基本信息
- 项目名称：
- 具有不同拓扑构型的多维有机－金属框架的构筑
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 利用常规溶液法或溶剂热法，在配位和超分子作用的协同指导下，含苯并咪唑基、吡啶基与水杨醛基的有机配体与Zn2+、Cd2+、Ag+、Co2+等反应得到一系列具有各种拓扑构型、不同维数的有机－金属配合物，并进行组成与结构表征。对这些金属配合物的光谱数据和单晶结构分析发现，目标配合物所具有的拓扑构型不仅取决于中心金属离子的配位几何，而且在很大程度上受制于阴离子、溶剂分子及有机配体的构象类型等。 与锌、镉离子配位所得的配合物是以配体为基础的发光，但荧光强度、寿命与产率都显著增强(大)，显示这类配合物可以作为光学活性材料。而其银配合物的抗菌活性测试结果表明该银配合物有可能成为防治外科伤口感染、人工血管材料感染的新型抗菌剂，能够满足人工血管抗菌性涂层修饰，具有预期的医学临床治疗及应用价值。 构效关系研究表明：随着配合物维数的升高、协同作用力的增强，刚性愈来愈大，尽管发光的位置变化不大，但发光强度却逐渐增强。另一方面，由于配合物中配位螯合效应的存在、螯合环中原子轨道重叠程度的增加，大键离域程度加大，中心金属离子极性降低，从而增加了亲油性，最终提高了金属配合物的抗菌活性。
- 详细介绍：
- 利用常规溶液法或溶剂热法，在配位键和超分子作用的协同指导下，含苯并咪唑基、吡啶基与水杨醛基的有机配体(L)与Zn2+、Ag+ 、Co2+等反应得到一系列具有不同拓扑构型的、不同维数的金属配合物，并进行了一系列的组成与结构表征。在对这些光谱数据和单晶结构分析的基础上发现，目标配合物所具有的螺旋特征不仅取决于中心金属离子的配位几何，而且在很大程度上受制于阴离子及半刚性有机配体的构象类型。在这里阴离子的性质主要包括对金属离子配位能力的大小、形成氢键能力的强弱以及空间位阻的大小等。而半刚性有机配体L的构像主要有三种形式：cis-, cis-; cis-, trans-; 以及trans-, trans-。正因为这些不同影响因素的协同作用，导致了具有不同螺旋结构特征、不同维数的金属配合物的构筑。而含不对席夫碱、吡啶羧酸有机配体的金属配合物在构筑过程中，阴离子、温度等因素也严重影响了不同拓扑构型、不同维数的金属配合物的组装。 与金属锌配位所得的锌配合物是以配体为基础的发光，但荧光强度、荧光寿命与荧光产率都显著增强(大)，显示这类配合物可以作为光学活性材料加以开发利用。而其银配合物的抗菌活性测试结果表明该银配合物有可能成为防治外科伤口感染、人工（血管）材料感染的新型抗菌剂，能够满足人工血管抗菌性涂层修饰，具有预期的医学临床治疗及应用价值。 构效关系研究表明：随着配合物维数的升高、协同作用力的增强，刚性愈来愈大，尽管发光的位置变化不大，但发光强度却逐渐增强。另一方面，由于配合物中配位螯合效应的存在、螯合环中原子轨道重叠程度的增加，大键的离域程度加大，中心金属离子的极性降低，从而增加了亲油性，最终提高了金属配合物的抗菌活性。与金属锌配位所得的锌配合物是以配体为基础的发光，但荧光强度、荧光寿命与荧光产率都显著增强(大)，显示这类配合物可以作为光学活性材料加以开发利用。而其银配合物的抗菌活性测试结果表明该银配合物有可能成为防治外科伤口感染、人工（血管）材料感染的新型抗菌剂，能够满足人工血管抗菌性涂层修饰，具有预期的医学临床治疗及应用价值。（研究思路见图1）
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 具有不同拓扑构型的金属配合物，特别是具有螺旋结构特征的配合物及其配位化学的研究不仅具有较大的理论意义且还具有较好的应用前景。在这一学术思想指导下，选取含苯并咪唑基、吡啶基与水杨醛基类有机配体和过渡金属离子进行组装，得到一系列金属配合物。基于组成与结构被表征的基础上，进行了荧光性能和抗菌活性的研究，为进一步研究和开发这类金属配合物先进的物理化学性能和生物活性提供很好的研究模型和有用的参考信息。
科学性、先进性及独特之处
- 作品的研究范畴属于功能配合物化学，设计合成上充分体现金属配合物化学的功能性与实用性，从而具有一定的理论意义和实际应用价值。而表征与研究方法紧跟本领域时代潮流，体现了先进性。对于螺旋配合物的构筑，有机配体的选取充分考虑到其本身的刚柔性，使科学性与合理性得到较好的结合。一些罕见螺旋结构的构筑为利用生物工程手段的研究和应用，特别是为DNA重组技术开辟了广阔的前景，也较好地体现了本作品的独特之处。
应用价值和现实意义
- 配体具有很好的荧光性能，与金属配位以后一般以配体为基础发光，荧光强度、寿命、产率都增大，因此配合物可作为光学材料。 银配合物抗菌活性测试表明最低抑菌浓度为500 mg/L对表皮葡萄球菌抑菌效果显著，提示该配合物有可能成为新型抗菌剂，具有预期医学临床治疗及应用价值。 螺旋结构的构筑及化学的研究为人类最终全面揭开生命奥秘提供理论指导和技术支持。
