配合物在医学中的应用

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1、配位化合物在医学中的应用配位化合物是一类广泛存在、组成较为复杂、在理论和应用上都十分重要的化合物。目前对配位化合物的研究已远远超出了无机化学的范畴。它涉及有机化学、分析化学、生物化学、催化动力学、电化学、量子化学等一系列学科。随着科学的发展,在生物学和无机化学的边缘已形成了一门新兴的学科生物无机化学。新学科的发展表明,配位化合物在生命过程中起着重要的作用。除此之外,配位化合物广泛应用于生化检验、药物分析、环境监测等方面。本文对配位化合物理论的发展及其在医学、药学中的重要作用和应用作简单的论述。1配位化合物及其理论的发展1.1配

2、位化合物的组成配位化合物(coordinationcompound,简称配合物,旧称络合物)是指独立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,配位化合物是由可以给出孤对电子对或多个不定域电子的一定数目的离子或分子(统称为配位体)和具有接受孤电子对或多个不定域电子空位的原子或离子(统称中心原子)按一定组成和空间构型所形成的化合物。中心原子大多是位于周期表中部的过渡元素。配位体中可作为配原子的总共约有14种元素,它们主要是位于周期表的A、A、A族及H-和有机配体中的C原子,这些元素是:H、C、O、F、P、S、Cl、A

3、s、Se、Br、Sb、Te、I[1]。1.2配位化合物理论的发展配位化合物理论的发展经历了一个漫长的过程。国外最早的文献记载是在1704年,普鲁士染料厂的工人迪巴赫(Dies-bach)把兽皮或牛血、Na2CO3在铁锅中煮,得到一种兰色染料普鲁士蓝(Fe4[Fe(CN)6]3)[2]。虽然如此,人们通常还是认为配位化合物始自1798年法国坦撒特(Tassert)对六氨合钴()氯化物的研究[1]:他在CoCl2溶液中加入氨水没有得到Co(OH)3,而得到了桔黄色的结晶,起初认为是一种复合物(CoCl36NH3),但他在该桔黄色

4、结晶的溶液中加入碱后得不到氨的气体,也检查不出Co3+存在,可见钴与氨是紧密结合在一起的,而加入AgNO3后却得到了AgCl沉淀,证明Cl-是游离的。因为当时的原子价理论不能解释这类化合物,故称之为复杂化合物。Tassert的报道引起了许多科学家的兴趣,为此,许多科学家想通过大量实验力求给配合物以科学的解释,直至1893年瑞士化学家维尔纳(Werner)配位理论的创立,对配位化合物的立论才有明确的解释。他首先提出中心原子既有符合价键理论的主价,又有额外的副价,因而解释了配合物内界的形成。但是关于配合物中化学键的价键理论则是19

5、30年鲍林(LinusPauling)在用X射线测定了配合物结构的基础上提出的。价键理论认为[2],配合物的中心原子与配位体之间以配位键结合,配体至少应含有1对孤对电子,而中心原子则必须有空的价电子轨道。例如[Cu(en)2]2+配离子中2个乙二胺分子中的每个-NH2的N原子可提供1对孤对电子,填充到Cu2+的空轨道中,形成4个配位键。成键时,中心原子所提供的空轨道必须首先进行杂化,形成杂化的空轨道接受配位体所提供的孤对电子,而形成-配价键。由于杂化轨道的类型不同(sp,sp3,dsp2sp3d2,d2sp3),杂化轨道的空间

6、构型也不同(直线形、正四面体、平面正方形、八面体),因而,配合物具有不同的空间构型。价键理论虽然能够定性地解释许多配合物的空间构型和磁性,但对于配合物的颜色及光谱特征无法解释,该疑问却在1932年范弗莱克(VanVlackJH)提出的配合物的晶体场理论得以解释。该理论认为[2],受配体电场的影响,中心原子最外层的d轨道发生能级分裂,原来能量相同的5个d轨道分裂成能量不同的2组或2组以上的轨道。如果分裂的d轨道中没有充满电子,当吸收某些波长的可见光后,可发生d电子从能量低的d轨道向能量高的d轨道跃迁,产生的d-d跃迁所需的能量就

7、是分裂能,其能量差(激发能)一般相当于被吸收的可见光的能量,从而使配合物呈现被吸收光的补光。由于配合物不同,分裂能的大小也不同,所以不同的配合物呈现出不同的颜色。2配位化合物在生物体中的重要意义2.1生物体内结合酶都是金属螯合物[3]生命的基本特征之一是新陈代谢,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,故酶是一种生物催化剂。目前发现的2000多种酶中[4],很多是1个或几个微量的金属离子与生物高分子结合成的牢固的配合物。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。2.1.1锌

8、生物体内的锌参与许多酶的组成,使酶表现出活性,近年报道含锌酶已增加到200多种[5]。生物体内重要代谢物的合成和降解都需要锌酶的参与,可以说锌涉及生命全过程。如DNA聚合酶、RNA合成酶、碱性磷酸酶、碳酸酐酶、超氧化物歧化酶等,这些酶能促进生长发育,促进细胞正常分化和发育,促