化合物的晶体学数据见表 1。 如表 1所示，晶体Ⅰ属单斜晶系，空间群为P2₁/c，晶胞参数为a=1.2586(4) nm，b=0.8050(3) nm，c=1.1914(4) nm，α=90°，β=107.374(7)°，γ=90°，Z =4；晶体Ⅱ为正交晶系，空间群为P2₁2₁2₁，晶胞参数为a=0.4756(2) nm，b=1.2491(6) nm，c=2.2145(11) nm，α=90°，β=90°，γ=90°，Z=4。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 化合物的晶体学参数 Table 1 Crystallographic data for compounds Compounds Ⅰ Ⅱ CCDC No. 1028066 1035217 Chemical formula C12H11N3O3 C13H13N3O3·H2O Formula mass 245.24 277.28 Crystal system Monoclinic Orthorhombic Space group P21/c P212121 a/nm 1.2586(4) 0.4756(2) b/nm 0.8050(3) 1.2491(6) c/nm 1.1914(4) 2.2145(11) α/(°) 90 90 β/(°) 107.374(7) 90 γ/(°) 90 90 V/nm3 1.1521(7) 1.3155(11) Z 4 4 Dc/(g·cm-3) 1.414 1.395 F(000) 512 584 θ Range 3.05~25.09 1.84~25.10 T/K 296(2) 296(2) Final R indices [I＞2sigma(I)] R1=0.0559,wR2=0.1206 R1=0.0499,wR2=0.0981 Rindices(all data) R1= 0.1088,wR2=0.1448 R1=0.0809,wR2=0.1108 Goodness of fit 1.030 0.938

表 1 化合物的晶体学参数 Table 1 Crystallographic data for compounds

图 1、2分别为化合物Ⅰ的分子结构和氢键图，化合物Ⅰ的键长、键角及其氢键键长和键角分别见表 2和表 3。 如图 1所示，化合物Ⅰ分子由活性亚结构(CONHNCH)连接吡咯环和苯环，两环间的二面角为8.4°，表明两环几乎处在同一平面上。 扭转角N3—N2—C5—O3、C5—N2—N3—C6和N2—N3—C6—C7分别为-0.4(4)°、179.0(2)°和179.5(2)°，表明环平面的扭曲程度不明显，环原子的共面性较好。 O3—C5的键长为0.1234 nm，是典型的CO双键，证明化合物是以酮羰基形式存在。 N3—C6的键长为0.1285 nm，位于CN双键的键长范围内^[16]。 此外，N2—C5的键长介于C—N单双键键长之间，这是因为NHCO与NCOH之间产生了共振。 从图 2可以看出，化合物Ⅰ晶体中存在两类氢键，分别是分子内氢键和分子间氢键。 苯酚羟基中的O2与NCH中的N3形成分子内氢键O2H2AN3，O2—H2A距离为0.0820 nm，H2AN3距离为0.1949 nm，O2H2AN3的键角为146.4°。 苯酚4位上—OH的O1与相邻分子—CONH—中的O3(1-x,0.5+y,-0.5-z)形成分子间氢键O1H1AO3，其中O1—H1A的距离为0.0820 nm，H1AO3的距离为1.9118 nm，O1H1AO3的键角为149.4°。 环骨架上CO的O3与另外一个相邻分子苯酚4位上的O1(1-x,-0.5+y,-0.5-z)形成分子间氢键，氢键的键长、键角与O1H1AO3相同。

图 1

Fig. 1

图 1 化合物Ⅰ的分子结构 Fig. 1 Molecular structure of compound Ⅰ

图 2

Fig. 2

图 2 化合物Ⅰ晶体的氢键图 Fig. 2 View of the hydrogen bonds of crystal Ⅰ Symetry code:a.1-x,0.5+y,-0.5-z; b.1-x,-0.5+y,-0.5-z

