杂氮硅三环生物活性的研究进展

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1、杂氮硅三环生物活性的研究进展　　1化学结构　　1-取代-2，8，9-三氧杂-5-氮杂-1-硅三环[3.3.3.01，5]十一烷，简称杂氮硅三环(Silatrane)，是20世纪60年代初期合成的一种具有笼状结构的有机硅化合物。1961年美国的Frye等[1]首先报道了杂氮硅三环化合物，其特殊的分子结构[2-3](见图1)引起人们对它的关注。在此之后，前苏联的Voronkov院士等[4]对第四主族金属杂氮三环化合物的研究做出了重大的贡献。特别是通过对杂氮硅三环化合物生物活性的研究，使这类化合物成为具有生物活性的第四

2、主族有机化合物中最重要的一类。　　硅与碳同是第Ⅳ主族元素，价电子层中都有四个电子，其电子外壳结构与碳相似，但也有不同之处。一般硅化合物的中心硅原子是四配位的，轨道杂化的主要形式是Sp3，呈四面体状。与碳不同的是硅的外层具有3d空轨道，所以硅的配位数可以超过4。　　杂氮硅三环是一种配位数为5的硅化合物。大多数杂氮硅三环为具有确定熔点的固体物质，在空气中相对稳定，但在酸性条件下容易水解开环。硅原子以Sp3d杂化轨道成键，分子呈三角双锥构型，三个氧原子和硅处于同一平面，彼此之间夹角为120°，氮原子和R基团分别位于平面

3、上下键的两个顶端位置，硅原子的3d空轨道接受氮上的孤对电子形成跨环N→Si配位键。以N→Si键为轴组成三个五元杂环的笼状对称结构[5-6]。也有人曾用“过价键”(hypervalencebond)模型说明了杂氮硅三环的电子和主体构型[7]。按照此模型，硅原子以Sp2杂化，三个Sp2杂化轨道分别与三个氧原子成键。硅上未杂化的P2电子，R基团的价电子和氮的孤对电子组成三中心、三轨道的R-Si-N过价键。　　另有Mikhail等[8]报道，他们相信极化率作用不仅存在于分子间，也对分子内复杂结构的运转有所影响，杂氮硅三环

4、就是这一现象的典型例证。并且他们通过一些相关性的研究证明了这一点。并在杂氮硅三环上发现了两个有价值的可能性：①电子从N原子上向硅原子上迁移对跨环的N→Si键非常重要。②从N原子转移到Si原子上的电荷Q，会改变取代基X上的偶极矩，另一方面，静电子与电荷Q相互作用变成μ和μAD值的一部分。　　近期也有许多关于杂氮硅三环的相关研究报道，如杂氮硅三环与钼、镍、钛分别合成具有催化活性的物质[9-11]以及对以杂氮硅三环为前体化合物合成的物质表面活性方面的相关研究[12]。　　2生物活性　　目前普遍认为杂氮硅三环的生物活性与

5、1位上的取代基R有着密切的联系，基于此，前人已经通过改变R基团合成了许多具有不同生物活性的杂氮硅三环类化合物。下面，对杂氮硅三环类化合物的生物活性作分类简述。　　2.1毒性杂氮硅三环类化合物的毒性初步可从以下几个方面考虑:①硅三环的多面体结构和氮四价和硅五价特殊价态(N→Si间存在着特殊配键)。②分子偶极矩，大偶极矩分子易于穿透细胞壁进入细胞内部。③R取代基的性质。④分子中最活泼的键的断裂速度。一些学者认为：三环离子是致毒的根本原因，其毒性大小与Si-R键(或环中最弱的键)的断裂速度有关。　　根据相关文献[13]

6、报道，杂氮硅三环的毒性随硅上的R取代基而异。R为苯基或苯基的衍生物的杂氮硅三环类化合物的毒性比氢氰酸的还要大2倍。但是，若在苯环和硅原子之间隔有C、0等原子时，其毒性就可大大降低，如1-烷基或1-烷氧基杂氮硅三环则几乎是无毒化台物。　　1-苯基杂氮硅三环(见图2)具有极强的毒性，其毒性比氰化氢还高，至少是马钱子碱的2倍。小鼠试验表明，用剂量0.2～0.25mg/kg进行腹腔注射，能引起交感神经的阵挛和强直性痉挛，剂量为0.4mg/kg时就会导致小鼠死亡。但剂量很小时却有很好的补血作用和强壮作用。　　1-(3-氯苯

7、基)杂氮硅三环(见图3)对小鼠的毒性仅次于1-苯基杂氮硅三环，其LD50为4.4mg/kg。对于麻雀、小鸭LD为0.2～0.4mg/kg，家鸭为5～10mg/kg，对猿为14mg/kg。该化合物在美国已作为杀鼠药进行批量生产，商品代号RS-l5O，使用浓度为0.5%～1.O%，鼠类吞食15min后致死。主要作用于鼠类的中枢神经系统，使呼吸短促，四肢痉挛。其特点是残效期短，作用快，鼠类一旦摄入，马上就在体内分解，无二次中毒现象。　　另有研究表明，杂氮硅三环的分子偶极矩表现出与毒性相关。Greenberg等[14]认

8、为，杂氮硅三环的偶极矩在它们的活性方面起着重要的作用，高偶极矩的杂氮硅三环分子易于穿透细胞膜进入生物体的细胞内。　　叶松等[15]利用量子化学AM1方法能量梯度构型全优化，全部计算使用GAMESS程序针对杂氮硅三环类化合物的毒性做了定量分析。结果显示，R-Si反键轨道能级与毒性密切相关，其中高毒的大部分是芳香取代基(苯及其衍生物)的杂氮硅三环类化合物。最后得出的结论为已知