基于1,10-菲罗啉和酒石酸制备的镉(II)配位聚合物的合成、结构表征及其抗菌活性

《Journal of Molecular Structure》:Synthesis, Structural Characterization, and Antimicrobial Activity of Cadmium(II) Coordination Polymer Derived from 1,10-Phenanthroline and Tartaric Acid

【字体: 时间:2026年04月10日 来源:Journal of Molecular Structure 4.7

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  手性镉(II)配位聚合物[Cd(ta)(phen)]?通过1,10-苯anthroline和酒石酸配位合成,具有二维层状结构,七配位镉离子通过氢键和π-π堆积稳定晶体,抗菌活性显著优于单一组分。

  
Dilmurod Khursan ugli Saidov | Khayit Khudaynazarovich Turaev | Anuj Kumar | Sherzod Abduzairovich Kasimov | Bobirjon Zamirovich Adizov | Yuldosh Yusupboevich Yakubov | Khaidar Suleimanovich Tassibekov | Balakrishnan Chellakarungu | Adkhamjon Sadullayevich Normamatov | Mohd Ubaidullah | Abdullah M. Al-Enizi | Aziz Bakhtiyarovich Ibragimov
乌兹别克斯坦塔梅兹国立大学,Barkamol Avlod街43号,塔梅兹-190111

摘要

一种新的手性镉(II)配位聚合物[poly[[[1,10-菲罗啉-κ2N,N′]镉(II)]-μ?-酒石酸-κ2O,O′:κO′:κO″] ([Cd(ta)(phen)]?)]使用1,10-菲罗啉和酒石酸作为配体合成。该化合物在温和的溶液条件下制备,并通过单晶X射线衍射、FT-IR、拉曼光谱、UV-Vis光谱、热分析、SEM–EDS、BET、粉末X射线衍射(PXRD)和Hirshfeld表面分析进行了表征。单晶XRD证实了其具有二维层状结构,其中镉(II)中心为七配位,通过经典和非经典氢键以及π–π堆叠相互作用得到稳定。PXRD分析表明,块状样品保持了与单晶结构一致的相纯度。SEM–EDS的元素分布图显示Cd、N、C和O原子分布均匀。Hirshfeld表面和指纹图揭示了主要的H•••O和H•••H相互作用,突出了非共价力在晶体堆积中的作用。重要的是,抗菌研究表明[Cd(ta)(phen)]?对[Candida albicans]、[Escherichia coli]和[Bacillus subtilis]具有强烈的抑制作用,其效果优于单独的前体化合物,表明存在协同效应。这些结果强调了该化合物作为多功能材料的潜力,在抗菌和生物无机化学领域具有广阔的应用前景。

