CN101606933A - 二氢卟吩类光敏剂及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二氢卟吩类光敏剂及其制备和应用，化学结构式如右。制备，包括：(1)以对甲氧基苯甲醛为初始原料，通过氯甲基化反应，氮烷基化反应，得到间位是胺取代的对甲氧基苯甲醛；(2)在Lewis酸催化下，与吡咯进行环合而制得卟吩类化合物；(3)经还原剂还原，除去溶剂，洗脱。本发明的光敏剂在可见光区吸收波长长且强，增加了穿透能力，提高了脂溶性和水溶性；且制备方法简单，成本低；应用于制备治疗肿瘤类疾病药物或光活化杀虫剂。
Description
技术领域
本发明属光敏剂及其制备和应用领域，特别是涉及一种二氢卟吩类光敏剂及其制备和应用。
背景技术
光动力疗法是近20年发展起来的一种最有前途的新技术。自20世纪70年代进入临床研究以来，已经在肿瘤的治疗上取得了突破进展，目前光动力疗法不仅局限于恶性肿瘤的治疗，在其他多种疾病的治疗中也表现出良好的前景。
在光动力治疗中，光敏剂作为能量的载体、反应的桥梁而起着决定性的作用。第一代光敏剂是以1993年在荷兰上市的第一个光敏剂photofrin II为代表，它是组成复杂的血卟啉衍生物的混合物，其适应症为肿瘤；第二代光敏剂以卟啉类衍生物为主，该类化合物的化学结构明确，有较高的纯度，较好的光热稳定性，红光区的吸收较强，同时通过对卟啉环的化学修饰可以调节光敏剂的疏水分配系数，有利于光敏剂在病变组织的吸收和聚积，是较为理想得光敏剂。二代光敏剂中发展的另一重点之一是二氢卟吩类化合物。这一类化合物主要包括绿素类和细菌卟吩，是卟啉结构中一个吡咯环上的双键被还原后的产物。这类化合物具有很好的光物理性质，在可见区吸收波长长且吸收强。从理论角度讲，这类化合物表现出了适合PDT药物的特性，具有开发成PDT药物的巨大潜力。目前已经上市的二氢卟吩类光动力药物主要有Temoporfin和Talaporfin，它们被广泛的应用于各种肿瘤疾病的治疗中，应用前景十分可观。
人类用光作为医疗技术已经有几千年的历史，但直到20世纪70年代末PDT方得到长足发展。目前PDT已广泛应用于肿瘤(如肺癌、皮肤癌、食管癌、膀胱癌、头颈部癌等)、视网膜黄斑变性、光化性角化病、鲜红斑痣、银屑病、类风湿性关节炎、血管成形术后再狭窄等疾患的治疗，前景十分可喜。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种二氢卟吩类光敏剂及其制备和应用，该光敏剂在可见光区吸收波长长且强，增加了穿透能力，提高了脂溶性和水溶性；且制备方法简单，成本低。
本发明的一种二氢卟吩类光敏剂，名称为中介-四〔3-(1-吡咯烷基甲基)-4-甲氧基苯基〕二氢卟吩化合物，化学结构式为：
性状：紫红色固体熔点：300℃以上分解
本发明的一种二氢卟吩类光敏剂的制备，包括：
(1)以对甲氧基苯甲醛为初始原料，通过氯甲基化反应，氮烷基化反应，得到间位是胺取代的对甲氧基苯甲醛，其合成路线为：
具体步骤：
250mL的容器中加入0.15M-0.2M对甲氧基苯甲醛，加入30g-50g(36-45)质量％甲醛溶液，100mL36质量％盐酸及0.04M-0.10M无水氯化锌，与50-55℃搅拌反应0.5h-1h，回流反应0.5h；冷却，将100mL水倾入此混合物中，氯仿提取3-5次，每次50mL，干燥，过滤，减压蒸除氯仿；
100mL容器中加入0.028-0.035mol上述物质，0.034mol-0.040mol无水碳酸钾，50mLN，N-二甲基甲酰胺(DMF)或乙腈，充分搅拌均匀，加入0.06mol-0.08mol四氢吡咯，油浴中回流2-3小时；冷却，减压蒸除溶剂，得淡黄色油状物；溶于无水乙醚中，滴加氯化氢乙醇溶液，静置12-24h、过滤、重结晶，得淡黄色晶体；
(2)将上述间位是胺取代的对甲氧基苯甲醛，在Lewis酸催化下，与吡咯进行环合而制得卟吩类化合物，其合成路线为：
具体步骤：
100mL容器中加入0.043mol-0.0516mol步骤(1)所得物质3-(1-吡咯烷基甲基)-4-甲氧基苯甲醛，溶于50mL-60ml Lewis酸中或含催化量Lewis酸的有机溶剂中，加热至回流，于回流下慢慢滴加0.043mol吡咯，继续回流0.5h-1h，放置12-24h，将反应液倾入200mL水中，经NaOH碱化后用CH2Cl2提取，提取液用水洗涤至pH 7-8之间，干燥、过滤，蒸除CH2Cl2，得紫黑色焦油状物，经柱层析分离；
(3)将上述卟吩类化合物经还原剂还原，除去溶剂，残余物经硅胶柱层析洗脱，收集产物得到二氢卟吩类化合物，其合成路线为：
具体步骤：
