酰腙

1.1 酰腙化合物的研究进展
1.1.1 酰腙化合物概述
1864年H.Schiff首次使用氨基化合物与羰基化合物进行脱水缩合反应得到一类如图1-1所示的新型的化合物，在此之后，人们将含有C=N基团的这一类型的化合物称之为希夫(Schiff)碱。

C O R1
R2
N R3
H
H
+C N
R1
R2
R3+H
2
O
O
C
H
N
R3N C
R1
R2
图1-1 Schiff碱结构通式图1-2 酰腙结构通式Fig.1-1 Structural formula of Schiff base Fig.1-2 Structural formula of hydrazone 酰腙类化合物是由酰肼类化合物与相应的醛或酮进行缩合得到的产物，它们的的结构通式如图1-2所示，含有羰基、亚氨基、次氨基等基团，所以酰腙类化合物也是希夫碱化合物的一种。

由于次氨基上的孤对电子与羰基及亚氨基可以形成P~π共轭，所以酰腙类化合物与其它Schiff碱相比，性质更为稳定，不易发生水解。

Schiff碱类化合物在其被发现后的近70年里，并没有引起科学研究者们太多的兴趣，直到1931年P.Pfeiffer[1, 2]等人合成了大量的水杨醛及其衍生物、吡咯醛、邻氨基苯甲醛类希夫碱化合物，并对它们的金属配合物做了系统大量的研究工作[3]，有关Schiff碱类化合物的研究才得到许多化学工作者们的关注。

酰肼类化合物在接近生物体内环境的条件下，有着较高的活性，可以和生物体内许多微量元素进行反应，起到抗肿瘤、抗结核的作用，在生命科学领域是一大研究亮点[4,5]。

由于酰肼结构中-NH2基团的存在，这类化合物对生物体有一定的毒害作用。

酰腙类化合物是酰肼类化合物改性后得到的一类Schiff碱化合物，与原料酰肼相比，酰腙类化合物具有更好的生物活性，对生物具有更低的毒性。

近年来，国内外许多研究人员对酰腙类化合物进行了深入细致的研究，研究者们发现，该类化合物在生物及药物活性、催化材料与分析试剂有着广泛的应用前景，某些酰腙类化合物甚至还具有抗癌的作用[6-10]。

自20世纪60年代年代以来，顺铂类抗癌药物的出现和临床应用，使得无机药物的研究有了新的发展，从配位化合物中选择出活性较强的药物成为了一个新的热点。

酰腙类化合物本身就具有很强的生物活性，且结构稳定，有很强的配位能力和多样的配位方式，所以有很多研究者选择酰腙类化合物作为配体，与稀土金属、过渡金属合成配合物，研究他们的生物活性，希望能够找到具有更好的抗菌、抗肿瘤的金属基药物。

1.1.2 酰腙化合物的分类
酰腙类化合物的分类一般按照化合物所含有酰腙基团的个数将其分为单酰腙、双酰腙、三酰腙及多酰腙。

a.单酰腙
单酰腙化合物是酰腙化合物中最为常见的化合物，它含有一个酰腙基团。

如使用亚苄基丙酮与苯甲酰肼进行脱水缩合得到的产物1。

C O
H N N C
CH 3C H C H
1
图1-3 单酰腙化合物
Fig.1-3 Single-hydrazone compounds b.双酰腙
含有两个酰腙基团的化合物称为双酰腙类化合物。

得到双酰腙类化合物一般有三个途径：
(1)单酰肼与二元醛或酮进行反应；如使用丁二酮与异烟肼反应得到的化合物2[11]
(2)双酰肼与醛或酮进行缩合反应；如使用对苯双酰肼与芳醛进行反应得到的化合物3[12]。

(3)含有酰肼基团的酰腙化合物与醛或酮进行反应；如使用二-2-吡啶酮和甲基（缩氨基脲基）乙酰肼缩合得到酰腙化合物4[13]。

N C O
H N N C
CH 3
C
CH 3N NH C O N 2 CONHN CONHN CHAr CHAr N N C N N H C
O Me N
N H H 2N O
3 4
图1-4 双酰腙化合物
Fig.1-4 Diacylhydrazone compounds. c.三酰腙和多酰腙
含有三个或多个酰腙基团的一类化合物分别被称为三酰腙或是多酰腙，该类化合物一般是由单酰肼或是多酰肼与多元醛或酮反应得到。

