生物有机金属活性分子研究进展

配位化学作业

学院：化环院

班级:092班

学号：20090701050243

姓名:赵凯

生物有机金属活性分子研究进展

赵凯

（ 兰州城市学院 化学与环境科学学院, 兰州 730070）

摘 要: 本文从有机金属配合物这一角度出发，着重论述了微量金属元素及其配合物在医药特别是在中草药领域中的研究和应用概况。从微量元素及其配合物在生物体内所起的生理生化作用的重要性，即可认识到微量元素配合物所具有的医疗和药用价值;这种价值不仅体现在西医药方面，并且近年来也逐步渗透进了中医药的研究与应用之中，这也是化学中的配位化学理论及生物无机化学理论与医药学的相互结合、相互渗透、相互应用的结果。

关键词: 配位化合物 有机金属配合物 生理功能

1 前言

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近年来配位化合物的研究得到了长足的发展[1]，并且在许多领域中有机金属配合物已得到广泛的应用，从化工、石油企业中所用的有机配合物催化剂、皮革化工中的鞍剂、分析化学测定中用的金属配合物、环境污染物处理中的重金属络合剂等到近年来先后开辟的许多新的领域，如:大环配位化合物[2]、超分子配合物 [3]、功能性配合物[4]等等。特别是在生命科学和药物化学领域，配位化学的渗入促进了这些学科的发展，引起了药物研究者、化学工作者的深切关注。

2有机金属配合物及其生物构效研究

有机金属配位化合物是指存在的稳定化合物进一步结合而成的复杂化合物。从组成上看，配合物是由可以给出孤对电子或多个不定域电子的离子或分子(称为配体)和具有接受这些电子的空位的离子或原子(称为中心原子)按一定的组成和空间构型所形成的化合物。配合物的形成往往表现出不同于配体和中心原子原有性质的特殊性能，它的研究与应用已打破了传统的有机化学和无机化学之间的界限，形成了物理化学、有机化学、无机化学、分析化学、生物化学、环境化学等相互渗透的贯通众多学科的交叉点。

2.1微量金属元素及其配合物与生理生化作用

2.1.1微量元素的生理作用

人的身体是由化学元素组成的，占人体总重量万分之一以下的元素称为微量元素，微量元素又可分为必需微量元素、非必需微量元素和有害微量元素。目前公认的必需微量元素有:铁、铜、锌、钻、锰、铬、铝、镍、钒、锡、硒、碘、氟，共14种;可能必需的微量元素有:腮、铆、砷及硼。必需微量元素在人体中的生理作用是多种多样的，而且也是相当复杂的大致有以下几个方面:

a.输送常量元素作用。 b.在酶系统中作用。 c.参与激素作用。

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d.参与代谢作用。 e.抗氧化作用。 f.解毒作用。

2.1.2金属配合物的生物功能

当金属元素与活性有机配体反应形成配合物后，其配合物往往具有一些新的独特的生理生化功能;或有些生物物质必须与微量金属元素结合后，才能正常发挥其生化功能。因而金属配合物，特别是多元金属配合物在生命过程中起着十分重要的作用。例如:生物体在新陈代谢过程中，几乎所有的化学反应都是在酶的作用下进行的，酶是一种生物催化剂。若失去金属离子，酶的活性就丧失或下降;若获得金属离子，酶的活性就恢复。又如:酶与底物形成超分子配合物;再如:生物活性功能配合物是近年来一个活跃的研究领域，研究这些配合物的结构、性质和功能将有助于阐明生物过程中的一些复杂现象。

如上所述，微量金属元素及其配合物在生命体的活动过程中是十分重要的。尽管不同的微量元素在体内的生理生化作用不同，但这些均是人体生命活动中不可缺少的。

3有机金属配合物与药物化学和医学

包括锌、铜、铁在内的必需微量元素以及由它们构成的有机金属配合物在生物体中所起的重要作用从另一个侧面表明:有机金属配合物在医药学领域中也具有潜在的研究及应用价值。

鉴于微量元素在机体内多以结合形态参与复杂的生理生化或病理生理过程，且微量元素多与有机物结合的形式发挥其抗病、防病的作用，因而金属配合物目前在医学及药学研究中已经得到广泛应用。常见的有关应用有如下几个方面。

