2-吡啶甲酰胺-3-吗啉基硫半卡巴唑与Ni2+、Pd2+和Pt2+配合物的合成、光谱特性、抗癌活性以及计算机模拟研究：该螯合剂及其六配位Ni2+配合物的晶体结构

《Inorganic Chemistry Communications》：Synthesis, spectral, anticancer potency, and in silico studies of Ni2+, Pd2+, and Pt2+ complexes of 2-pyridineformamide 3-morpholinylthiosemicarbazone: crystal structures of the chelating agent and its hexacoordinated Ni2+ complex

合成并表征了2-吡啶甲酰胺-3-哌啶醇硫代semicarbazone（HL）及其Ni2?、Pd2?、Pt2?配合物，通过X射线晶体学、光谱学及DFT计算证实配体以三齿形式配位，并评估了细胞毒性，发现游离配体更具毒性，分子对接显示与DNA-PK活性位点氢键结合。

　　

阿伊曼·K·埃尔-萨瓦夫（Ayman K. El-Sawaf）|巴斯玛·加扎尔（Basma Ghazal）|马哈茂德·T·阿布-埃尔法德（Mahmoud T. Abo-Elfadl）|哈桑·阿努阿尔（El Hassane Anouar）|赛义德·A·埃尔-萨马诺迪（El-Sayed A. El-Samanody）

沙特阿拉伯阿尔卡吉（Al-Kharj）萨塔姆·本·阿卜杜勒阿齐兹大学（Prince Sattam Bin Abdulaziz University）科学与人文学院化学系，邮编11942

摘要

本文合成并表征了一种新的螯合剂2-吡啶甲酰胺3-吗啉基硫代半卡巴唑（简称HL，以其硫醇形式）及其与Ni²⁺、Pd²⁺和Pt²⁺形成的复合物（分别标记为1–4）。单晶X射线衍射确定了HL（硫醇形式）和六配位[Ni(HL)₂]Cl₂复合物（2）的分子结构。光谱和磁学测量结果表明，在复合物1和2中，HL作为中性三齿配体与Ni²⁺结合；而在复合物3和4中，它以三齿单阴离子（脱质子化）配体形式与Pd²⁺和Pt²⁺配位。磁学和UV–Vis数据揭示：Ni(HL)Cl₂（1）具有正方形金字塔结构，[Ni(HL)₂]Cl₂（2）呈现畸变的八面体排列，而Pd(L)Cl和Pt(L)Cl（3、4）则呈平面四方结构。密度泛函理论（DFT）和时间依赖密度泛函理论（TD-DFT）计算成功再现了这些化合物的几何和光谱特性；Hirshfeld分析表明，晶体堆积中H···H键的作用最为显著。体外MTT实验显示HL对HepG2和MCF7细胞的毒性更强（IC₅₀约为39 μM），而其金属复合物的毒性较低。分子对接实验表明，HL与DNA-PK活性位点的氢键作用对其稳定性有重要影响，这也解释了观察到的细胞毒性趋势。

引言

硫代半卡巴唑（一种氮杂配体）及其衍生物通常是通过醛或酮与硫代半卡巴肼在酸催化下的缩合反应制备得到的[1]–[5]。然而，也有报道指出，使用腈类化合物作为初始反应物可制备这类化合物[6]–[8]，这种方法通过引入氨基团增强了硫代半卡巴唑的溶解性，从而可能提高其生物活性[8]。硫代半卡巴唑及其配合物已被广泛应用于抗菌、抗病毒和抗癌等领域[9]–[14]，其抗菌作用最早于1946年被发现[11]。基于硫代半卡巴唑的吡啶-2-羧醛衍生物（如Triapine?）显示出强烈的抗肿瘤活性[16]。近年来，这类化合物的研究不断深入，其中甲硫唑（Marboran?）作为抗天花药物已实现商业化[15]。2-吡啶甲酰胺硫代半卡巴唑的抗癌活性也得到了证实[11]。这些化合物通过阻断细胞周期中的特定生化过程来抑制细胞生长，主要通过抑制DNA或RNA的合成与修复实现[17]–[19]。核糖核苷酸还原酶（RR）是DNA脱氧核苷酸5′-三磷酸构建块的主要合成酶，α-(N)-杂环硫代半卡巴唑（如3-氨基吡啶-2-羧醛硫代半卡巴唑）是RR活性的强效抑制剂，能抑制DNA合成并阻止癌细胞分裂[21]。多项研究显示，2-吡啶甲酰胺硫代半卡巴唑衍生物对乳腺癌、表皮样癌、宫颈癌和胰腺癌细胞系具有抗增殖作用[11]–[22]。此外，基于硫代半卡巴唑的镍和钯配合物对多种人类肿瘤细胞系（如乳腺（MCF7）、肺（A549）、B淋巴细胞（IM-9）、卵巢（OVCAR3）、前列腺（DU-145）和胃肠道（HuTU80）癌细胞系也表现出显著活性[23]–[26]。基于铂的抗癌药物因能与DNA结合而有效抑制肿瘤生长[27]。