2,6-二乙酰基吡啶和碳酰肼缩合反应得到多酰腙化合物5[14]，乙二醛和草酸二酰肼反应可以得到酰腙聚合物6[15] N N H N H N O N H N O NH N
5 6
图1-5 多酰腙化合物
Fig.1-5 Multi-hydrazone compounds
1.1.3 酰腙化合物的应用
a.生物活性方面的应用
在对酰腙类化合物的性质研究中，其生物活性是人们研究最多的一个方向。

由于其独特的结构，使得酰腙类化合物具有低毒、抗菌抑菌及抗肿瘤等方面的生物活性，在医药、农药等领域有着很大的应用前景，在这些方面有很多的文献报道[16-22]。

陈桐滨等人以3,4-呋喃二羧酸与相应的醛、酮为原料，设计合成出6个含有呋喃环的双酰腙类化合物，并针对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌及金黄色葡萄球菌这3种菌种进行了抑菌性能测试实验。

实验结果表明，6个酰腙化合物均具有较为理想的抑菌性能，而且发现，呋喃环和氯原子的引入有助于该类酰腙化合物抑菌活性的增强[23]。

叶英等人在微波辐射条件下合成一系列吲哚类酰腙化合物，并使用大肠杆菌、沙门氏菌及金黄色葡萄球菌等菌种进行了抑菌实验。

实验表明，该类型化合物对所测试菌种均具有不同程度的抑制作用，尤其是对金黄色葡萄球菌抑制作用显著。

在所测试的化合物中，4-氟苯甲醛吲哚类酰腙化合物对金黄色葡萄球菌抑制作用最强，与目前用于临床的一些抗菌药物对金黄色葡萄球菌抑制作用相比，它可以达到相同甚至超过一些药物的作用。

所以，该类化合物是一种很有开发前景的抗菌药物[24]。

龙德清等人以没食子酸为原料，合成了一系列的3,4,5-三卞氧基类苯甲酰腙化合物，并对该类型的化合物进行了生物活性测试。

实验结果表明，所有目标产物对小麦赤霉菌和水稻纹枯病菌均有很强的抑制作C H N H N C O C O H N N C H n
用，其中，在苯环上对位引入氯原子的酰腙化合物的抑菌活性最强，对两种细菌抑制率均在90％以上[25]。

Faisal Hayat等人以8-羟基-喹啉为起始原料，合成了一系列的酰腙类化合物，经试验测定，所得化合物具有广谱抗菌和抗原虫的性能。

部分化合物的抗菌和抗原虫性能甚至比传统抗菌药物甲硝唑的效果要好[26]。

邹敏等人构建并合成了1-(2-羟基苯甲酰基)-3-甲基-4-取代苯腙基-吡唑啉酮(3a-3f)和2-取代苯腙基-3-(2-羟基苯甲酰腙基)-丁酸乙酯(4a-4f)这两类酰腙化合物，并对目标产物进行了抑菌性能测试。

研究结果表明，化合物3a-3f对大肠杆菌、白色念珠菌的抑菌率均达到或接近100％，具有极强的抑菌性能；对金黄色葡萄球菌的抑制率在78％以上，有较好的抑菌活性。

化合物4a-4f对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率都在70％以上，有较强的抑制作用。

对实验结果进行分析还发现在苯环对位引入Br、Cl等卤素原子，可以显著增强化合物的抑菌性能[27]。

孙金平、胡国强等人设计、合成了3-甲氧基肉桂醛左氧氟沙星酰腙类化合物，并研究了该类化合物的抗肿瘤性能，对该类化合物抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡的作用机理做了深入研究。

