配位化学在医学中的应用1

配位化学在医学中的应用

放射化学 刘申宝

配位化学是研究金属的原子或离子与无机、有机的离子或分子相互反应形成

配位化合物的特点以及它们的成键、结构、反应、分类和制备的学科。

现代配位化学的研究领域涉及有机化学、催化机理、物质结构、化学键理论以及生命现象中一系列与金属离子有关的重要问题，形成了金属有机化学、配位催化、配位场理论以及生物无机化学等新的、充满活力的边缘学科。同时配位化学还在医学领域诸如抗癌，杀菌，治疗心脑血管病等有广泛应用！配位化合物简称配合物，也叫错合物、络合物，为一类具有特征化学结构的化合物，由中心原子或离子（统称中心原子）和围绕它的称为配位体（简称配体）的分子或离子，完全或部分由配位键结合形成

配合物对生物体的重要性 在大多数情况下，生物体内的金属元素不是以自由离子形式存在，而是与配体形成生物金属配位化合物。这些在生物体内与金属离子配位并具有生物功能的配位体称为生物配体。

蛋白质是动物、植物和微生物细胞中最重要的有机物质。除含有碳、氢、氧、氮外，还含有少量硫，有些蛋白质还含有铁、锌、钴等金属。由蛋白质和金属离子结合形成。其中多数金属离子仅和蛋白质连接；少数除和蛋白质相连外，还和一个较小的分子相连，如血红蛋白中的铁（Ⅱ）除和蛋白质相连外，还和卟啉相连。金属蛋白质有重要的生理功能。如血红蛋白为运送氧所必需。铜蓝蛋白能催化铁（Ⅱ）的氧化，以利于铁（Ⅲ）和蛋白质结合形成运铁蛋白。运铁蛋白用于运送铁。铁蛋白则用于储存铁等。

血红蛋白分子结构 维生素B12分子结构

一、金属配合物作为药物的运用

有些具有治疗作用的金属离子因其毒性大、刺激性强、难吸收性等缺点而不能直接在临床上应用，但若把它们变成配合物就能降低毒性和刺激性，利于吸收。

金属配合物还可以作为抗病毒药物，抗癌药物。某些金属配合物有抗病毒的活性，病毒的核配和蛋白质均为配体，能与金属配合物作用，或占据细胞表面防止病毒的 吸附，或防止病毒在细胞内的再生，从而阻止病毒的繁殖。随着经济发展，生活提高，癌症对人的生命威胁越来越大。化疗是治疗癌症的重要手段，但是其毒副作用较大，金属配合物的药用性引起了人们的广泛关注, 开辟了金属配合物抗癌药物研究的新领域。随着人们对金属配合物的药理作用认识的进一步深入，新的高效、低毒、具有抗癌活性的金属配合物不断被合成出来。其中包括某些新型铂配合物、有机锡 配合物、有机锗配合物、茂钛衍生物、稀土配合物、多酸化合物等。

如柠檬酸铁配合物可以治疗缺铁性贫血；酒石酸锑钾可以治疗糖尿病，而且和维生素B12等含钴螯合物一样可用于治疗血吸虫病；博来霉素自身并没有亲肿瘤性，与钴离子配合后其活性增强；阿霉素的铁、铜配合物比阿霉素更易被小肠吸收，并透入细胞；在抗菌作用方面，8-羟基喹啉和铜、铁各自都无抗菌活性，它们间的配合物却呈明显的抗菌作用；镁和锰的硫酸盐、钙和钙的氯化物可使四环素对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抗菌活性大增；在抗风湿炎症方面，抗风湿药物（如阿司匹林和水杨酸衍生物等）与铜配合后疗效大增。顺式铂钯配合物具有抗癌作用；一些铁配合物可用作抗病毒剂。

阿司匹林和铜的配合物 博来霉素

二、金属配合物还可用于解毒剂

有害金属在体内无法靠机体自身转化为无毒物质排出。一般可选择合适的配体与其配位而排出体外。这种方法称为配体疗法。所用的配体称为解毒剂。

例如D-青霉胺、半胱霉酸、金精三羧酸在机体内可分别结合Ca2+ 、Ba2+，形成水溶性配合物排出体外；2，3-二巯基丙醇可从机体内排除汞、金、镉、铅、饿、锑、砷等离子；EDTA 是分析化学中应用很广的配合滴定剂，在机体内可排出钙、铅、铜、铝、金离子，其中最为有效的是治疗血钙过多和职业性铅中毒，例如Ca-EDTA治疗铅中毒，是利用其稳定性小于Pb-EDTA，Ca-EDTA中的Ca2+可被Pb2+取代而成为无毒的、可溶性的Pb-EDTA配合物经肾排出。对于放射性核素，如DT-PA， EHDP等螯合剂具有良好的亲和性，尤其表现在对阿系、镧系金属元素有良好的促排效果。

三、金属配合物作为抗凝血剂和抑菌剂

例如在血液中加入少量EDTA或柠檬酸钠，可螯合血液中的Ca2+，防止血液凝固，有利于血液的保存，另外，因为螯合物能与细菌生长所必需的金属离子

结合成稳定的配合物，使细菌不能赖以生存， 故常用EDTA作抑菌剂配合金属离子，防止生物碱、维生素、肾上腺素等药物被细菌破坏而变质。

四、 配合物在临床检验和生化实验中的应用 利用配合物反应生成具有某种特殊颜色的配离子，根据不同颜色的深浅可进行定性和定量分析。例如，测定尿中铅的含量，常利用双硫腙与铅离子生成红色螯合物，然后进行比色分析；而Fe3+ 可用硫氰酸盐和其生成血红色配合物来检验。

五、配合物合成在药物化学中的修饰作用

很多有机药物在和金属离子配位后效果有明显提升，例如双香豆素是抗凝血剂，它与镁离子2比1配合后口服抗凝血效果明显提高，阿霉素具有抗癌作用，但是其对心脏有较严重损害而限制了它的应用，但是用阿霉素和铁形成3比1配合物可以克服这一缺点，而且药效有了提升，被命名为昆莱霉素。水杨酸和乙酰水杨酸为治疗关节炎药物，但是会刺激胃部而引起溃疡，但是其与铜配合物不但药效更好，而且不会引起溃疡。含铋溃疡药物用于治疗肠胃疾病时，常常和柠檬酸配合成胶体溶液在胃中被酸化，沉淀出柠檬酸铋和氯化氧铋覆盖在溃疡部位而达到治疗目的。

配位化学不但在医药方面有了一定的发展，而且在生命科学中的发展中举足轻重，但是并没有得到飞跃的发展，仍然比较落后。比如说，中药的现代化进程需要从分子水平上探讨天然药物的协同、拮抗和双向作用，从而揭示天然药物作用的本质，进而阐述中医药理论；同时对中药复方中药物间的相互作用关系的研究，可以在理论上指导中药配伍的改进，创制更合理的方剂，为中药新药开发提供理论依据，目前这方面的研究有待进一步深入。还有，配位化学在抗毒中的运用也有待提高，尤其是治疗或者缓解一些比如蛇毒等在很短时间内就会致命的剧毒等。另外，在研究抗癌药物方面也都基本处于试验阶段，人们对于很多配合物的抗癌机理仍不是很清楚。但是，随着配位化学的逐步发展以及同其他学科的相融合，相信一定可以更好的应用与医学领域。