吡啶-4-甲醛.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流吡啶-4-甲醛.精品文档. 有机化学论文学 院：土木工程与建筑学院专 业：防水材料与工程2班姓 名：吴 登学 号：1110612213指导老师：庞海霞日 期：2012年10月25日 吡啶-4-甲醛的性制CAS: 872-85-5分子式: C6H5NO分子量: 107.11沸点: 198熔点: -2-4中文名称: 4-吡啶甲醛；4-甲醛吡啶；吡啶-4-甲醛英文名称: 4-Pyridinecarboxaldehyde；4-Pyridylaldehyde；isonicotinaldehyde；4-formylpyridine；4-pyridinealdehyde性质描述: 微黄色油状液体。沸点82-83（2.13kPa），相对密度1.122，折光率1.5352（25）。闪点54。能溶于水及乙醚。结构式 吡啶-4-甲醛的合成方法 摘要：4-,1：啶甲醛合成的新工艺，是以4-,1：啶甲醇为原料，选用二氧化锰为氧化剂，三氯甲烷作溶剂，直接反应生成4-,1：啶甲醛。该方法的优点是成本比较低，适合工业化生产。同时研究了不同的氧化剂、氧化剂的用量以及反应时间对生成物中4-,1：啶甲醛的含量的影响。采用液相色谱测定4-,11：啶甲醛的含量。 QIN Weiwei ，CAI Xiukai ，YU Oong-hai2，et a1(1College of Material ScienceEngineng，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China；2Jinan Che,hm-ShuaagdaChemical CoLTD，Jinan 250100，China) Abstract：A new synthetic method of4-pyridylaldehyde is the focus of the paperAccording to the method，afterthe mixture of4-pyridinecarbinol and manganese dioxide in chloroform is stirred。4-pyridylaldehyde will begenerated directlyThe advantages of this n6hr method are its low cost and its suitability for industrial producdonLiquid chromatography WaS carried out to study the efects of diferent kinds of oxidants，the dosage of oxidant，dnd the reaction time on the experiment resultsThe yield of 4-pyridylaldehyde WaS also determinedby liquid chromatography Key words：organic synthesis；4-pyridinecarbino；manganese dioxide；liquid chromatography；4-pyridylalde-1wde. 摘要 4-吡啶甲醛是乙酰胆碱酯酶抑制剂盐酸多萘哌(donepezil hydrochloride)的中间体原料。该产品非常容易氧化，储存很不方便，经常需要现用现制备。文献报道其合成方法，主要有以下两种，一是以4一甲基吡啶为原料，采用催化氧化法¨-3j，该方法的优点是成本比较低，适合工业化的生产，但是该法需用较大型的工业设备，不宜进行小批量的生产。二是以异烟酸为起始原料经过酯化、肼解、氧化得到4-nIL啶甲醛【4，该法的优点是比较适合实验室内小批量的生产，但是该方法产率不高，反应时间长，不适合放大生产。本文以较容易得到的4-nIL啶甲醇为原料直接氧化生成4-nIL啶甲醛，反应时间短，产率高，既适合实验室的小批量生产，又能放大到工业化的生产中。