研究表明，该类一些化合物对抑制肝癌细胞有着非常强的活性,可以作为一种潜在的抗肿瘤开发药物[28]。

经研究表明，肿瘤与胃泌素释放肽受体(GRPR)的关系密切，在胃癌、肺癌和结肠癌等肿瘤中均发现存在着泌素释放肽受体的异常表达。

因此，该受体可以作为癌症诊断治疗的一个新的有效的靶点。

李婷婷、姚日生等人的研究表明，一些L-苯丙氨酸类酰腙化合物对GRPR有着很好的活性，从而对肿瘤细胞的增殖有着很好的抑制作用。

李婷婷在此基础上对实验结果进行了初步的构效关系讨论，为后期寻找抗肿瘤活性更强的小分子GRPR抑制剂的研究提供了一定的基础[29]。

倪振杰等合成了10种1-取代哌啶-4-酮芳甲酰腙化合物，并使用标准的MTT法测试了所得产物抗白血病的活性。

测试结果表明，部分所得化合物对白血病K562细胞有着很好的抑制作用[30]。

NoblVa等人以水杨醛半碳酰腙及其衍生物作为配体合成了5种钒的配合物, 并使用所得配合物进行了体外肿瘤抑制活性的测试。

测试结果显示，经处理过的肾肿瘤细胞的存活率非常低,表明这些配合物对肾肿瘤细胞的抑制作用显著,该类配合物对肾肿瘤细胞有着很高的选择性[31]。

b.分析方面的应用
由于酰腙类化合物有着优良的配位能力，可以和多种金属离子形成稳定配合物，在分析与金属萃取等方面有着很广的研究空间。

研究发现，部分酰腙类化合物对Zn2+、Al3+等阳离子有着很好的检测效果。

梁卓文等人合成了水杨醛草酰二腙，并研究了该化合物与Zn+在溶液中的荧光反应。

结果表明，在一定条件下，溶液的荧光强度与Zn+的浓度呈线性变化，并且该化合物对Zn+有着很好的选择性，所以该方法可以用于Zn+的测定。

使用该类化合物在对含锌营养食盐及人发
中Zn+含量的测定实验中，结果令人满意[32]。

刘建宁、王晓蕾等人研究合成了2,4-二羟基苯乙酮苯甲酰腙、邻羟基萘醛水杨酰腙等化合物，并研究了其与Al3+的荧光反应条件。

研究表明，在一定条件下，该化合物可以和Al3+形成稳定的配合物；在Al3+一定的浓度范围内，荧光强度与Al3+的浓度成线性关系，因此，改试剂可以用于Al3+的检测。

目前，该方法已经很成功的应用在葡萄糖注射液、牛奶、油条及生理盐水中Al3+的含量测定[33,34]。

张有明、任海仙、刘艳红等人合成一系列的酰腙类化合物，并研究了该类化合物对阴离子的识别作用。

研究表明，部分该类化合物能很好的识别F-、CH3COO-等阴离子，通过溶液颜色的变化，甚至可以对这些阴离子实现裸眼识别[35-37]。

c.其他功能材料方面的应用
在文献报道中，还发现某些酰腙类化合物在光学、电学等方面还有着应用。

近年来由于新型非线性光学(NLO)材料，尤其是倍频材料在集成光学、光学通信等方面的应用有着重要的作用。

因此，新材料的开发受到人们的重视。

在该类材料中，倍频效应是NLO效应中最为常见的一种，其大小由SHG（二次谐波发生）表示。

在结构上，具有较大SHG系数的特点为：共轭，电荷转移非中心对称[38]。

一些芳香酰腙及其配合物具有能在一定程度上满足较大SHG系数的特点，对其进行一定的修饰后有望能具有较大SHG系数，是一种潜在的该类型材料。

研究发现，一些氨基芳酰腙具有NLO性质，使用该类化合物作为环氧树脂的硬化剂后，甚至使得环氧树脂也具有NLO性质。

迟成林等人研究合成了三苯胺甲醛二苯腙，并对其光电性能做了研究。

研究结果发现，该化合物可以作为载流子传输材料，在平板光导器件的制作上据有一定的应用价值[39]。

1.2 酰腙配合物的研究应用
1.2.1 酰腙化合物的配位方式
酰腙类化合物的结构中含有可用于配位的N、O原子，具有很强的配位能力，它可以与过渡金属元素、稀土金属元素甚至能一些主族元素形成配合物。

其中许多的配合物具有很好的生物活性。

酰腙类化合物具有酮式和烯醇式这两种互变异构体，加上取代基上可能还有合适的配位点，使得酰腙类配体具有多样的配位形式[40-43]。

a.酮式与烯醇式配位
如同羰基化合物存在酮式与烯醇式的互变异构体一样，酰腙基团也存在两种互变异构体：酮式结构和亚氨基上的H转移到羰基的O上后形成的双键共轭的烯醇式结构，如图1-6所示。

O C H N N
C C N OH N C
酮式 烯醇式
图1-6 酰腙化合物互变异构
Fig.1-7 Tautomers of hydrazone compound
由于酰腙基团的烯醇式结构是不稳定的，所以未配位的酰腙化合物主要是以酮式结构存在的。