学术论文摘要
- 利用常规溶液法或溶剂热法，在配位和超分子作用的协同指导下，含苯并咪唑基、吡啶基与水杨醛基的有机配体与Zn2+、Cd2+、Ag+、Co2+等反应得到一系列具有各种拓扑构型、不同维数的有机－金属配合物，并进行组成与结构表征。对这些金属配合物的光谱数据和单晶结构分析发现，目标配合物所具有的拓扑构型不仅取决于中心金属离子的配位几何，而且在很大程度上受制于阴离子、溶剂分子及有机配体的构象类型等。 与锌、镉离子配位所得的配合物是以配体为基础的发光，但荧光强度、寿命与产率都显著增强(大)，显示这类配合物可以作为光学活性材料。而其银配合物的抗菌活性测试结果表明该银配合物有可能成为防治外科伤口感染、人工血管材料感染的新型抗菌剂，能够满足人工血管抗菌性涂层修饰，具有预期的医学临床治疗及应用价值。 构效关系研究表明：随着配合物维数的升高、协同作用力的增强，刚性愈来愈大，尽管发光的位置变化不大，但发光强度却逐渐增强。另一方面，由于配合物中配位螯合效应的存在、螯合环中原子轨道重叠程度的增加，大键离域程度加大，中心金属离子极性降低，从而增加了亲油性，最终提高了金属配合物的抗菌活性。
获奖情况
- 一、五篇国外发表的论文： 1.《普通与无机化学》, 2009, 635, 567（影响因子：1.260，附件一） 2.《过渡金属化学》2009, 34, 115. （影响因子：0.838，附件二） 3.《配为化学杂志》2009, 正在出版，目前网上可见到全文 （影响因子：0.867，附件三） 4.《晶体生长与设计》 2009, Vol. 9, No. 3, 1605. （影响因子：4.046，附件四） 5.《晶体生长与设计》2009, 已经被录用，正在出版。（影响因子：4.046，附件五）。 另外，以本研究组成员为作者又已投稿三篇，目前在审稿之中。 二、同时本项目组获得了第十届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛特等奖
鉴定结果
- 所有新合成配合物的组成、产率、元素分析、红外光谱、质谱结果数据以及晶体结构谱图请见文章中，以及五张图片中。
参考文献
- 1. 熊卫民，王克迪，《合成一个蛋白质--结晶牛胰岛素的人工全合成》, 山东教育出版社, 2005年 2. S. C. Ha, K. Lowenhaupt, A. Rich, Y. G. Kim, K. K. Kim, Nature, 2005, 437, 1183 3. P. X. Gao, Y. Ding, W. Mai, W. L. Hughes, C. S. Lao, Z. L. Wang, Science, 2005, 309, 1700 4. T. Nakano, Y. Okamoto, Chem. Rev., 2001, 101, 4013
同类课题研究水平概述
- 由于螺旋结构的重要意义和广泛的应用价值，近年来国内外对它的研究可谓如火如荼，取得的成果如雨后春笋般出现,一个又一个生命的奥秘从分子角度得到了更清晰的阐明，从而使DNA重组技术更是为利用生物工程手段的研究和应用开辟了广阔的前景，在人类最终全面揭开生命奥秘的进程中, 螺旋结构化学已经并将更进一步地为之提供理论指导和技术支持。 尽管已设计和报道的有机－金属配合物的螺旋结构或具有螺旋特征的结构各种各样，如分立的、连续的螺旋结构，一维、二维和三维的(Scheme 1)，单股、双股或多股螺旋的，单螺旋、双螺旋或多螺旋的(Scheme 2)；刺激响应型的螺旋结构，光学活性型的，仿生螺旋手性衍生物；通过配位键、共价健、氢键或他们的协同作用组装而成的螺旋结构等等，但通过仔细分析、比较我们发现，单股单螺旋结构、由配位键和/或氢键协同作用构筑的、具有不同螺旋特征的高维框架结构、不同手性的螺旋在通过手性诱导自分辨、螺旋结构或具有螺旋特征的结构的可控合成以及独特性能的研究却涉及得不多。 另一方面，基于含N, O, S等杂原子的不对称席夫碱配体的配位化学的报道还不多，有关他们的功能特性（如发光、抗菌活性等）的研究到目前为止还不够深入和系统。而在已经的报道的研究中，很多席夫碱及其金属配合物都具有较好的荧光性能和一定的抗菌活性。 正因为如此，本课题拟选用系列含不同的氮、氧原子且具有不同刚柔性的有机配体在水热或溶剂热条件下，通过改变外界条件如温度、酸碱度、阴阳离子等来调控组装得到具有不同螺旋特征的、有着不同维数的有机－金属配位聚合物，同时探求在不同的外界刺激条件下，不同螺旋结构间的相互转化可能性与机制，并研究其荧光性能与抗菌活性，特别是作为金属离子的荧光探针，总结构效关系，从而实现结构可控、性能可调，有一定理论实际意义和应用前景。