引言

近年来,由于配位聚合物(CPs)的结构多样性、可调性质和广泛的应用,相关研究进展迅速。这些通过金属-配体配位形成的晶体材料展现了从一维到三维框架的显著结构多样性,使其成为多功能平台的理想候选者。它们的可调孔隙率、大表面积和内在的多功能性使其能够应用于催化、气体储存与分离、分子传感、离子交换和药物输送系统[[1], [2], [3]]。此外,CPs越来越多地被视为纳米复合材料的宝贵前体,不仅可作为纳米粒子合成的来源,还可作为稳定剂来增强纳米级的胶体稳定性并控制形态[[4], [5], [6]]。具有显著抗菌、抗癌和抗氧化特性的CPs的出现进一步凸显了它们在制药、生物医学和纳米技术领域的巨大潜力。过渡金属离子,特别是d区金属如Cd(II),由于其灵活的配位几何结构和独特的电子构型,在CP化学中起着核心作用[7,8]。其中,Cd(II)因其d1?闭壳层构型而特别受到关注,因为它能够形成热力学稳定的、高度有序的多维框架,并具有有利的发光和催化性能[9]。
已经报道了许多基于芳香族二羧酸配体的Cd(II)配位聚合物,其拓扑结构从一维链到三维金属-有机框架不等,通常通过1,10-菲罗啉或2,2′-联吡啶等辅助N-供体配体进行稳定[[10], [11], [12]]。特别是,1,10-菲罗啉的引入通过促进π–π堆叠相互作用和氢键辅助的框架稳定显著影响了材料的维度与超分子组织[13,14]。几种Cd(II)-phen系统与多羧酸连接剂结合后表现出发光行为和增强的结构刚性,突显了螯合N-供体配体在框架构建中的协同作用[15]。
引入螯合或桥接有机配体(如1,10-菲罗啉和酒石酸)可以通过氢键和π-π堆叠等二级相互作用进一步精细调节这些系统,促进超分子组装并增强结构稳定性[16]。通常,1,10-菲罗啉(phen)是一种刚性且平面的芳香族双齿配体,因其高金属结合亲和力、电子离域性和结构适应性而被广泛研究[17]。它在发光材料、氧化还原活性复合物、分子传感器和超分子组装的设计中起着关键作用。其在不同环位进行功能取代的能力使其能够整合到多种配位环境中,成为从太阳能设备到荧光探针等各种系统中的多功能组件[18]。
结合菲罗啉和柔性多羧酸配体的配位聚合物展现了显著的结构多样性,其中菲罗啉的螯合性质通常会降低维度,同时通过π-π相互作用和氢键促进超分子扩展[19,20]。这类系统通常表现出增强的热稳定性和发光性能,尤其是当由d1?金属离子(如Cd(II)和Zn(II)构建时[21,22]。
酒石酸(taH?)是路易斯·巴斯德最早研究其手性的化合物之一,是一种天然存在的手性二羧酸,分子式为C?H?O?[[23], [24], [25]]。它在自然界中主要以L-(+)-异构体存在,广泛用于食品工业和制药领域,以及不对称合成中的立体化学前体[[26], [27], [28], [29]]。其羧基和羟基的功能基团使其能够与金属中心形成多种配位模式,使其成为构建手性和氢键配位框架的理想配体。基于酒石酸的配位聚合物因能够通过μ?-, μ?-及更高层次的桥接配位模式生成手性框架和螺旋结构而受到广泛关注。已有多个Cd(II)-酒石酸系统报道形成了1D、2D和3D网络,通常表现出氢键辅助的超分子稳定作用,在某些情况下还包含手性空间基团[[30], [31], [32], [33]]。然而,与其他多羧酸系统相比,Cd(II)、酒石酸和辅助N-供体(如菲罗啉)的组合在多功能性和抗菌活性方面的研究相对较少。
在这项工作中,使用1,10-菲罗啉和酒石酸作为共配体,在常温条件下合成了一种新的镉(II)配位聚合物[poly[[[1,10-菲罗啉-κ2N,N′]镉(II)]-μ?-酒石酸-κ2O,O′:κO′:κO″] ([Cd(ta)(phen)]?)]。菲罗啉配体通过其双齿氮配位确保了螯合物的稳定性,而酒石酸配体赋予了手性并促进了晶体晶格内的广泛氢键网络。本研究重点通过单晶X射线衍射、光谱和热分析技术对其结构进行阐明、配位几何结构和物理化学特性进行了研究,特别关注其配位行为,并探讨了其在药理学和功能方面的潜在应用,为生物活性和发光配位材料的发展做出了贡献。

[Cd(ta)(phen)]?的合成

将0.1802克(0.05摩尔)的1,10-菲罗啉完全溶解在20毫升乙醇和10毫升二甲亚胺的混合溶剂中。另外,将0.2251克(0.05摩尔)的酒石酸溶解在相同的溶剂比例中。然后将两种溶液混合并在磁力搅拌下持续30分钟,得到均匀、透明且无色的溶液。接下来,将0.463克(0.05摩尔)的四水合硝酸镉溶解在

红外光谱分析

含有菲罗啉和酒石酸配体的Cd(II)配位聚合物的FT-IR光谱显示了特征振动带,证实了复合物中功能基团的存在和配位行为(图S1)。在3481-3215 cm?1范围内观察到的宽吸收带对应于O–H伸缩振动,表明酒石酸配体中存在羟基。3080和2900 cm?1处的中等强度带归因于芳香族的C–H伸缩模式

结论

在这项研究中,使用酒石酸和1,10-菲罗啉作为共配体成功合成了一种新的镉(II)配位聚合物[Cd(ta)(phen)]?。通过单晶X射线衍射进行的结构表征显示,该聚合物具有二维层状结构,其中镉(II)离子为七配位,并通过μ?-酒石酸配体桥接。结构稳定性通过广泛的氢键和π-π堆叠相互作用得到增强。光谱技术证实了
CRediT作者贡献声明
Dilmurod Khursan ugli Saidov:撰写——原始草稿,概念构思,数据管理,形式分析,研究方法,软件应用,验证,可视化。Khayit Khudaynazarovich Turaev:撰写——审稿与编辑,概念构思,数据管理,方法论,验证,可视化。Anuj Kumar:撰写——审稿与编辑,可视化,验证,研究,数据管理,概念构思。Sherzod Abduzairovich Kasimov:撰写——审稿与编辑,数据管理
利益冲突声明
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所有作者均参与了(a)概念设计与数据分析或解释;(b)文章的起草或对重要内容的批判性修订;(c)最终版本的批准。
本手稿尚未提交给其他期刊或出版机构进行审稿。
作者与任何在研究主题上具有直接或间接经济利益的组织均无关联
致谢
本工作是在乌兹别克斯坦科学院“通用与无机化学研究所”的“石油化学实验室”进行的基础研究。作者感谢乌兹别克斯坦科学院以A. Sadikov命名的“集体使用中心”在研究中的重要支持。
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