收稿日期：200606一Ol作者简介：秦伟伟(1982一)，女，山东德州人，山东建筑大学材料科学与工程学院在读硕士，主要从事有机化学合成方面的研究维普资讯 1 实验部分11 试剂与仪器采用以下试剂：4一吡啶甲醇(工业品)，氯仿(工业品)，二氧化锰(分析纯)；仪器：电热套，旋转蒸发器(星海旋转蒸发器无锡市星海王生化设备有限公司)，高效液相色谱分析仪(LC一10ATvp型高效液相色谱分析仪)。12 实验过程在带搅拌、回流装置的250mL三颈瓶中，依次加入一定量的4一吡啶甲醇、氧化剂和氯仿，搅拌溶解，然后用旋转蒸发器进行浓缩处理，最后减压蒸馏得到4一吡啶甲醛粗品。其反应如图l L5 所示。 图1 4一吡啶甲醇氧化生成4吡啶甲醛简单原理13 产品的分析对粗制品进行液相色谱分析，检测4一吡啶甲醛的含量，进而选择合适的氧化剂以及氧化剂的用量，得到制备4一吡啶甲醛的最优方法。2 结果与讨论21 氧化剂的选择在带搅拌、回流装置的250mL三颈瓶中，加入15g 4一吡啶甲醇，100mL三氯甲烷，然后分别以MnO2、SeO2、KMnO4和K3Fe(cN) 6作为氧化剂，搅拌回流反应3h，然后对产品进行浓缩，减压蒸馏，分别得到1214g、1096g、1045g、795g 4一吡啶甲醛粗品，不同氧化剂的产率如表1所示。当选用M-为氧化剂时得到4一吡啶甲醛的含量较高，且产率也高。所以我们确定最佳的氧化剂为MnO2。 表1 不同氧化剂对产率的影响 以二氧化锰作催化剂的反应原理如图27-9 所示。 在带搅拌、回流装置的250mL三颈瓶中，加入15g4一吡啶甲醇，100mL三氯甲烷，然后分别加入15g、30g、45g、60g、75g M 作为氧化剂，搅拌回流反应3h，然后对产品进行浓缩，减压蒸馏，分别得到621g、885g、1193g、121lg、1206g 4一吡啶甲醛粗品。 图3为MnO2的用量对产率的影响，当M- 的量少于60g时产率及含量都相应的较低，通过分析可以确定在生成物中有大量4一吡啶甲醇，表明反应不完全；当MnO2的量超过60g时，产率及含量也相应的较低，经分析确定生成物中存在4-pl啶甲酸，表明氧化剂过量将醛进一步氧化成了酸。在所做的几组试验中，当选用MnO2的量为60g时得到4-吡啶甲醛的含量最高，且产率也最高，所以综合考虑技术与经济因素，我们确定氧化剂M- 的用量为60g，即加入氧化剂的量是4-pl啶甲醇的4倍。23 反应时间的选择 在带搅拌、回流装置的250mL三颈瓶中，加入15g 4吡啶甲醇，100mL氯仿，60g MI 作为氧化剂，分别搅拌回流反应2h、3h、5h、6h，然后对产品进行浓缩，减压蒸馏，分别得到867g、1238g、1193g、1197g 4吡啶甲醛粗品。图4为反应时间对产率的影响，当反应时间小于3h时产率及 含量相应的都较低，通过分析可以确定在生成物中有大量4一吡啶甲醇，表明反应不完全；当反应时间超过3h时，产率也相应的较低，经分析确定生成物中存在4一吡啶甲酸，表明反应时间过长未反应的MnO2将醛进一步氧化成了酸。在所做的几组试验中，当反应时间为3h时得到4一吡啶甲醛的含量最高，且产率也最高，所以综合考虑技术与经济因素，我们确定最佳反应时间为3h。3 结论根据以上分析可以得出结论：将15g 4一吡啶甲醇及60gZ氧化锰加入到三氯甲烷中(质量比采用1：4)，搅拌溶解半小时后加热回流3h，冷却然后过滤浓缩及减压蒸馏即可得到4一吡啶甲醛，且含量在96 以上。参考文献：1 Fieser MFieser and fiesers reagent8 for orgauic synthesisMJohnWiley and Sonshe1984：4482 章思规精细有机化学品技术手册M北京：科学技术出版社，199215283 Boekelheide V，LinnW JA novel synthesis 0f pyridyl earbinols andaldehydesJAmChem Soc，1954，76：128612914 黄胜堂，周和平4吡啶甲醛合成新方法J咸宁学院学报20O4：l8一l95 Corra-Iamum B，Coaminellis C，H，De Batfisti AEl ealpI叩e es 0fTdSnOzsb2Os