DNA依赖性蛋白激酶（DNA-PK）是DNA损伤修复中的关键酶，通过非同源末端连接（NHEJ）途径修复DNA双链断裂[28]。由于其保护基因组完整性的关键作用，异常的DNA-PK活性与癌细胞存活、增殖及对化疗和放疗的耐药性密切相关[29]。因此，DNA-PK成为抗癌药物开发的重要靶点[30]。含吗啉的杂环结构和吡啶基骨架被研究作为DNA-PK抑制剂，发现吗啉或相关极性环能增强其与ATP结合位点的亲和力并提高溶解性[31]。

基于以上背景，本研究重点合成了2-吡啶甲酰胺3-吗啉基硫代半卡巴唑（HL）及其与Ni²⁺、Pd²⁺和Pt²⁺离子形成的复合物。利用多种物理化学方法阐明了这些化合物的结构，并通过MTT实验评估了其对MCF7和HepG2癌细胞的毒性。

化学试剂与物理测量方法

所有分析级化学品和溶剂均来自Merck、Sigma-Aldrich和Alfa Aesar公司，无需进一步纯化即可用于螯合剂及其复合物的合成。

使用Vario MACRO分析仪进行了C、H、N和S元素的微量分析；参考文献[32]中的方法用于测定金属复合物中的Ni²⁺、Pd²⁺、Pt²⁺和Cl^?离子含量；FAB-MS光谱数据由GC–MS DFS-Thermo光谱仪采集。

合成过程

螯合剂HL的合成包括多个步骤（见方案1）。最后一步是在甲醇中用金属钠还原2-氰吡啶，生成亚氨基吡啶酸的甲酯[6]–[8]；加入3-吗啉基硫代半卡巴肼后得到黄色固体2-吡啶甲酰胺3-吗啉基硫代半卡巴唑（HL）。在稀甲醇溶液中（结晶过程中），HL会呈现硫醇-硫醇互变异构形式。

结论

实验结果表明，由2-氰吡啶和3-吗啉基硫代半卡巴肼合成的螯合剂HL与NiCl₂·6H₂O、K₂PdCl₄和K₂PtCl₄反应，生成了Ni(HL)Cl₂（1）、[Ni(HL)₂]Cl₂（2）、Pd(L)Cl（3）和Pt(L)Cl（4）复合物。通过元素分析、核磁共振（NMR）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外-可见光谱（UV–Vis）、磁化率、电导率、FAB-MS、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等手段对HL的三齿配位结构进行了全面表征。

作者贡献声明

阿伊曼·K·埃尔-萨瓦夫（Ayman K. El-Sawaf）：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、结果验证、软件应用、资源协调、项目管理和方法设计、实验设计、数据分析以及概念构建。巴斯玛·加扎尔（Basma Ghazal）：负责数据可视化、结果验证、方法设计、实验设计、数据分析。马哈茂德·T·阿布-埃尔法德（Mahmoud T. Abo-Elfadl）：负责初稿撰写、数据可视化、结果验证、软件应用、资源协调、方法设计、实验设计、数据分析。哈桑·阿努阿尔（El Hassane Anouar）：

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

阿伊曼·K·埃尔-萨瓦夫毕业于埃及梅努菲亚大学（Menoufia University），随后在美国伊利诺伊州立大学（Illinois State University）在化学教授道格拉斯·X·韦斯特（Douglas X. West）的指导下获得博士学位。目前他在梅努菲亚大学和沙特阿拉伯萨塔姆·本·阿卜杜勒阿齐兹大学担任无机化学副教授，研究方向为新有机化合物的制备与表征。