稀有金属 2005,(03),311-314 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2005.03.013
稀土与L-亮氨酸、咪唑三元配合物的合成及抑菌作用研究
胡珍珠 石鹤 杨水金
湖北师范学院化学与环境工程系,湖北师范学院化学与环境工程系,湖北师范学院生物系,湖北师范学院化学与环境工程系 湖北黄石435002 ,湖北黄石435002 ,湖北黄石435002 ,湖北黄石435002
摘 要:
在乙醇介质中, 用氯化稀土盐与L亮氨酸、咪唑反应合成了稀土三元配合物[RE (Leu) 3Im (H2O) ]Cl3·2H2O (RE=La, Dy, Y;Leu L亮氨酸;Im咪唑) 。通过化学分析、元素分析确定了配合物的组成;并利用摩尔电导率测定、IR, UV及TG DTG等对配合物进行了其配位行为和热分解机制的研究;抑菌实验表明该类配合物对大肠杆菌均具有不同程度的抑制作用, 以ρ (配合物) =10g·L-1用药, 24h后对大肠杆菌的菌落抑制率均为100%。
关键词:
亮氨酸 ;咪唑 ;抑菌 ;热稳定性 ;稀土 ;
中图分类号: O641.4
收稿日期: 2005-01-05
基金: 湖北省教育厅重点科研项目资助 (2004D005); 湖北师范学院科研基金资助项目 (2004Y11);
Synthesis and Bacteriostasis of Ternary Complexes of Rare Earth with Leucine and Imidazole
Abstract:
The rare earth ternary complexes [RE (Leu) 3 Im (H2 O) ]Cl3 ·2H2 O (RE=La, Dy, Y, Leu-Leucine, Im-Imidazole) of rare earth chloride with leucine and imidazole were synthesized in ethyl alcohol. The composition of the complexes was determined by EDTA capacity analysis and elemental analysis. The characters and thermostability were studied by molar conductivity, IR, UV and TG-DTG analysis. Bacteriostasis of experiments show that the complexes have varying bacteriostasis effect for escherichia coli. The bacteriostasis rate is 100% by ρ (complexes) =10 g·L-1 with the complexes after 24 h.
Keyword:
leucine; imidazole; bacteriostasis; thermostability; rare earths;
Received: 2005-01-05
随着稀土应用领域的日益扩大, 稀土微肥的使用, 稀土作为家畜、 鱼虾等饲料添加剂和饵料以及稀土在医学上的使用等, 使得人们日益关注稀土对生态环境和人体健康的影响。 近十几年来, 稀土氨基酸配合物的合成及性质的研究一直是人们感兴趣的课题
[1 ,2 ]
, 国内外的科学工作者在这方面已做了大量的工作
[3 ]
, 但有关稀土、 氨基酸及唑类三元配合物的研究并不多见
[4 ]
。 由于稀土离子具有独特的生理化学性质, 稀土盐可作为防腐杀菌剂
[5 ]
; 氨基酸是蛋白质的基本结构单元, 是生物体内大量存在的一类生物配体; 唑类是一种具有杀菌、 抗炎能力的杂环化合物。 为研究这3种物质的协同效应, 本文合成了稀土与L-亮氨酸及咪唑的混配固态配合物[RE (Leu) 3 Im (H2 O) ]Cl3 ·2H2 O (RE=La, Dy, Y; Leu-Leucine的缩写, 即L-亮氨酸; Im-Imidazole的缩写, 即咪唑) , 通过摩尔电导率测定、 IR, UV及TG-DTG对其进行了表征和热分解机理的研究, 并将该类配合物对大肠杆菌进行了抑菌实验。
1 实验部分
1.1 试剂和仪器
氯化稀土盐用其氧化物 (A.R.) 和盐酸 (优级纯) 制备; L-亮氨酸为生化试剂, 咪唑、 乙醇、 丙酮、 乙醚及其他试剂均为分析纯; 实验用水均为二次蒸馏水。
德国Element公司产VarioEL Ⅲ型元素分析仪; 上海雷磁新泾仪器有限公司产DDS-11A型数显电导率仪, 配合物水溶液浓度为1×10-3 mol·L-1 ; 日本岛津IR-440型红外光谱仪, 以KBr压片; 日本岛津UV-2501-PC紫外-可见分光光度计, 以水为溶剂, 试样约在1×10-4 mol·L-1 测定; 美国PE公司TGA-7型热分析仪, 升温速率为10 ℃·min-1 , α-Al2 O3 作参比, 流动N2 气氛, 流速为200 ml·min-1 。