electnxks prepared bythe spray pyrolysistechniqueJAppl Eleetochem，1996，26：6836886 Frit A，Pitchon VThe current state 0f research Oil automotive leanNOx eatalysisJAppl Catal B：Enviroment，1997，13(1)：l一257 Marcus R AOn the theory 0f oxidationretion8 involving dectnmtraHBfoA"ijChem Phys，1956，24：596659708 Marcus R AOn the theory 0f electnmtrlHOA"reactions VIUnifiedhealmt ll叫 eou8 and electrode retion8JChem Phys，1965，43：6797019 MarcusRA，SutinNElectnm曲n in chemisay and biologyJBiochim Biophys Acta，1985，81l：265269 吡啶-4甲醛的衍生物1. 吡啶- 4- 甲醛缩氨基硫脲席夫 ( L) Cu ( II), Ni ( II),Zn ( II)配合物的合成及红外表征。 摘要 席夫碱( L) 的Cu ( II), N i ( II), Zn ( II)配合物, 并对配合物及配体进行了红外光谱表征, 红外分析结果表明, 配体L均能与过渡金属离子Cu ( II), N i( II), Zn ( II) 配位形成配合物, 但配体采取了不同的配位方式。 关键词: 吡啶- 4- 甲醛缩氨基硫脲; 金属配合物; 红外表征 中图分类号: O64114 文献标识码: A 文章编号: 1671- 380X ( 2008) 02- 0077- 03Syn thesis, IR cha ra cter iza tion of Cu ( II) , N i ( I I), Zn ( II） Com p lexes Ba sed on Sch iff ba se ligand D er ived fr om Pyr id ine- 4- ca rboxa l- dehyde Th iosem ica rba zone (The Institute of Coordina tion Ca ta lysis, Yichun Univer sity, Yichun, 336000 China ) Abstr ac t: Three comp lexes ofCu ( II), N i ( II), Zn ( II) based on Pyridine - 4- ca rboxa l- dehyde and Th iosem icarbazone havebeen synthesized by trad itional solutionmethod and cha racte rized through IR spec tra1 IR analysis ind icates that ligand can bonded totransition meta l ions Cu ( II), N i ( II) , Zn ( II) w ith d ifferen t coord inationmodes1 K ey word s: pyridine- 4- ca rboxa l- dehyde; thiosemicarbazone; meta l comp lex; IR characte rization 席夫碱是指含有亚甲胺基> C= N- 的一类化合物, 亦称亚胺。这类化合物, 因H1 Schiff 1 于1864 年首先发现而得名。席夫碱及其衍生物由含活泼羰基化合物和胺、氨基脲、氨基硫脲、醇胺、肼、氨基酚等反应形成, 它们性能迥异、结构多变, 可以作为螯合剂、稳定剂、生物活性剂、分析试剂和催化剂等, 广泛地应用于化工生产和科学研究。席夫碱类化合物结构上大多存在多个潜在的配位点, 它们能与过渡、非过渡、内过渡和锕系金属离子形成稳定的配合物。