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 化合物的主要键长(nm)、键角和扭转角(°) Table 2 Selected geometrical parameters(nm,°) for compounds Compounds Bond Angle Ⅰ O3—C5 0.1234(3) O3—C5—N2 121.8(3) N3—C6 0.1285(3) N3—N2—C5—O3 -0.4(4) N2—C5 0.1352(3) C5—N2—N3—C6 179.0(2) N2—N3—C6—C7 179.5(2) Ⅱ O3—C9 0.1239(4) O3—C9—N2 121.8(3) N1—C8 0.1282(4) N1—N2—C9—O3 0.5(5) N2—C9 0.1344(4) C8—N1—N2—C9 -176.4(3) N2—N1—C8—C6 -179.2(3)

表 2 化合物的主要键长(nm)、键角和扭转角(°) Table 2 Selected geometrical parameters(nm,°) for compounds

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 化合物的氢键键长(nm)和键角(°) Table 3 Hydrogen bond lengths(nm) and bond angles(°) for compounds Compounds DHA d(D—H) d(HA) ∠DHA Ⅰ O2H2AN3 0.0820 0.1949 146.4 O1H1AO3a 0.0820 1.9118 149.4 O1H1AO3b 0.0820 1.9118 149.4 Ⅱ O2H2AN1 0.0820 0.1960 144.5 O2H2AO4 0.0820 0.2557 114.5 O4H4AO3 0.0826 0.1834 174.6 N3H3AO4i 0.0964 0.1941 167.1 O2H2AO4j 0.0860 0.2007 174.8

表 3 化合物的氢键键长(nm)和键角(°) Table 3 Hydrogen bond lengths(nm) and bond angles(°) for compounds

图 3、4分别为化合物Ⅱ的分子结构和氢键图，化合物Ⅱ的键长、键角及其氢键键长和键角分别见表 2、表 3。 从图 3可看出，化合物Ⅱ的吡咯环与苯环间的二面角为11.8°，比化合物Ⅰ的共面性稍差一些。 N1—C8的键长为0.1282 nm，与化合物Ⅰ中N3—C6类似。 从图 4可以看出，化合物Ⅱ中含有一个结晶水分子，水分子以分子间氢键形式连接相邻两个分子。 苯酚2位羟基上的O2与结晶水中的O4形成分子间氢键O2H2AO4，O2—H2A距离为0.0820 nm，H2AO4距离为0.2557 nm，O2H2AO4键角为114.5°；环骨架CO上的O3与结晶水中的O4形成分子间氢键O4H4AO3，O4—H4A距离为0.0826 nm，H4AO3距离为0.1834 nm，O4H4AO3键角为174.6°；相邻分子中吡咯环上N3(1-x,0.5+y,0.5-z)与结晶水中的O4形成分子间氢键N3H3AO4，N3—H3A距离为0.0964 nm，H3AO4距离为0.1941 nm，N3H3AO4键角为167.1°；相邻分子中—NH—上N2(1-x,0.5+y,0.5-z)与结晶水中的O4形成分子间氢键N2H2O4，其中N2—H2距离为0.0860 nm，H2O4距离为0.2007 nm，N2H2O4键角为174.8°。 苯酚羟基上的O2与NHNCH中的N1形成分子内氢键O2H2AN1，其中O2—H2A距离为0.0820 nm，H2AN1距离为0.1960 nm，O2H2AN1键角为144.5°。

图 3

Fig. 3

图 3 化合物Ⅱ的分子结构 Fig. 3 Molecular structure of compound Ⅱ

图 4

Fig. 4

图 4 化合物Ⅱ的氢键图 Fig. 4 View of the hydrogen bonds of crystal Ⅱ Symetry code:i.1-x,0.5+y,0.5-z; j.1-x,-0.5+y,0.5-z

2.2 谱学表征

在化合物Ⅰ的红外光谱中，3418 cm^-1处为—OH的吸收峰，3320 cm^-1出现中等尖锐的—NH—吸收峰，3219、3143 cm^-1属—CONH—中—NH的伸缩振动。 1626和1549 cm^-1处分别为CO和CN的伸缩振动。 1510 cm^-1处为NH的伸缩振动，1407和1315 cm^-1属Ar—OH的伸缩振动。 在化合物Ⅱ中，结晶水的伸缩振动出现在3540 cm^-1处，3361、3255 cm^-1处分别属—OH和—NH的伸缩振动。 1555 cm^-1处为CO的伸缩振动，1464 cm^-1属—CH₃的伸缩振动。

