第1卷 第1期

2006 年 8 月

73中国科技论文在线 SCIENCEPAPER ONLINE

钌(II)多吡啶配合物的合成、表征及其 与 DNA 作用研究

刘云军，梅文杰，王睿杰，简柳清，王 娜，曾宪栋 （广东药学院，广州 510240）

摘 要：本文设计合成了钌(II)多吡啶配合物[Ru(bpy)2(ipbh)]2+（bpy = 2,2'-联吡啶，ipbh = 3-1-氢-咪唑并[4,5-f]邻菲咯啉-1-苯基二恶烷）。采用元素分析，质谱和 1HNMR 对其进行表征。用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、

粘度测试和 DNA 熔点变化研究配合物与 DNA 作用，结果表明配合物与 DNA 之间通过插入作用结合。 关键词：钌(II)配合物；粘度测试；DNA 结合 中图分类号：O614.82＋1 文献标识码：A 文章编号：1673—7180(2006)01—0073—3

核酸是生物体的重要组成部分，它包含遗传信

息，并参与这些信息在细胞内的表达，从而促成代

谢过程并控制这一过程。由于核酸介入了生物的生

成，发育和繁殖等正常生命活动，它与致癌等生命

的异常情况密切相关。近年来，研究小分子过渡金

属化合物与 DNA 的相互作用已经成为生物无机化

学领域十分活跃的课题 [1], 其研究目的在于寻找

DNA 二级结构探针和 DNA 光断裂试剂[2,3]。研究表

明，小分子化合物与 DNA 的非共价结合有静电作

用、面式结合和插入结合三种作用机理。本文合成

了 一 个 新 颖 的 配 体 ipbh 及 其 配 合 物

[Ru(bpy)2(ipbh)](ClO4)2 (bpy = 2,2'-联吡啶，ipbh = 3-1-氢-咪唑并[4,5-f]邻菲咯啉-1-苯基二恶烷)，采用

元素分析，质谱和 NMR 对其进行表征。用电子吸收

光谱、荧光光谱、粘度测试和 DNA 熔点变化等手段

系统研究配合物与 DNA 作用机理，结果表明配合物

与 DNA 之间通过插入作用结合。配体和配合物的合

成见图 1。

1 实验部分 1.1 试剂和仪器

所用化学试剂均为分析纯，使用前未经进一步

纯化。小牛胸腺 DNA 购自华美公司，配合物用 5 mmol/L Tris-HCl，50 mmol/LNaCl(pH = 7.2) 缓冲溶

液配制。 LCQ 电喷雾质谱仪 (ESMS, Finnigan)，Foss

Heraeus CHN-O-Rapid 元 素 分 析 仪 ， Bruker DRX-500 型核磁共振仪，Shimadzu UV-2501 PC 型

紫外-可见光谱仪，Shimadzu RF-4500 PC 型荧光光

谱仪。 1.2 配体的合成

配体 ipbh 按文献[4]的方法合成，产率 71%。 FAB-MS： m/z = 355 [M+1]. 元素分析计算值（%）：

C 71.18，H 3.98，N 15.81； 实测值（%）：C 71.16，H 3.41，N 15.80。 1.3 配合物的合成

配合物[Ru(bpy)2(ipbh)]2+根据文献[5]方法合成，

产率 66%. 1H NMR [(CD3)2SO]: δ9.04 (d，2H，J = 8.8 Hz), 8.86 (q，4H), 8.24 (t，2H，J = 8.4 Hz), 8.12 (t，2H，J = 8.6 Hz)，8.02 (d，2H，J = 8.3 Hz)，7.81-7.90 (m，6H)，7.60 (t, 4H, J = 7.8 Hz))，7.36 (t，2H, J = 8.0 Hz), 7.10 (d，1H，J = 8.4 Hz)，4.36 (s，4H). ES-MS (CH3CN) ： m/z 867.5 ([M-ClO4]+) ； 767 ([M-2ClO4-H]+)；384.5([M-2ClO4]2+)；元素分析计算