这些配合物在立体化学、结构、磁性、光谱、动力学和配位反应的反应机理、生物化学的模型系统、分析化学学科领域均具有重要意义2 。Sch iff碱配合物在催化剂、稳定剂等方面也有着潜在的应用前景, 它们被认为是高效、高选择性的催化剂, 仿生氧合作用中最有希望的领域之一 3- 4 。Sch iff碱配合物还能作为螯合剂、聚合物改性剂,它们结合在一些聚合物中可使产物产生诸如抗热、抗光、抗氧化、增强荧光、可塑性, 甚至改善超导材料、橡胶硫化加速剂性能等 5- 7 。缩氨基脲和缩氨基硫脲对于结核、麻风、风湿、疟疾、病毒、天花和某些肿瘤有一定的药物活性 8, 具有的抗真菌活性是由于它们的配位原子氮、硫能在生物新陈代谢中和真菌所需的金属离子发生螯合作用, 因此得到了人们的普遍重视 9 。但主要集中在水杨醛、邻香草醛等与氨基硫脲、氨基脲缩合得到的席夫碱, 而吡啶醛缩氨基硫脲类席夫碱目前研究的不多。因此, 我们合成了吡啶醛缩氨基硫脲Cu ( II) 、Zn ( II)、N i ( II) 的金属配合物, 并通过红外光谱对配合物进行了初步的表征。1 实验部分11 1 仪器和试剂 无水乙醇、氯化铜、氯化镍、氯化锌、氨基硫脲, 以上试剂均为分析纯。 吡啶- 4- 甲醛( 购自A lfa Aesar试剂公司) 以上试剂均未进行进一步纯化处理。 SHMADZU 型精密天平、DF - 1 01S集热式恒温加热磁力搅拌器11 2 配体L的合成 配体L的合成方案如Scheme 1, 将10 mmol的吡啶- 4 - 甲醛溶于15mL无水乙醇中, 慢慢滴加15mL含10 mmol氨基硫脲的乙醇溶液, 加热回流约3 h后, 自然冷却至室温, 过滤, 得白色的固体, 用少量的乙醇洗涤两次, 再用蒸馏水洗涤三次。真空干燥,称重: 11 35 g, 产率75 %。产品不溶于非极性或弱极性溶剂, 如: 乙醚、苯、烷烃,微溶于乙醇、甲醇、乙腈, 易溶于强极性溶剂, 如: DMF,DMSO。11 3 配合物的合成11 311 吡啶- 4- 甲醛缩氨基硫脲合Cu ( II)金属配合物的合成 称取012 mmol氯化铜及014 mmol配体分别溶于12mL无水乙醇中, 在不断搅拌的条件下, 将氯化铜的乙醇溶液慢慢地滴加到配体的乙醇溶液中, 在70 e 下恒温回流6小时, 待反应液冷却至室温后, 过滤, 得到黄褐色沉淀及黄色溶液, 黄色沉淀分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤两次, 真空干燥,备用。11 312 吡啶- 4- 甲醛缩氨基硫脲合Zn( II)、N i( II) 金属配合物的合成吡啶- 4- 甲醛缩氨基硫脲合Zn( II)、N i( II)金属配合物的合成方法与Cu ( II) 金属配合物的合成方法相似, 用氯化锌和氯化镍代替氯化铜和配体反应, 但得到的配合物的颜色不同, Zn( II)的为浅黄色, N i( II)的为深黄色。2 结果和讨论21 1 配体L的红外光谱 配体L的红外光谱如图1 所示, 3424 cm- 1处的吸收峰对应于N - H 键的伸缩振动吸收峰, 1595 cm- 1对应的是C=N 双键的伸缩振动吸收峰, 在1538 cm- 1的吸收峰对应于吡啶环的骨架振动, C= S双键的伸缩振动吸收峰出现在1297cm- 1, C- N 键的伸缩振动吸收峰处于1110 cm- 1。在996cm- 1、924 cm- 1、980 cm- 1处出现的吸收峰对应于C- H 键的面外弯曲振动, 红外光谱分析说明, 所合成的配体为目标配体。 图1 配体L的红外光谱21 2 金属配合物的红外光谱21 211 Cu( II)配合物的红外光谱 Cu( II)配合物的红外光谱如图2示, 与配体L的红外谱图对照可知, C= N 双键的伸缩振动峰出现在1599 cm- 1处, 而吡啶环的骨架振动吸收峰红移至1528 cm- 1处, C= S键的伸缩振动也由原来的1297cm- 1红移至1271 cm- 1, 光谱数据的变化说明, 配体L上的S原子和吡啶环上的N原子均已与Cu( II) 配位, 这说明了配体L可能是以双齿的形式参与配位的。 