3.1配位体作为鳌合解毒药物

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配体化学疗法利用配体与金属离子间的络合作用排除体内有毒元素。如:23一二硫基丙醇可从机体内排除汞、金、锅、铅、锑、砷等离子;EDTA是一广谱络合剂，在机体内可排出钙、铅、铜、铝、金等离子，其中最为有效的是治疗血钙过多和职业性铅中毒;二琉基丁酸因其具有良好的耐受性和副作用缓和，对血铅和尿铅等有明显的减低作用，被广泛用于治疗铅、汞和砷中毒。

3.2配合物作为抗菌抗病毒剂

金属配合物抗菌活性研究较早的是8一羟基喹啉金属配合物，8一羟基喹啉和铜、铁各自都无明显的抗菌活性，当8一羟基哇琳与金属离子在生理温度及pH条件下形成配合物后，其配合物却呈现较强的抗菌作用。

缩氨基硫脲及其衍生物与金属离子形成的配合物，也具有广泛的抗菌和抗病毒作用。

3.3配合物用于治疗其它疾病

配合物在这方面的应用实例有很多，如:常用药物硫酸亚铁有收敛性及对胃刺激的副作用，因此，带有配合物性质的亚铁药剂成为治疗缺铁性贫血的重要补充药物，如葡萄糖酸亚铁、富马酸亚铁、甘氨酸亚铁、柠檬酸铁配合物等;

阿司匹林及水杨酸衍生物与铜配合后可使其抗风湿的疗效提高;

近年来研究较多的抗癌药物，其中一个重要部分就是金属配合物。随着人们对金属配合物的药理作用认识的进一步深入，新的高效、低毒、具有抗癌活性的金属配合物不断被合成出来，其中包括某些新型铂配合物、有机锡配合物、有机锗配合物、茂钦衍生物、稀土配合物、多酸化合物等。

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3.4配合物用于诊断检验

疾病诊断的主要手段有X射线、超声波、放射性同位素和核磁共振等。为了提高检测准确度和效率，常用了各种造影剂和显影剂。核磁共振成像能够判别百万分之一的结构细微差别。为了进一步提高测试的灵敏度，常选用了能促进质子弛豫速度的常磁性和强磁性金属离子，如Fe3+、Mn+2、等。

在临床检验中，常利用配位反应生成具有特殊颜色的配合物来进行检验分析，如:测定尿中铅的含量，常用双硫腙与Pb+2离子生成红色鳌合物再进行光度分析。

4中药现代化研究中的微量金属元素及其配合物

以上所述的内容是从西医药的角度看微量金属元素及其配合物，而在中医药领域中其研究状况也在不断发展。近年来，国内外对天然植物药、中草药做了大量的研究工作，研究对象主要是天然植物药、中草药中的活性有机成分，从活性有机成分的提取、分离、分析到有机成分的结构剖析、生理和药理作用的研究等等。另一方面，随着中药现代化研究的不断进行和深入展开，生物无机化学、生物有机化学以及有关的有机金属配合物的理论和研究方法也逐步渗入到了中医药的研究和应用领域中，因此近年来的研究工作还逐步涉及到了中草药中的无机金属元素及其配合物。

4.1中草药中的微量金属元素

由于人类对微量元素的认识是漫长而逐渐加快加深的过程，随着对微量元素在生命过程中的意义有了更深入的认识和了解，人们对中草药微量元素的生理药理作用也在不断加深理解。植物中各元素对植物生命和对人及动物起着怎样的生理作用，这是科学发展史中一直在研究的问题。

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只有了解植物组成和各元素的生理作用以及与人和动物的关系，才有可能按照人类的意愿用中草药更有效地防治疾病。目前己有的资料可以证明，一些必需微量金属元素在许多生物大分子如核酸、蛋白质、酶、激素中具有特异的生理功能，它们是机体细胞正常新陈代谢所必需的催化剂。这些元素的缺乏或过多就会引起人体疾患。因此，人们对中药中金属元素的种类、含量、结构组成、存在状态、无机元素与疗效的关系等方面进行了研究。

4.1.1微量元素与中药性味归经

对中草药己有的研究认为，微量元素是中药归经和药性物质基础的重要组成部分。中药的四性与其中无机元素的分布值有关，如某些元素含量高的是温热药，反之则是寒凉性药。故药物中各种微量元素含量水平是植物类中药四性决定因素之一。