在¹H NMR谱中，化合物Ⅰ和Ⅱ以烯醇式结构存在于配体中。 化合物Ⅰ和Ⅱ的—OH质子峰分别出现在δ 11.72～11.49和11.78～11.71间；NH的质子峰出现在分别δ 9.90和11.40处，NCH质子峰出现在δ 8.41和8.55处，且NH和NCH的质子峰均为单峰；苯环上质子峰出现在δ 7.30～6.94范围；吡咯环上质子峰则出现在δ 7.01～6.17区域。

2.3 化合物热重分析

化合物Ⅰ和Ⅱ在5.00 ℃/min 的TG-DTG曲线分别如图 5和图 6所示，10.00和15.00 ℃/min的TG-DTG曲线与图 5和6相似。 从图 5可知，化合物Ⅰ的热分解过程为一个阶段，发生在237～398 ℃之间，最大热分解峰出现在267.59 ℃，质量损失为52.28%，失去基团为(—C₆H₆N₃O—)。 由图 6可知，化合物Ⅱ热分解过程分两个阶段，第一阶段在74～139 ℃范围内，质量损失为6.00%，最大热分解峰出现在114.12 ℃，该阶段是结合水的蒸发；第二阶段发生在214～369 ℃之间，质量损失为63.78%，最大热分解峰出现在284.79 ℃，损失基团为(—C₉H₈N₂O₃—)。 化合物Ⅰ和Ⅱ的主要分解基团推断结果如图 7所示，每个化合物在热分解过程中的断键位置与热重实验结果基本一致。

图 5

Fig. 5

图 5 化合物Ⅰ的TG-DTG曲线 Fig. 5 TG-DTG curves of compound Ⅰ

图 6

Fig. 6

图 6 化合物Ⅱ的TG-DTG曲线 Fig. 6 TG-DTG curves of compound Ⅱ

图 7

Fig. 7

图 7 化合物Ⅰ和Ⅱ在热分解过程中的分解基团 Fig. 7 Illustration of main thermal decomposition processes for compounds Ⅰ and Ⅱ

采用Kissinger法和Ozawa法^[17]计算化合物热分解过程的表观活化能，计算公式如式(2)、(3)所示：

$ln~({{\frac{\beta }{{{T}^{2}}}}_{p}})=ln~(\frac{AR}{{{E}_{a}}})-\frac{{{E}_{a}}}{R{{T}_{p}}}Kissinger$

(2)

$lg~\beta =lg~[\frac{A{{R}_{a}}}{RG\left( \alpha \right)}]-2.315-0.4567\frac{{{E}_{a}}}{R{{T}_{p}}}Ozawa$

(3)

式中,T_p为分解峰峰顶温度值，A为指前因子，R为气体摩尔常数，E_a为表观活化能，β为升温速率，G(α)为积分机理函数。

图 8和9分别为化合物Ⅰ和Ⅱ在3个不同升温速率β的DTG曲线，利用式(2)和(3)，即可求得化合物Ⅰ和Ⅱ的指前因子(lg A)、线性相关系数(r)和表观活化能(E_a)，计算结果见表 4。 从表 4可以看出，两种计算方法得到的结果基本相同。 化合物Ⅰ的分解温度高于267 ℃，表观活化能为176.6 kJ/mol。 化合物Ⅱ的分解温度高于284 ℃，表观活化能为122.9 kJ/mol，表明化合物Ⅰ和Ⅱ均具有较好的热稳定性。

图 8

Fig. 8

图 8 化合物Ⅰ的DTG曲线 Fig. 8 DTG curves of compound Ⅰ v/(℃·min-1)：a.5； b.10； c.15

图 9

Fig. 9

图 9 化合物Ⅱ的DTG曲线 Fig. 9 DTG curves of compound Ⅱ v/(℃·min-1)：a.5； b.10； c.15

表 4

Table 4

表 4(Table 4)

