一种由三乙醇胺和4-羟基-3-硝基苯甲酸羧酸根构成的不寻常双核铜(II)配合物：晶体结构解析、壳聚糖-PVP负载的儿茶酚氧化酶及其抗菌活性

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Unusual triethanolamine and 4-hydroxy-3-nitrobenzoate carboxylate bridged Dinuclear copper(II) complex: crystallographic elucidation, chitosan-PVP supported catechol oxidase and antimicrobial activity

　　双核铜(II)配合物[(H3tea)Cu(4-羟基-3-硝基苯甲酸)Cu(Htea)](CH3OH)通过甲酸-水溶剂系统首次分离，其结构经单晶X射线衍射证实，配体H3tea与羧酸氧桥接形成独特配位模式，同时结合壳聚糖-PVP聚合物制备成复合薄膜，兼具抗菌活性（抑制革兰氏正/阴性菌）和生物模拟催化功能（Kcat达1253 h-1），非键合相互作用及金属-金属电荷转移增强材料稳定性。

　　本文报道了一种具有特殊配位行为的二核铜（II）配合物在生物模拟应用中的潜在价值。该配合物由三乙醇胺（H?tea）和4-羟基-3-硝基苯甲酸（4-hydroxy-3-nitrobenzoate）组成，其结构在甲醇与水（4:1体积比）的溶剂体系中通过慢速蒸发首次成功获得。研究团队通过单晶X射线衍射（SCXRD）等结构表征方法，揭示了该配合物的独特结构特征，包括铜（II）中心之间的桥接模式。这种桥接模式由三乙醇胺的羟基和4-羟基-3-硝基苯甲酸的羧酸氧原子共同作用，形成了一种新颖的配位网络。

研究还发现，其中一个铜（II）中心呈现四方锥几何构型，而另一个则呈现出扭曲的八面体结构。这种几何构型的差异表明，三乙醇胺在配位过程中具有一定的灵活性，能够根据不同的配位环境进行不同程度的去质子化，从而影响其配位行为。此外，Hirshfeld表面（HS）分析和晶体堆积研究进一步揭示了非共价相互作用在稳定晶格结构中的关键作用。这些非共价相互作用不仅包括氢键，还包括范德华力和π-π堆积，为配合物的结构稳定性和功能特性提供了理论支持。

为了进一步探索该配合物的生物模拟潜力，研究团队进行了分子对接分析，结果显示该配合物在生物系统中具有显著的活性。通过计算模拟，研究人员预测了该配合物可能与某些生物分子（如酶活性位点）发生相互作用，从而在催化反应中发挥重要作用。这一发现为开发新型的生物模拟催化剂提供了理论依据，也为后续实验研究奠定了基础。

在实际应用方面，研究团队将该配合物成功引入到壳聚糖（CS）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的交联聚合物基质中，通过溶液浇铸法制备了复合材料薄膜。这种复合材料不仅保持了配合物的结构特性，还具备良好的机械性能和化学稳定性。通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和能量色散X射线光谱（EDS）等手段，研究团队对复合材料的表面形貌和元素分布进行了详细分析，确认了铜（II）配合物在基质中的均匀分布。

进一步的实验研究表明，该复合材料薄膜在抗菌活性方面表现出优异的性能。通过最低抑菌浓度（MIC）实验，研究团队测试了其对多种革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌）和革兰氏阴性菌（如铜绿假单胞菌和大肠杆菌）的抑制效果。实验结果显示，该复合材料对所有测试菌株均具有显著的抗菌活性，表明其在抗菌材料开发中的应用前景广阔。

此外，研究团队还评估了该复合材料作为模拟儿茶酚氧化酶催化剂的性能。通过使用该复合材料作为滴催化剂，研究人员发现其具有极高的催化效率，表观催化常数（K_cat）达到了1253 h?1。这一结果表明，该复合材料不仅在抗菌方面表现出色，还具备高效的催化能力，为开发多功能的生物模拟材料提供了新的思路。

在抗菌活性方面，研究团队采用了一种标准的体外测试方法，即菌落形成单位（CFU）法，对复合材料的抗菌效果进行了系统评估。实验结果显示，该复合材料对多种细菌均表现出显著的抑制作用，这可能与其表面的非共价相互作用和氧化还原特性有关。此外，研究还发现，该复合材料在抗菌过程中能够保持其结构的稳定性，这为其在实际应用中的可持续性提供了保障。

为了进一步验证该复合材料的催化性能，研究团队进行了详细的催化反应分析。实验表明，该复合材料在催化反应中能够有效地模拟儿茶酚氧化酶的活性，表现出高效的催化能力。这种催化活性可能与其内部的铜（II）中心和三乙醇胺的配位行为密切相关。通过调节反应条件，研究人员能够优化催化效率，使其在多种环境中保持稳定。

该研究的成果不仅在理论层面丰富了铜（II）配合物的结构和功能特性，还在实际应用中展现了其在生物模拟催化剂和抗菌材料开发中的巨大潜力。通过将结构明确的铜（II）配合物引入到可回收的聚合物基质中，研究团队成功开发出一种具有多功能性的复合材料，这种材料在生物医学、环境治理和工业催化等多个领域都具有广泛的应用前景。

此外，该研究还强调了在生物模拟材料开发过程中，结构设计和功能调控的重要性。通过选择合适的配体和溶剂体系，研究人员能够有效地控制配合物的配位行为和晶体结构，从而实现对其功能特性的精确调控。这种结构-功能关系的深入理解，为后续的材料设计和优化提供了重要的理论指导。

在实验方法方面，研究团队采用了多种先进的表征技术，包括单晶X射线衍射、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外-可见光谱（UV–visible）等，以确保对配合物结构和性能的全面了解。这些技术不仅能够提供精确的分子结构信息，还能揭示配合物在不同环境下的行为特征，为材料的进一步应用奠定了基础。

通过本研究，研究人员不仅成功合成了一种结构独特的铜（II）配合物，还将其转化为具有实际应用价值的复合材料。这种材料的多功能性使其在多个领域中具有重要的应用潜力，例如在生物医学中作为抗菌材料，在环境治理中作为污染物降解催化剂，在工业催化中作为高效催化剂等。这些应用不仅能够提高材料的实用价值，还能促进其在可持续发展和绿色化学方面的应用。

研究团队还对实验过程中所使用的材料和方法进行了详细说明。例如，三乙醇胺和铜（II）硫酸五水合物作为主要的反应物，通过精确的摩尔比例和适当的反应条件，能够有效地形成目标配合物。此外，壳聚糖和PVP的交联过程通过使用戊二醛作为交联剂，确保了复合材料的结构稳定性和机械性能。这些实验方法的优化，为后续的材料制备和性能测试提供了可靠的技术支持。

综上所述，本研究通过合成和表征一种结构独特的二核铜（II）配合物，并将其引入到壳聚糖-PVP交联聚合物基质中，成功开发出一种具有多功能性的复合材料。这种材料在抗菌和催化方面均表现出优异的性能，为生物模拟材料的开发提供了新的思路和方法。未来，研究团队将继续探索该材料在不同环境下的应用潜力，并进一步优化其性能，以满足实际应用的需求。