1.2 配合物的合成
按n (RECl3 ·3H2 O) ∶n (L-Leu) ∶n (Im) =1∶3∶1 (RE=La, Dy, Y; Leu-L-亮氨酸; Im-咪唑) 配比投料。 先准确称取一定量的稀土盐和L-亮氨酸, 加入适量的无水乙醇, 加热搅拌回流 (温度控制在60 ℃左右) , 待稀土盐和L-亮氨酸完全溶解后再加入咪唑 (已溶于无水乙醇中) 溶液, 继续搅拌, 反应约5 h后, 转移至水浴中缓慢蒸发浓缩、 真空干燥后, 得固体产物。
用上述方法合成了La (Ⅲ) , Dy (Ⅲ) , Y (Ⅲ) 3种稀土离子和L-亮氨酸 (Leu) 及咪唑 (Im) 的三元配合物。
1.3 抑菌实验
以不同质量的配合物、 稀土盐和咪唑对大肠杆菌进行了抑菌实验。 用活菌平板计数法进行菌落计数。 细菌培养用牛肉膏蛋白胨培养基。 将牛肉膏蛋白胨培养液分别和一定质量的7种供试药品混合, 使药品在培养液中的质量浓度ρ (测试样) 分别为2.5, 5.0, 10, 25 g·L-1 , 一起倒入灭菌后的培养皿中, 每皿大约20 ml, 摇匀, 待凝固后, 取合适稀释度的菌悬液0.2 ml于培养皿中, 用无菌刮刀涂布均匀, 37 ℃恒温箱培养24 h, 与不加药品的培养基作空白对照, 进行活菌平板菌落计数, 重复二次取平均值, 根据空白对照和含药品后的生长菌落数, 计算菌落抑制率EB%。
菌落抑制率EB%=[ (对照生长菌落数-含药品的生长菌落数) /对照生长菌落数]×100%
2 结果与讨论
2.1 配合物的组成及物性
配合物中的稀土离子含量用EDTA络合滴定法测定, C, H和N元素的含量由元素分析仪确定。 配合物的元素分析结果及摩尔电导率的测定结果见表1。
由表1可见, 配合物中各元素的测定结果与理论值基本一致, 合成的La, Y配合物为白色, Dy配合物为浅黄色。 在25 ℃测定配合物水溶液的摩尔电导率值在300~400 S·cm2 ·mol-1 范围内, 表明配合物属于1∶3型电解质, 说明Cl- 处于配合物的外界。 通过上述分析, 可初步确定配合物的组成为RE (Leu) 3 ImCl3 ·3H2 O。
2.2 配体及配合物的红外光谱分析
几种配合物的IR图谱非常相似, 但与Im及Leu相比, 某些吸收峰发生了明显的位移, 强度也有较大的改变, 说明RE3+ 与Im和Leu发生了化学作用。 不同稀土配合物的红外光谱图相似, 说明配合物的形成与配位结构相似。 将镧、 钇、 镝的配合物与Im及Leu的IR光谱数据列于表2。 红外光谱主要根据文献
[
6 ]
指认。
由表2可见, 游离L-亮氨酸的-NH3 + 和-COO- 基团的特征峰都存在, 说明L-亮氨酸以内盐形式存在; 配合物中-NH3 + 和-COO- 基团的特征峰也都存在, 说明配合物中的亮氨酸仍保留内盐结构, 但υ As (coo- ) 发生了红移, υ S (coo- ) 发生了紫移, 且3种配合物的Δυ coo as-s 均比L-亮氨酸的Δυ coo as-s =175 cm-1 小, 说明L-亮氨酸是以羧基氧双齿螯合配位的
[7 ,8 ]
, 配合物中的υ As (-NH3 + ) 有所位移, 可能是与H2 O产生氢键的结果, 游离的咪唑在1660~1450 cm-1 间几个可变强度的吸收带属于C=N和C=C的伸缩振动, 在配合物中被羧基附近宽峰所掩盖, 但υ (C=N) 的吸收由1670 cm-1 红移至1624~1630之间是显而易见的, 故可认为咪唑环3位上N原子参与了配位
[9 ]
。 配合物在3400 cm-1 处有水分子的-OH伸缩振动, 525 cm-1 处出现-OH面内摇摆振动峰与RE-O的伸缩振动相重合, 说明配合物中有配位水
[7 ]
。 这个结论也可从后面的热重分析中得到证实。
表1 配合物元素分析和摩尔电导率数据 (Λm, 25 ℃) *
Table 1 Elemental analysis data of complexes and data of molar conductivity (Λ m , 25 ℃)
配合物
RE/%
C/%
H/%
N/%
∧m / (S·cm2 ·mol-1 )
La
18.15 (18.25)
31.89 (32.12)
6.42 (6.44)
9.08 (9.20)
419
Dy
20.69 (20.71)
31.01 (31.12)
6.03 (6.25)
8.74 (8.92)
327
Y
12.34 (12.51)
35.13 (35.44)
6.75 (6.89)
9.46 (9.85)
316
* 括号里为理论值
表2 配体及配合物的IR光谱数据 (cm-1)
Table 2 IR dates of ligand and complexes
归属
Leu
Im
La (Leu) 3 ImCl3 ·3H2 O
La (Leu) 3 ImCl3 ·3H2 O
La (Leu) 3 ImCl3 ·3H2 O