图2 Cu( II)配合物的红外光谱21 212 N i( II)配合物的红外光谱 在N i( II) 配合物的红外光谱中, 3424 cm- 1出现了宽而强的吸收峰, 这是配合物中存在水分子的标志, 配合物在1606 cm- 1处出现了强而尖的吸收峰, 这可能是由于配体L 中吡啶环上的N 原子与金属N i( II)形成了配位键, 同时, 从C= S双键的伸缩振动吸收峰的变化可以推测亚氨基上的N原子和C= S双键上的S原子以螯合的方式参与了配位, 配体L可能以三齿的形式与N i( II) 形成了配位化合物。 图3 N i( II)配合物的红外光谱21 213 Zn( II)配合物的红外光谱 与配体L 的红外光谱图比较, Zn( II)配合物中的主要官能团的红外吸收变化不大,如图4示。只有配体吡啶环上C= N双键在1595 cm- 1处的吸收峰, 已经蓝移至1599 cm- 1处, 这是由于配体L中吡啶环上的N 原子参与了配位, 吡啶环共轭作用减小的缘故。配合物中其它官能团的红外吸收峰基本不变, 这说明了配体只以单齿的形式参与配位。 图4 Zn( II)配合物的红外光谱参考文献: 1 Sch iffH1 Annis1 Chem, 1864, 131, 118 2 Garrett E1 R1 The Phys ica l Chemical Character ization ofthe Products, Equ ilibria, and K ine tics of the Comp lexTransformations of the Antib iotic Porfiromyc in J 1 J1Med1 Chem, 1963: 63, 488- 501 3 Matsuura T1 Bio- m imetic oxygena tion J 1 Tetrahedron,1977, 33( 22): 2869- 2905 4 She ldm T1 A1, Koch io J1 K1 Meta l- Ca talysed OxidationsofO rganic Compounds M 1 New York, Academ ic Press,1981: 8, 253 5 Dey K1 Assay of captopril by residua l base neutra lisa tion methods J 1 J1 Sc ient Ind1 Res, 1974, 33, 76 6 Dwyer F1 P1, Me llor D1 P1 Chelating Agen ts and Meta lChelates, New York, AcademicPress Inc, 1964 7 Sm ith J1 W, Inpata i S1 The Chemistry of Carbon - N itro2gen Double Bond M 1London, In tersc iene Pub lishe rLtd,1970, Chapter 5 8 张来新1 双氯乙酰基二苯并- 18 - 冠- 6的合成 J 1山西师范大学学报, 2001, 15( 2): 50 9 张来新, 杨琼1 新取代冠醚及其缩氨硫脲和缩氨脲化合物的合成 J 1 新疆大学学报, 2001: 181, 692. 吡啶-4-甲醛缩氨基酸席夫碱及其配合物的抑菌性能和量子化学研究摘要：以4 种吡啶-4-甲醛缩氨基酸席夫碱配体及其相应的4 种金属配合物为研究对象，分别对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌2 种细菌进行了抑菌实验，测定了最小抑菌浓度（MIC）。应用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP 方法，从分子前线轨道、键级、电荷分布等方面探讨这类化合物的结构与抑菌效果之间的关系，结果表明C=N 健的键级越小，化合物分子的HOMO 与LUMO 之间的能量差(E)越小，氮原子上的电子云密度越大， EHOMO 能量越高，抑菌效果越好，且抑菌活性部位可能在C=N 和吡啶环上。1 引言 近年来抑菌类产品的研究与开发，越来越引起人们重视1-5。