表 4 化合物主要热分解过程动力学参数 Table 4 Kinetic parameters of main thermal decomposition of compounds Compound β/(℃·min-1) Tp/℃ Kissinger Ozawa Ea/(kJ·mol-1) lg A r Ea/(kJ·mol-1) r C12H11N3O3(Ⅰ) 5.00 267.59 176.6 14.84 -0.9993 176.6 -0.9993 10.00 276.38 15.00 282.43 C13H14 N3O4(Ⅱ) 5.00 284.79 122.9 9.10 -0.9976 125.9 -0.9979 10.00 299.78 15.00 306.80 β is heating rate,Tp the corresponding peak temperature value on DTG curve,A the pre-exponential factor,R the molar gas constant,Ea the apparent activation energy value.

表 4 化合物主要热分解过程动力学参数 Table 4 Kinetic parameters of main thermal decomposition of compounds

2.4 化合物与CT-DNA相互作用的粘度试验结果

从图 10可以看出，随着化合物Ⅰ和Ⅱ的浓度的增加，CT-DNA溶液的相对粘度升高，说明化合物Ⅰ和Ⅱ以插入方式均与CT-DNA作用。 这是由于为了容纳化合物Ⅰ或Ⅱ，CT-DNA相邻碱基对间的距离增大，双螺旋长度增长，导致CT-DNA的粘度增加^[18]。

图 10

Fig. 10

图 10 化合物与CT-DNA的粘度关系 Fig. 10 Effects of compounds on the relative viscosity of CT-DNA

2.5 化合物与CT-DNA的相互作用的微量热实验结果

图 11、12分别为化合物Ⅰ和Ⅱ与CT-DNA相互作用的热谱曲线，可以看出两个反应均为吸热过程。 化合物Ⅰ从 9.71 min开始到37.50 min平衡，反应时长为27.79 min，反应热流值在12.20 min时达到最大；化合物Ⅱ与CT-DNA 的相互作用趋势和化合物Ⅰ相似，它的反应时长为28.40 min，表明化合物Ⅰ和Ⅱ与CT-DNA的相互作用十分迅速。 化合物Ⅰ和Ⅱ的焓变值分别为ΔH(Ⅰ)=4.67 kJ/mol和ΔH(Ⅱ)=4.40 kJ/mol，表明化合物Ⅰ和Ⅱ与CT-DNA的作用主要以插入模式为主^[19]，与粘度实验的结果相一致。

图 11

Fig. 11

图 11 化合物Ⅰ与CT-DNA相互作用热谱图 Fig. 11 Thermogenic curve of compound Ⅰ interaction with CT-DNA

图 12

Fig. 12

图 12 化合物Ⅱ与CT-DNA相互作用热谱图 Fig. 12 Thermogenic curve of compound Ⅱ interaction with CT-DNA

3 结 论

1)采用溶剂挥发法在乙醇溶液中培养出2,4-二羟基苯甲醛-2-吡咯甲酰腙单晶C₁₂H₁₁N₃O₃(Ⅰ)和2-羟基-3-甲氧基苯甲醛-2-吡咯甲酰腙单晶C₁₃H₁₅N₃O₄(Ⅱ)；2)X射线单晶衍射结果显示，晶体Ⅰ为单斜晶系，Ⅱ为斜方晶系。 每个晶胞中含有4个分子；3)热重分析说明，化合物Ⅰ和Ⅱ最大热分解峰温分别出现在267.59和284.79 ℃，表观活化能分别为176.6和122.9 kJ/mol，表明化合物Ⅰ和Ⅱ具有很好的热稳定性；4)利用粘度实验和微量热实验研究了化合物Ⅰ和Ⅱ与CT-DNA的相互作用，均显示两种化合物均与CT-DNA发生了插入作用，且相互作用过程放热，焓变值分别为ΔH(Ⅰ)=4.67 kJ/mol和ΔH(Ⅱ)= 4.40 kJ/mol。

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