值（%）：C 50.94，H 3.13,，N 11.59,；实测值（%）：

C 50.91，H 3.15，N，11.60。 1.4 实验方法

图 1 配体和配合物的合成路线

N

N

O

O

O

O CHO

NH4Ac, HAc

N

N N

HN

O

ON

N

NN

N

N N

HN

O

O

Ru

2+

ipbh [Ru(bpy)2(ipbh)]2+

第1卷 第1期

2006 年 8 月

74

紫外-可见吸收光谱实验中，在参比池和样品池

中加入等量的 DNA 以消除 DNA 本身的吸收，当配

合物的电子吸收光谱不再变化，此时吸收滴定达到

饱和。粘度测试是在 29 ± 0.1 oC 温度下，DNA 溶液

浓度固定，配合物的浓度不断增加，测定 DNA 溶液

的粘度随着配合物浓度的变化。结合常数根据下列

方程求得[6-8]

(εa – εf) / (εb -εf) = (b-(b2 – 2K2 Ct [DNA]/s)1/2)/(2KCt) (1)

b = 1 + KCt + K[DNA]/2s (2)

εa，εf ，εb分别是配合物与 DNA 结合，自由配合物

和配合物与 DNA 结合达到饱和时的摩尔吸光系数，

K 为结合常数，Ct 为配合物的浓度，s 为配合物与

DNA 的结合位置大小。 2 结果与讨论 2.1 紫外-可见吸收光谱滴定实验

图 2 Tris-HCl 缓冲溶液中，配合物与 DNA 作用

的紫外可见光谱变化图.(a) 温度为 298K, (b) 温度为 310 K. 配合物浓度为 20 μM, DNA 的浓度在

0-100 μM 之间. 箭头表示随 DNA 浓度增加，配合

物的吸光度变化. 小图为 (εa–εf)/(εb−εf) vs. [DNA]

的曲线图。 配合物与 DNA 作用前后的吸收光谱如图 2 所

示。图 2 表明随着小牛胸腺 DNA 加入，配合物的电

子吸收光谱发生减色和一定程度红移，金属到配体

电荷跃迁（MLCT）峰(485 nm)，在 298K 时减色率

为 29.2%，红移 3 nm，K = 3.64 × 105 M-1(s = 1.71), 在310 K 时减色率为 24.71%，红移 2 nm，K = 1.42 × 105 M-1(s = 1.30)，这是因为配合物的插入配体插入到

DNA 碱基对之间，与碱基对发生 π电子堆积后，其

π*空轨道与碱基的 π电子轨道发生偶合，能级下降，

从而导致 π-π* 跃迁能减小，产生红移；同时，偶合

后的 π轨道因部分填充电子，使 π-π* 跃迁几率减小，

产生减色效应；电子吸收光谱的结果说明配合物与

DNA 之间存在较强的作用力，同时表明配合物与

DNA 结合力强弱与温度有关。 2.2 荧光光谱

配合物与 DNA 作用的荧光光谱如图 3。荧光法

是一种比较灵敏的测试方法，广泛用于研究配合物

与 DNA 的相互作用。若钌(II)多吡啶配合物在某种

条件下发荧光，当加入 DNA 后，荧光增强，说明配

合物与 DNA 发生某种方式的结合。荧光增强幅度的

大小，一般反映配合物与 DNA 作用的强弱。荧光增

强的原因在于 DNA 保护了配合物，使之不受水分子

的进攻。当配合物[Ru(bpy)2(ipbh)]2+与 DNA 作用时，

荧光增强 2.11 倍，说明配合物与 DNA 之间存在较

强的作用力。

2.3 粘度测试 粘度测试是判断配合物与 DNA 作用方式的最

有效的方法之一。配合物与 DNA 以插入方式结合

时，DNA 溶液的粘度增加；以部分插入方式与 DNA

500 550 600 650 700 7500

50

100

150

200

250

300

350

Inte

nsity

(a.u

)

W a v e l e n g t h / n m

图 3 配合物与 DNA 结合的荧光光谱变化图。 箭头表示随 DNA 浓度增加，配合物的荧光增强。

钌(II)多吡啶配合物的合成、表征及其与 DNA 作用研究

300 400 500 6000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.50.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

(εa -

εf)

/ (ε b -

εf)

[ D N A ] x 10 4 M

( a )

Abs

orba

nce

W a v e l e n g t h / n m

300 400 500 6000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.50.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

(εa -

εf)

/ (ε b -

εf)

[ D N A ] x 10 4 M

( b )