Schiff 碱及其金属配合物因具有良好的抗癌、抑菌等生物活性而受到广泛关注。杂环化合物与氨基酸形成的席夫碱因具有多个配位原子，大大增加了与金属离子的配位能力，其配位方式一般通过氧、氮原子与金属离子配位，这与生物体系的环境非常相似，因此很有必要来研究一下这种类型的配体及其配合物的生物活性。 早期的量子化学计算方法多数使用的是半经验计算方法(如CNDO、MNDO、PM3、AM1)，这些方法较为粗糙，计算结果的可靠性不够理想。密度泛函理论(DFT)已发展成为一种重要的量子化学计算方法，它能提供非常准确的电子分布和分子几何构型等信息，通过计算分子的偶极矩、最高占有轨道、最低空轨道和电荷分布等部分参数，来研究化合物分子的构效关系。 本文以4 种吡啶-4-甲醛缩氨基酸席夫碱配体（L1、L3、L4、L5）及其相应的4 种金属配合物（H1、H3、H4、H5）为研究对象，分别对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌2 种细菌进行了抑菌实验，测定了最小抑菌浓度（MIC），对比了其抑菌效果。并采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP 方法，从分子前线轨道、键级、电荷分布等方面探讨这类化合物的结构与抑菌效果之间的关系，为进一步深入研究席夫碱的抑菌机理奠定良好的工作基础。2 材料与方法2.1 材料2.1.1 实验菌种金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。2.1.2 培养基营养肉汤培养基：牛肉膏0.5 g，蛋白胨1.0 g，氯化钠0.5 g，琼脂粉1.7 g，加水定容至100 mL，用1 mol/L的氢氧化钠调节pH 为7.07.2，高压灭菌。2.1.3 抑菌试剂吡啶-4-甲醛缩甘氨酸席夫碱（L1）及铜配合物（H1）、吡啶-4-甲醛缩DL-甲硫氨酸席夫碱（L3）及铜配合物（H3）、吡啶-4-甲醛缩色氨酸席夫碱（L4）及镍配合物（H4）、吡啶-4-甲醛缩异亮氨酸席夫碱（L5）及镍配合物（H5）均为本实验室自制。2.2 实验方法（1）培养基的制作：牛肉膏0.5 g，蛋白胨1.0 g，氯化钠0.5 g，琼脂粉1.7 g，加水定容至100 mL，用1mol/L 的氢氧化钠调节pH 为7.07.2，高压灭菌；（2）样品的配制：取样品进行无菌操作，分别称取0.3 g，加无水乙醇溶解后，定容至50 mL，摇匀,即为实验药液。（3）样品的稀释：取10 支试管，分别编号110，分别加入1 mL 营养肉汤，高压灭菌后在第1 支试管中加入1 mL 试验药液，摇匀，由第1 支试管中吸出1 mL于第2 试管，依次下去倍稀释到第9 管，从第9 管中吸出1 mL 混合液弃去，第10 管对照管（每测试1 个样品需用20 支试管分别供2 种菌）。（4）试验菌的接种：在琼脂培养基上分别移取金黄色葡萄球菌和大肠杆菌接种于肉汤培养基中培养36 h 备用。（5）在上述稀释的110 号样品中分别接种相应的菌，在37 培养箱中培养24 h，观察各管细菌生长情况。2.3 最低抑菌浓度(MIC)每1 mL 营养肉汤培养基分别中加入不同量（用倍稀法）的各种抑菌试剂，再分别接种等量已活化的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，置37 烘箱培养，24 h 内细菌不生长（不出现浑浊）的最低浓度为该抑菌试剂的最低抑菌浓度(minimum inhibition concentration，MIC)6。2.4 量化计算方法为了进一步研究结构对抑菌活性的影响，我们用量子化学考察了席夫碱配体的结构与抑菌活动的关系。4 种吡啶-4- 甲醛席夫碱的初始构型均由ChemOffice2004 程序包构建，利用Gaussian03 程序，采用DFT 算法，在B3LYP/6-31G*水平上对四种席夫碱分子结构进行几何构型优化（图1），振动分析计算结果中分子的振动模式无虚频，证明优化得到的分子结构对应于能量极小点。从计算输出结果中得到了各分子最高占有轨道的能量(EHOMO) 、分子最低空轨道的能量(ELUMO)、前线轨道能级(E)、杂原子净电荷Q(X)、分子偶极矩(Dipole/)、Wiberg 键级。