稀土配合物修饰的多维篮子型多金属氧酸盐的设计合成及抗癌活性的研究

It is one of hot topics of inorganic chemistry study to design and synthesize functional materials with excellent physical and chemical properties through combination, assembly, and hybrid of materials applying idea of molecular design and crystal engineering. High-dimension and high-connection basket-liked compounds with unique structure will be synthesized by hydrothermal technique in the project via employing novel basket-liked {X6M18}(X=P,As;M=Mo,W) POMs as building block, flexible imidazole-type drug ligands with nitrogen element as structure oriented agent, rare earth metal (La3+, Ce3+, Pr3+, Nd3+, Sm3+, Eu3+, Tb3+ etc) as template agent. The coordination rule of ligands and the design of new anticancer drug will be also explored. The in vitro antitumor activities of complexes will be filtrated by tetrazolium reduction method (MTT) etc assay. The relations among ligand, structure, properties (magnetic, electrochemical, thermal stability), and drug -effect will be further discovered in the study. A series of functional materials and new anticancer drugs with independent intellectual property rights will be filtered out eventually, which will provided new ideas for design and synthesis of high-efficient and low-noxious anticncer medication. The study will have a positive effect on improvement of human health level and contribute to the development of inorganic coordination chemistry and exploitation of new drug. Therefore, the project will possess an important theoretical and practical significance.

运用分子设计和晶体工程思想，进行材料的复合、组装、杂化、设计合成具有优良理化性能的功能材料是无机化学研究热点之一。 本课题选用新颖的篮子型多金属氧酸盐{X6M18}(X=P,As;M=Mo,W)作为建筑块，咪唑类柔性含氮药物配体为结构导向剂，以La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+等稀土离子为模板剂，运用水热法合成出结构新颖的高维、高连接篮子化合物，探索配体的键合规律，实现新的抗癌药物的设计。采用噻唑蓝还原法(MTT)等对合成配合物的体外抗肿瘤活性进行筛选，揭示配体-结构-性能（磁性、电化学性质、热稳定性）-抗癌活性四者的关系，最终获得具有自主知识产权的一类功能材料和新型抗癌药物，为高效、低毒抗癌药物的设计合成提供新思路，该项研究对人类健康水平提高具有积极的作用，同时对配位化学的发展和新药的开发具有极大的推动作用，因此，具有重要的理论与实际意义。

本课题利用水热或溶液法合成了157种基于多金属氧酸盐的杂化物，其中57例篮子型{P6Mo18O73}杂化物、56例{As2Mo18O62}型杂化物、20例夹心型{XW9O34}(X=As, Sb, Bi)化合物和24例Keggin型衍生物。详细研究了篮子化合物的合成策略，首度克服了篮子结构位阻大、活位点少的缺点，实现了篮子化合物由零维到一维和二维的高连接结构的拓展。此外，成功的将AsIII以帽的形式引入Dawson簇，通过控制溶液pH值实现了对砷帽位置和数量的调控。测试了合成化合物的电化学和光催化性质，发现蓝子化合物在紫外或可见光照射下，对污水中常见的染料污染物具有普遍、显著地降解作用，是目前多酸材料中催化降解效率最高，用时最短、循环寿命长、容易与反应体系分离的光催化剂。选取人上皮肿瘤细胞，如胃癌SGC-7901细胞、肝癌(HepG-2)和宫颈癌(hela)细胞等，用MTT法对不同篮子结构多酸的增殖、抑制活性差异进行了筛选和比较。对砷帽Dawson结构化合物的抗肿瘤研究发现，Dawson骨架中键合AsIII帽数量越多，抗癌活性越好，但毒性也越大。对单砷帽极位三取代系列化合物，(H2bpy)3[AsIIIAs2V Mo15O59{Zn0.5Mo0.5)3Cl3 O59]·11H2O的抗癌活性研究发现，化合物既可以充分发挥AsIII抗癌活性，又可以将其毒性降到最低，AsIII与多酸簇中Mo之间产生很好的药物协同作用，Zn2+的引入对多酸的生物活性起着很好的调节作用。在体外研究基础上，选取部分多酸化合物进行体内动物实验研究。通过对动物肿瘤模型给药后的移植瘤体积、瘤重、延命率等基本指标的研究，证实该类化合物对昆明小鼠体内接种的S180肿瘤生长具有明显的抑制作用和一定的生命延长作用。本项研究在多金属氧酸盐抗肿瘤药学功能研究中具有重要意义，将为篮子、Dawson和夹心型多酸类新药的研发提供有效的实验数据。此外，含钴夹心化合物在可见光照射下光催化水制氧，在最优反应条件下的产氧收率可达34.19%。该项研究在SCI收录刊物上发表论文36篇，授权国家发明专利2项，申请国家发明专利1项，培养硕士毕业生15人，在读硕士生11人。参加了1次多酸国际研讨会和4次国内学术会议，做邀请和小组报告各两次。