但是形成配合物后，脱去一个质子的烯醇式结构是很稳定的，因此酰腙基团的配位方式有酮式和烯醇式这两种。

形成配合物时，哪一种配位形式占据主导地位，这与反应体系的溶剂、酸碱度以及金属化合物的阴离子等因素有关。

在碱性条件下，由于O 的吸电子作用比N 的强，-OH 比-NH-更容易失去H ，所以碱性条件下，更有利于烯醇式配位[44]。

在常见有机溶剂如甲醇、乙醇中，将反应体系调节至强酸性时，酰腙基团在一般情况下采用酮式配位[45]。

如果不调节反应体系中的酸碱度，配位方式受阴离子的影响较大，一般情况下，与硫酸盐、高氯酸盐、硫氰酸盐等金属化合物反应比较容易得到酮式产物，而与醋酸盐反应比较容易得到烯醇式产物[46]。

总的来说，在一般情况下，碱性的环境有利于烯醇式配位，而酸性条件下则更有利于酮式配位，阴离子对配位方式的影响没有酸碱度的影响显著。

b.单齿和双齿配位
在酰腙化合物中含有羰基O 和亚胺N 这个配位原子，一般情况下，采用双齿配位与金属离子形成一个稳定的五元环结构。

但当反应体系中有其它合适的配位点存在时，也可能采用单齿的配位方式。

如乙酰基二茂铁水杨酰腙与LnC13反应得到以羰基O 配位而亚胺N 未配位的酮式产物7[47]。

邻氨基苯乙酮水杨酰腙与CdCI 2反应得到的以亚胺N 配位而羰基O 未配位的酮式产物8[48]。

O
O H N N
Me Fc H 2O N H O N Fc Me 图1-7酰腙化合物的配位模式 Fig.1-7 Coordination modes of hydrazone compound
H C NH N NH C O Cl OH
c.其它的配位原子参与的配位形式
若酰腙基团的两边存在有合适的可配位原子（如N，O）或基团（如-NH2，-COOH），则整个酰腙化合物呈现可变键合[49,50]。

如水杨醛苯甲酰腙在不同条件下的发生配位反应，至少可能会出现以下4种配位方式[51]，如图1-8。

O
Ph OH
N
NH
O
Ph
N
O
Ph
M
图1-8 水杨醛苯甲酰腙的配位形式
Fig.1-8 Salicylaldehyde benzoyl hydrazone coordination modes
1.2.2 酰腙配合物的应用
a.生物活性方面的应用
由于酰腙类化合物有着很好的生物活性，因此，许多该类化合物的配合物也有着十分优良的生物活性。

研究发现，配合物的生物活性一般优于配体在该方面的性能，因此，酰腙类配合物在药物开发方面有着很广阔的前景。

这一方面的研究有着很多的报道，是该类型化合物的研究热点。

程翠霞等以吡啶-2,6-二甲酰肼为原料，合成了一系列的吡啶类双酰腙化合物，并以所得该类型化合物作为配体，分别与硝酸锌、硝酸铜、醋酸锰和硝酸镉等金属盐反应，得到双酰腙配合物，并所得的酰腙类化合物及其配合物进行了抑菌性能和除草性能等生物活性的测试。

抑菌测试结果表明该类化合物及配合物对不同菌种表现出选择性，而且配合物的抑菌活性要强于配体的性能。

所得产物均对黄瓜灰霉表现出较好的抑菌活性，但对棉花炭疽和苹果轮纹这两个菌种作用很不明显。

使用平皿测试法测试了部分化合物对植物生长的抑制作用。

测试结果表明，部分化合物对稗草的根和茎的生长都有一定的抑制作用，而且对根的抑制作用比对茎的抑制作用要强；配合物对植物根和茎生长的抑制作用明显要强于配体的作用[52]。

孙纲春等人设计并合成出4-(3-吲哚基)-3-丁烯-2-酮苯甲酰腙化合物，并得到锌、铜、钴及镍的四种配合物，对所得产物的抗菌及抗肿瘤等生物活性进行了测试。

使用滤纸片法测试了化合物的抗菌性能，测试结果表明，在同浓度下，配合物的抑菌效果要好于配合物的抑菌效果，其中铜配合物的抑菌性较强。

使用了MTT比色法测试了配体和配合物的
体外抗肿瘤活性，实验表明，配体与配合物对KB人口腔上皮癌、Bel7402人肝癌细胞有一定的抑制作用[53]。

Mohammad S 等人合成研究了四氮杂环席夫碱类化合物及其锌、铜、钴的配合物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、变形杆菌和枯草杆菌的等菌种的杀菌活性。