在定量构效关系研究中用l g(1/MIC)表示化合物的抑菌活性。该类化合物的构造式和部分原子编号如图1 所示 L1平视 侧视 图2 席夫碱分子在B3LYP/6-31G*理论水平优化的几何构型 从分子的初始几何构型出发，寻找分子能量和能量梯度极小值的过程称为几何构型优化或者能量极小化。几何优化计算过程中持续调整分子的几何形状，直到发现势能曲面上的稳定点为止，这时被研究分子体系的能量最小，分子也最为稳定。图2是4种席夫碱分子在B3LYP/6-31G*理论水平优化的几何构型平视和侧视图。从图中我们不难发现：C=N双键与吡啶环几乎是处在同一个平面上，可能会因其空间位阻较小而有利于活性基团与微生物的蛋白质或酶发生作用，从而使抑菌效果较好。3 结果与分析3.1 抑菌实验本文测试的配体、配合物样品均按2.2 操作，得到样品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的MIC 见表1 和表2。 表1 配体、配合物对金黄色葡萄球菌的MICTable 1 MIC of staphylococcus aureus coli to complexes.配合 L1 L3 L4 L5 H1 H3 H4 H5物MIC 750 281.34 750 375 188 60.5 375 141(g/ml) 表2 配体、配合物对大肠杆菌的MICTable 2 MIC of escherichia coli to complexes.配合物 L1 L3 L4 L5 H1 H3 H4 H5MIC(g/ml)562.5 188 750 281.34 141 47 375 94由上述实验结果可以得如下结论：(1) 本文自制的配体L1、L3、L4、L5，配合物H1、H3、H4、H5 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都有抑菌活性。对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果顺序均为L3>L5>L1>L4，H3>H1>H5>H4。即含硫氨基酸形成的席夫碱具有较高的抑菌活性，而C=N 周围空间位阻越大抑菌效果越差。2）配体及配合物对大肠杆菌的抑菌活性大部分强于对金黄色葡萄球菌的抑菌活性，即抑菌活性与菌种的类型也有关系。3）配合物的抑菌活性均强于相应配体，由含硫氨基酸形成的席夫碱配合物具有较高的抑菌活性。4）金属盐及所用溶剂无水乙醇对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌活性很小或没有抑菌活性。配合物比配体抑菌活性强的原因可能为：（1）当亲脂性的配合物将金属离子输送到微生物的细胞内或直接在微生物的细胞外，可以模拟微生物生理活动的酶，从而竞争性的抑制其生理活动；（2）配合物在微生物的表面或内部时，其配位弱的溶剂分子或金属盐阴离子脱落下来，产生配位空缺与微生物体的生物质发生作用，或配合物全部解离，金属离子和有强配位能力的席夫碱分别影响微生物的细胞壁、细胞膜、酶、蛋白质、DNA、RNA，从而产生抑菌作用。3.2 量子化学计算结果采用密度泛函方法(DFT)，从计算中提取的结构参数(见表3)：最高占据轨道(HOMO)能量EHOMO，最低空轨道(LUMO) 能量ELUMO，HOMO 和LUMO 的能量差E，分子偶极矩()，C=N 的Wiberg 键级(BOC=N)，分子中杂原子的净电荷之和(Q(X)，C(6)、C(7)原子的亲核前线电子密度(fC(6)N、fC(7)N)，Schultz 分子价拓扑指数(SMTIV)，3D-Balaban 指数(J3D)。 表3 席夫碱分子部分量子化学结构参数 Table 3 The Schiff of quantum chemistry with DFT method.