Abs

orba

nce

W a v e l e n g t h / n m

第1卷 第1期

2006 年 8 月

75中国科技论文在线 SCIENCEPAPER ONLINE

结合时，DNA 溶液的粘度降低；而静电或沟面结合，

DNA 溶液的粘度变化不大。图 4 表示溴化乙锭(EB)和配合物[Ru(bpy)2(ipbh)]2+与 DNA 作用粘度变化

图。已知 EB 是典型的 DNA 插入试剂，与 DNA 溶

液作用时粘度明显升高，配合物[Ru(bpy)2(ipbh)]2+与

DNA 作用情况类似 EB，所以配合物与 DNA 也是以

插入方式结合的。

2.4 DNA 熔点测定 DNA 的熔点变化被认为是研究金属离子与

DNA 作用强弱的重要手段，当溶液的温度升高，双

螺旋 DNA 逐渐转化为单螺旋，同时产生减色效应。

在熔点测定实验中，当[Ru]/[DNA] = 1：5 时， DNA的熔点升高为 8.27 度，该配合物与 DNA 作用的熔

点增加值与经典插入试剂[9-11] 与 DNA 作用的熔点

增加值比较，发现配合物[Ru(bpy)2(ipbh)]2+与 DNA结合力较强。 3 结论

本文合成了一个新颖的钌 (II)多吡啶配合物

[Ru(bpy)2(ipbh)]2+，用元素分析、质谱和 1HNMR 进

行表征。通过电子吸收滴定、荧光光谱、粘度和熔

点变化实验研究配合物与 DNA 作用，结果表明配合

物与 DNA 之间通过插入作用结合。 [参考文献] [1] D. S. Sigman, A. Mazumder, D. M. Perrin, Chemical nuleases

[J]. Chem. Rev, 93, 1993, 2295. [2] L. N. Ji, X. H. Zou, J. G. Liu, Coord. Chem. Res. 216-217,

2001, 513. [3] Ａ. Hergueta-Bravo, M. E. Jimenez-Hernandez, F. Montero, E.

Oliveros, G. Orellana, J. phys. Chem. B. 106, 2002, 4010. [4] E. A. Steck, A. R Day, J. Am. Chem. Soc., 65 (1943) 452. [5] Y. J Liu, H. Chao, J. H. Yao, H. Li, L. N. Ji, Helv. Chim. Acta,

87(12), 2004, 3119. [6] M. J. Waring, J. Mol. Biol. 13 (1965), 269. [7] J. M. Kelly, A.B. Tossi, D.J. McConell, C. OhUigin, Nucleic

Acids Res. 13 (1985) 6017. [8] G. A. Neyhart, N. Grover, S.R. Smith, W.A. Kalsbeck, T.A.

Fairly, M. Cory, H.H. Thorp, J. Am. Chem. Soc. 115 (1993) 4423.

A Study on Synthesis, Characterization and DNA-binding of Ruthenium(II) complex: [Ru(bpy)2(ipbh)](ClO4)2

Liu Yunjun, Mei Wenjie, Wang Ruijie, Jian Liuqing, Wang Na, Zeng Xiandong

（Department of pharmacy, Guangdong College of Pharmacy,Guangzhou 510240, P. R. China liuyunjunlyj@yahoo.com.cn）

Abstract：In this study, the DNA-binding of ruthenium(II) mixed-ligand complex containing 2,2'-bipyridine [Ru(bpy)2(ipbh)(ClO4)2 (bpy = 2,2'-bipyridine, ipbh =3-(1H-Imidazo[4,5-f][1,10]phenanthrolin2-yl)-1-benzodioxane) has been synthesized and characterized by elemental analysis, ES-MS and 1H-NMR spectra. The interaction of the complex with calf thymus DNA (CT-DNA) was investigated by absorption titration, thermal denaturation, viscosity measurements. The results suggest that the complex binds with CT-DNA by intercalation mode. Key words：Ruthenium(II) complex; Viscosity measurement; DNA-binding

图 4 随配合物浓度的增加，DNA 溶液粘度变化图. EB(●), [Ru(bpy)2(ipbh)]2+ {▲}，温度为 28 ± 0.1 oC, [DNA] = 0.5 mM.

0.00 0.04 0.08 0.12 0.16

1.00

1.04

1.08

1.12

1.16

1.20

1.24

1.28

1.32

(η/η

0)1/3

[ R u ] / [ D N A ]