结果表明，配合物对菌种的抑制作用比配体的作用强。

在配合物的活性中，镍配合物的活性较弱[54]。

李恒欣等人合成了呋喃甲醛水杨酰腙及其稀土配合物，并采用菌落直径法测试了配体和配合物的抑菌性能。

抑菌实验表明，配合物对烟草赤星菌和辣椒疫霉的抑制作用较强，且优于配体的抑菌性[55]。

王飞利课题组合成了吡啶-4-基甲醛异烟腙、对甲氧基苯甲醛异烟腙、呋喃-2-基甲醛异烟腙和对硝基苯甲醛异烟腙等化合物，并得到钌酰腙类Schiff碱配合物，并通过打孔琼脂扩散法对配合的抑菌性能进行了研究。

研究结果表明，除对甲氧基苯甲醛异烟腙钌配合物对大肠杆菌没有活性外，其余配合物对所测试菌种均有一定的抑制作用，其中对硝基苯甲醛异烟腙钌配合物的抑菌性相对最好。

通过MTT法研究了配合物对人肺癌细胞株A549的抑制作用。

研究发现，吡啶-4-基甲醛异烟腙钌配合物对细胞的诱导凋亡能力较强[56]。

b.其他功能材料方面的应用
酰腙类配合物在催化材料、发光材料等领域也有着许多的应用。

侯俊先等人合成苯甲醛苯甲酰腙、2-甲氧基苯甲醛苯甲酰腙及2,4-二甲氧基苯甲醛苯甲酰腙等化合物。

利用合成的这些化合物与二氯化钛进行反应，得到一些列酰腙类钛的配合物，并研究了该类型配合物在常压下对乙烯聚合的催化作用。

结果显示，该类型配合物对乙烯聚合均有催化活性，而且2-甲氧基苯甲醛苯甲酰腙钛的配合物的催化活性要优于其余的配合物[57]。

曾有文献报道，一些多官能团的双酰腙化合物与金属离子形成的多核配合物可作为均相或多相催化剂，一些钯的酰腙类配合物对不饱和烃的加成有着很高的催化活性[58]。

何水样课题组合成了2-羰基丙酸水杨酰腙等化合物，并与镝得到金属配合物。

发光性能测试研究表明，该配合物具有很好的荧光性能，在光学材料的领域里有着潜在的应用价值[59]。

在新型非线性光学(NLO)材料研究中发现，不仅一些酰腙类化合物有着很好的应用前景，一些酰腙类配合物也具有该类材料的优良性能。

游效曾院士等曾经测定了很多硫代酰腙类配合物的SHG系数，一些酰腙类配合物合物的测试数据令人满意，如2-氯苯甲醛缩氨基硫脲配合物的SHG系数甚至比尿素的高出19倍左右[60]。

1.3 选题依据与研究内容
1.3.1 选题依据
芳酰腙类化合物在合成上具有较大的灵活性，跟金属离子有很好的配位作
用，是一类很重要的含氮配体。

同时芳酰腙类化合物具有一定的杀菌抑菌、抗病毒及抗肿瘤等生物活性，在功能材料领域也有着很广的应用前景，这些原因使得芳酰腙及其配合物的研究变得十分广泛，特别在相应配合物的合成与应用等方面有着很好的发展。

研究表明，大部分酰腙类化合物的配合物与原配体相比，原有的性质能得到进一步的加强。

本课题选用可作为食品微量添加剂的亚苄基丙酮为母体合成一系列的酰腙类化合物及配合物。

主要研究所得的酰腙类化合物及其配合物的合成与抑菌活性等性质，对培养出的单晶进行一系列的表征，对其潜在的应用价值进行研究，希望能为医药、材料或催化等领域的开发提供一些可靠的信息，能为开发出相应的产品提供一些依据。

1.3.2 研究内容
本课题设计并合成以亚苄基丙酮为母体的酰腙类化合物及其过渡金属配合物，并通过X-射线单晶衍射等测试手段对所得配合物晶体的结构进行了表征，研究配合物的构建及性质，并对所得的部分配体和配合物进行了抑菌性测试，检测其抑菌性能。

具体研究内容为：
a.合成
(1)以苯甲酸、对甲氧基苯甲酸及2-呋喃甲酸等酸为原料得到相应的酯，进而与水合肼合成酰肼类化合物；
(2)利用所得的酰肼与亚苄基丙酮反应合成得到酰腙类化合物；
(3)使用已合成的酰腙类化合物作为配体与相应的过渡金属盐反应合成新型配合物。

b.晶体的培养
晶体的培养方法采用两种常用方法：自然挥发法与水热法。

c.检测
利用红外光谱、热重分析及X-单晶衍射等手段对各种配体及其配合物进行一系列的表征，研究配体和配合物的组成、结构、配位方式及物理化学性质。

通过抑菌性实验测试，了解所得酰腙类化合物及其配合物的抑菌性能。