序号 L1 L3 L4 L5EHOMO -0.23612 -0.22464 -0.26512 -0.23601ELUMO -0.04123 -0.03016 -0.05002 -0.04128E 0.19489 0.19448 0.21510 0.19473 4.418 6.254 5.232 5.347SMTIV 1923.543 4278.319 3527.628 1153.395J3D 2.012 2.129 2.093 2.003fC(6)N 18.38 21.53 20.66 7.82fC(7)N 23.87 29.35 27.64 5.63Q(X) -0. 643 -0.696 -0.895 -0.547BOC=N 0.9214 0.8864 0.9601 0.8979 3.3 键级键级的大小反映键的强弱，由表3 可看出， C=N 的键级较小，说明该键不是很稳定。由表3 知道各C=N 席夫碱分子的键级顺序为L3<L5<L1<L4，这与抗菌活性实验结果相吻合。这可能是席夫碱分子的抑菌活性与C=N有关，C=N 与细胞内含醛基、氨基的蛋白质和酶有相互作用，从而破坏细胞的正常功能。所以C=N 键越弱越有利于抗菌，即C=N 健的键级越小抗菌效果越好。3.4 电荷分布分子中局域电荷或电子密度数值直接影响其物理和化学性质。抑菌剂分子与微生物细胞接触，产生抑菌效果，通常是化学效应的结果，其中电子转移起着重要的作用。而电子转移通常是在电子云密度较大的原子上首先发起的。表4 给出了席夫碱部分原子的Mulliken 电荷分布。表4 部分原子的Mulliken 电荷分布 Table 4 Mullikencharges on some atoms.N1 C7 C6 C1 C2 C3 N2L1 -0.402 -0.244 0.001 0.122 -0.194 0.036-0.322L3 -0.425 -0.091 0.052 0.153 -0.170 0.040-0.397L4 -0.375 -0.066 0.050 0.155 -0.168 0.085-0.305L5 -0.414 -0.025 0.034 0.155 -0.169 0.086-0.3554 种席夫碱分子中N1、N2 原子都具有较高的电子云密度，所以推测其抑菌活性部位可能为C=N 和吡啶环，2 个氮原子上的电子云密度大小顺序为L3>L5>L1>L4，与实验得出抑菌活性顺序相吻合。3.5 前线轨道分布在众多分子轨道里面最高占据轨道和最低空轨道决定着分子的化学性质，也对分子活性的大小起着重要的作用。通常认为化学成键是一个分子的HOMO 轨道与另一个分子的LUMO 轨道进行了最大有效重叠。因此，本文计算了4 种席夫碱的最高占据轨道HOMO以及最低空轨道LUMO 的分布，如图3 和表5 所示。Fig.3 Population of molecular orbital (Left:HOMO; Right:LUMO). 图3 席夫碱分子的前线轨道分布由表5 可以看出在4 种席夫碱分子的HOMO 中，N1、C6、C7 对其贡献较大，其中N1 贡献最大；N2、C1、C2、C3 对LUMO 贡献较大，其中N2 贡献最大，可见C=N 和吡啶环是抑菌活性的活性部位。C=N 倾向于给出电子与蛋白质或酶来相互作用，而吡啶环倾向于接受电子与蛋白质或酶来相互作用，达到抑菌效果。由前线轨道理论可知：最高占据轨道HOMO 的能量越高，说明原子核对HOMO 轨道上电子的吸引力越弱，这些电子越容易给出；最低空轨道LUMO 的能量越低，越容易接受外界电子；而HOMO 与LUMO 之间的能量差越小，席夫碱分子与微生物内蛋白质和酶反应的活性越高，也就是说化合物分子的HOMO 与LUMO 之间的能量差(E)越小，抑菌活性越好。表3 可知，4 种席夫碱分子的能量差顺序为E3<E5 <E1<E4，这与抗菌活性实验结果相吻合。 表5 席夫碱配体主要原子的前线轨道主要成分及分布 Table 5 Population of molecular orbital to some atoms.原子 HOMO LUMO 原子 HOMO LUMOL1 N1 26.0062 0.23041 L3 N1 28.681 40.3313 C7 2.5403 0.6374 C7 2.8231 0.6846 C6 2.7828 0.6539 C6 2.9046 0.6932 C1 1.4420 4.3862 C1 1.4273 3.3529 C2 1.2733 4.3337