利要求1所述的多酚氧化酶模型化合物的制備方法，其特征是將配體溶于甲醇、乙醇或乙二醇中，按配體與金屬鹽摩爾比＝1∶2加入金屬鹽，在20-80℃反應生成沉淀，然后進行過濾，洗滌，干燥，得到產品；用擴散法或自然蒸發結晶得到單晶，其中所述的金屬鹽為金屬的鹽酸鹽、硝酸鹽、高氯酸鹽或醋酸鹽。
4.權利要求1所述的多酚氧化酶模型化合物的應用，其特征是用作農作物殺蟲劑的有效成份。
5.權利要求1所述的多酚氧化酶模型化合物的應用，其特征是用作農作物殺菌劑的有效成份。
6.權利要求1所述的多酚氧化酶模型化合物的應用，其特征是用作農作物抗災劑的有效成份。
7.權利要求1所述的多酚氧化酶模型化合物的應用，其特征是用作含酚廢水處理劑，。
8.權利要求1所述的多酚氧化酶模型化合物的應用，其特征是用作造紙污水處理劑。
9.權利要求1所述的多酚氧化酶模型化合物的應用，其特征是用作抗炎、抗癌及抗病毒醫藥的有效成份。
10.權利要求1所述的多酚氧化酶模型化合物的應用，其特征是用作抗炎、抗癌、抗病毒獸藥的有效成份。
11.權利要求1所述的多酚氧化酶模型化合物的應用，其特征是用作化妝品的添加劑。
12.權利要求1所述的多酚氧化酶模型化合物的應用，其特征是用作飼料添加劑。
全文摘要
本發明涉及含銅(I，II)、鐵(II，III)、錳(II，III)多酚氧化酶模型化合物的制備和應用。這些模型化合物低濃度可清除活性氧，高濃度產生活性氧自由基，氧化多酚成醌和小分子醛、酮、ω－氧酸及其多聚體，強固植物細胞壁，增強植物抗蟲、抗菌、抗病原微生物作用，如用于處理含酚廢水和造紙污水后混合使用，則既可解決環境污染，又可增加藥效和肥效，則效果更好。有的化合物具有抗炎、抗癌、抗病毒作用，可發展成醫藥和獸藥，或作化妝品、飼料添加劑。
文檔編號C07F15/02GK1749258SQ200510019120
公開日2006年3月22日 申請日期2005年7月19日 優先權日2005年7月19日
發明者廖展如, 張勇, 邱江華, 孟祥高, 陳戰芬 申請人:華中師范大學