4.1.2微量元素与中药的量效关系

已有大量的实验与临床证实，中药所含微量元素的种类及含量与中药的功效有着密切的关系。如中药的收涩、温里、芳香化湿和补阳作用与中药中锰的含量有关;中药的平肝和风、清热活血和补阴作用与中药中锌的含量有关。抗癌中药中硒的含量明显高于其它中药。中药的功效不仅与其所含微量元素的种类、含量有关，还与某些微量元素的含量比有关。最典型的是Zn与Cu比值与改善心血管疾病症状具有极大的相关性。

4.1.3中草药中微量元素的赋存状态与药理作用

近年来，随着分子生物学的发展和分析测试技术的进步，人们已经逐步认识到:中草药中微量元素的结构组成及赋存状态与中草药的性状和疗效有密切的关系。传统中药多以汤剂为主，经水煎煮后多为有机物、无机物及其配合物的形式兼并存在，并相互协同、相互补充、相互渗透、相

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互制约或相互影响其活性，并参与机体内各种生化反应，促进机体自身调节，趋求新的阴阳平衡，从而达到治疗目的。已有的研究表明，在植物药的研究中，往往集中于中草药的有机成分，提取确定了许多活性有机成分，但仍不能全面反映植物药的功效，这可能与金属元素的丢失有关。因此，对于中药有效活性成分，可能是其中的有机成分，也可能是其中的微量元素，但更可能是它们之间形成的配合物。

4.2中草药中的有机金属配合物

由于中药微量元素是中药有效化学成分之一，它具有一定的生物活性，它的生物活性主要由其存在状态(即化学物种形态)决定，因而这种微量元素的赋存状态决定着中药中微量元素间、微量元素和有机成分间的协同和拮抗作用，进而影响和改变微量元素的生物活性，其中微量元素和有机成分的配合作用是这种影响的主要方面之一。微量元素形成配合物后(即改变了化学物种形态)，其生物活性可以具有原来两种成分的生物活性，可以提高某一成分的生物活性或降低其毒副作用，也可以产生两者所不具备的新的生物活性。近年来人们在这一研究领域做出了不懈的努力。其中，微量元素的配位态即有机金属配合物的研究就是一个十分重要的内容，属于更高层次的微量元素形态分析。基于中药中化学成分的多样性和化学反应的复杂性，人们将配位化学理论引入到该领域的研究中，形成了中药配位化学学说。

4.2.1中草药中作为配体的活性有机成分

中草药中的有机成分虽然多种多样和结构复杂，但是从其分子结构看，能够与微量金属元素(主要是过渡金属元素)形成配合物的有机分子一般都含有羟基(一OH)、羰基(>C=O)、羧基(一COOH)、氨基(一NHZ)或杂环N等配位基团。这些有机分子的配位基团与金属元素可通过配位键结合形成配合物，这就是中药中微量金属元素与活性有机分子相互反应形成配合物的可能性和可行性，因此络合作用在天然药物中是普遍存在的。

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4.2.2中草药中的金属配合物及其生理作用

由于植物体内本身含有众多的天然有机配体，则植物中或其提取液中微量金属元素多以络合态或结合状态存在，它们主要以配位键的形式与各种有机配体结合，并以络合态或结合态的形式参与复杂的生理生化或病理生理过程，发挥抗病、防病作用。因而植物药的活性成分也可更多地归结为无机物与有机物的协同作用而发挥其最佳的效应。

中草药中的有机化学成分和微量元素的含量与分布是非常复杂的。微量元素与微量元素之间，微量元素与有机成分之间可形成各种形态或配合物。

5结束语

从配位化学的角度看，微量元素和有机化合物反应生成的配合物存在着配位平衡，此平衡体系可以呈现出原来成分的生物活性，但又由于微量元素间、有机成分间、配合物间以及它们相互间的协同和拮抗作用可以增强或减弱原有各成分的生物活性，也可产生新的生物活性。因此，这一领域的研究工作是非常有意义而又是艰辛的，需要多学科的相互支撑和融合。

参考文献

[1] 游效曾.我国配位化学进展[J].化学通报，1999，(10):7一9

[2] 陶京朝.新型氮杂大环化合物的研究[J].化学学报，2001，(l):91一97

[3] 闰冰.新型一维链状氰根桥联配合物的合成与晶体结构[J].高等学校化学学报，2001,22(2):267一70

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[4]ChenCT,SnsliekKS.One dimensional coordination polymers:applications to material science[J].Coord Chem Rev,1993，128:293一322

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