υ As (-NH3 + )
2968
-
2962
2962
2968
δ As (-NH3 + )
1620
-
1630~1590
1620~1590
1620~1590
υ As (coo- )
1588
-
1569
1580
1581
υ S (coo- )
1413
-
1444
1438
1444
υ (C=N)
-
1670
1630
1624
1625
υ (O-H)
-
-
3403
3409
3403
-
-
525
525
525
υ (RE-O)
-
-
535
535
535
Δ υcoo as-s
175
-
125
142
137
2.3 紫外光谱分析
以水为溶剂, 试样约在1×10-4 mol·L-1 测定, UV光谱表明, 它们在可见光区 (400~800 nm) 均无吸收, L-亮氨酸在紫外区<190 nm有一吸收峰, 咪唑的最大吸收波长λ max 为205.2 nm, 而上述3种配合物的最大吸收波长λ max 与咪唑相比有一定的改变, 镧配合物紫移了0.6 nm, 而镝配合物和钇配合物则都红移了0.6 nm, 与L-亮氨酸的λ max 相比移动更多, 表明稀土盐与两种配体均有成键作用
[10 ]
。
2.4 配合物的热分析
3种配合物的TG-DTG热分解曲线相似, 表明它们的热分解过程相近。 镝配合物在升温速率为10 K·min-1 时的TG-DTG热分解曲线如图1所示。
由图1可知, 镝配合物的分解可分为3步, 第一步失去两分子结晶水, 第二步失去一分子的配位水, 第三步为配体的骨架断裂、 分解、 炭化、 直到配体完全分解。 镝配合物分解温度范围、 各阶段分解产物及其残留率 (括号内为理论值) 如下式所示:
图1 Dy (Leu) 3ImCl3·3H2O的TG-DTG曲线
Fig.1 TG-DTG curves of Dy (Leu) 3 ImCl3 ·3H2 O
D y ( L e u ) 3 Ι m C l 3 ? 3 Η 2 Ο 2 9 3 ? 4 0 4 Κ → 9 5 . 8 0 ( 9 5 . 4 1 )
D y ( L e u ) 3 Ι m C l 3 ? Η 2 Ο 4 0 4 ? 4 5 2 Κ → 9 3 . 8 0 ( 9 3 . 1 1 )
D y ( L e u ) 3 Ι m C l 3 4 5 2 ? 7 8 7 Κ → 3 4 . 9 0 ( 3 4 . 2 8 ) D y C l 3
2.5 配合物的抑菌实验
采用活菌平板计数法, 测定了不同含量的配合物、 配体及稀土盐对大肠杆菌的抑菌作用, 其抑菌结果见表3。
由表3可见, 7种药品对大肠杆菌均有抑菌效果, 其中稀土配合物的抑菌能力比稀土氯化盐弱, 比咪唑强; 钇配合物的抑菌能力强于镧配合物和镝配合物; 从药品的质量浓度梯度看, 配合物的质量浓度高则抑菌作用强, 以ρ (配合物) =10 g·L-1 用药, 24 h后对大肠杆菌的菌落抑制率均为100%, 48 h后有极少的菌落生成, 但菌落抑制率仍可达95%, 说明稀土配合物有比较好的抑菌作用。
表3 不同浓度配合物对大肠杆菌的平板活菌计数及抑菌率
Table 3 Number of living bacterium and kill rate of the compounds with different concentration (%)
浓度/ (g·L-1 )
0
2.5
5.0
10
25
cfu*
cfu
EB/%
cfu
EB/%
cfu
EB/%
cfu
EB/%
[La (Leu) 3 Im (H2 O) ]Cl3 ·2H2 O
297
212
28.6
123
58.6
0
100
0
100
[Gy (Leu) 3 Im (H2 O) ]Cl3 ·2H2 O
297
240
19.2
157
47.1
0
100
0
100
[Y (Leu) 3 Im (H2 O) ]Cl3 ·2H2 O
297
196
34.0
109
63.3
0
100
0
100
LaCl3 ·3H2 O
297
97
67.3
0
100
0
100
0
100
DyCl3 ·3H2 O
297
225
24.2
0
100
0
100
0
100
YCl3 ·3H2 O
297
77
74.0
0
100
0
100
0
100
Im
297
297
0
198
33.3
89
70.0
0
100
* cfu为 Colony forming unit缩写, 表示菌落形成单位
3 结 论
确定了配合物的组成为[RE (Leu) 3 Im (H2 O) ]Cl3 ·2H2 O (RE=La, Dy, Y) ; 利用TG-DTG法讨论了上述配合物的热分解过程。 抑菌实验表明, 它们对大肠杆菌均具有一定的抑菌效果, 其中钇配合物的抑菌效果最好; 当用药ρ (钇配合物) 为10 g·L-1 时, 菌落抑制率可达100%。
参考文献
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