250ml容器中加入1.047mmol-1.055mmol步骤(2)所得物质，加入1.696mmol-1.72mmol还原剂，并加入7.080mmol-7.2mmol无水碳酸钾，抽真空，充氮气，加入48mL吡啶，搅拌均匀，氮气保护下，在油浴中保持加热回流，反应结束后冷却，室温搅拌12-24h，之后向反应液中加入100mL乙酸乙酯，50mL水，在油浴中保持100℃反应1小时，冷却，有机相用水洗涤多次，干燥、抽虑、浓缩，经硅胶柱层析洗脱，即得。
所述步骤(2)中Lewis酸为BF3·Et2O、丙酸或是蒙脱土k10，其中优先选择丙酸。
所述步骤(3)中还原剂为对甲苯磺酰肼和吡啶，水合肼或硼烷，其中优先选择对甲苯磺酰肼和吡啶。
所述步骤(3)洗脱液为二氯甲烷、甲醇、三乙胺的混合液。
本发明的二氢卟吩类光敏剂在制备治疗肿瘤类疾病药物或光活化杀虫剂中的应用。
有益效果
本发明的中介-四〔3-(1-吡咯烷基甲基)-4-甲氧基苯基〕二氢卟吩化合物在可见光区吸收波长长而且强，增加了穿透能力，而且在四吡咯化合物的5，10，15，20位引入了极性基团，提高了其脂溶性和水溶性，有利于光敏剂通过血液被输送到病灶，也有利于光敏剂穿透细胞壁，而使其在肿瘤细胞中有高度的选择性吸收，是较为理想的光敏剂。
通过本发明合成的光敏剂对结肠癌细胞的光动力试验发现，在有光照时，光敏剂能明显的抑制结肠癌细胞的增殖；通过对合成的此光敏剂对小鼠S180肉瘤的光动力试验发现，该光敏剂可明显抑制小鼠S180肉瘤，对肿瘤具有显著的杀伤作用，具有成为光动力抗肿瘤药物的前景；通过对果腹果蝇的光动力活化毒性试验，发现该化合物是一类较好的光活化杀虫剂。
附图说明
图1是本发明的中介-四〔3-(1-吡咯烷基甲基)-4-甲氧基苯基〕二氢卟吩化合物化学结构式；
图2是Temoporfin和Talaporfin的化学结构式；
图3是对甲氧基苯甲醛-间位是胺取代的对甲氧基苯甲醛的合成路线图；
图4是间位是胺取代的对甲氧基苯甲醛-卟吩类化合物的合成路线图；
图5卟吩类化合物-二氢卟吩类化合物的合成路线。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
1.原料的合成实验
(1)3-氯甲基-4甲氧基苯甲醛(3-chloromethyl-4-methoxybenzaldehyde)的合成：
250mL的三口瓶中加入20.0g(0.15M)对甲氧基苯甲醛，加入30g 36％甲醛溶液，100mL36％盐酸及6.0g(0.04M)无水氯化锌，与50-55℃搅拌反应0.5h，然后回流反应0.5h。冷却后，将100mL水倾入此混合物中。氯仿提取三次，每次50mL。氯仿液分别用水，5％Na2CO3和水各洗涤三次，无水硫酸镁干燥。过滤，减压蒸除氯仿，约得粗品24.0g(收率88％)。
1H-NMR(400MHz，δ，CDCl3，ppm)：3.98(1H，s，)，4.67(1H，s)，7.02(1H，s，J＝8.50)，7.88(2H，dd，J＝8.50Hz)，9.90(1H，s).该化合物的核磁数据与文献值(高等学校化学学报，1989，11：1136-1138.)一致。
(2)3-(1-吡咯烷基甲基)-4-甲氧基苯甲醛(4-methoxy-3-(pyrrolidin-1-ylmethyl)benzaldehyde)的合成：
100mL三口烧瓶中加入5.105g(0.028mol)3-氯甲基-4-甲氧基苯甲醛，4.637g(0.034mol)无水碳酸钾，50mL乙腈，待充分搅拌均匀后，最后加入6.2mL(0.06mol)四氢吡咯，在油浴中回流2-3小时。冷却后，减压蒸除溶剂，得淡黄色油状物5.94g，收率96％。取上述粗品少许溶于无水乙醚中，滴加氯化氢乙醇溶液适量，静置过夜、滤集析出的固体，无水乙醚-石油醚(60-90℃)重结晶，得淡黄色晶体。
1H-NMR(400MHz，δ，CDCl3，ppm)：1.77～1.83(m，4H)，2.56～2.58(t，4H)，3.67～3.69(t，2H)，3.80～3.91(m，3H)，6.97(m，1H)，7.78(m，1H)，7.90(s，1H)，9.90(s，1H).该化合物的核磁数据与文献(高等学校化学学报，1989，11：1136-1138.)一致。
(3)中介-四〔3-(1-吡咯烷基甲基)-4-甲氧基苯基〕卟吩(meso-tetra(3-pyrrolidinomethyl-4-methoxyphenyl)porphine)的合成：
100mL三口烧瓶中加入10g(0.043mol)3-(1-吡咯烷基甲基)-4-甲氧基苯甲醛，溶于约50mL丙酸中，加热至回流，于回流下慢慢滴加3.0mL(0.043mol)吡咯，继续回流0.5h，放置过夜。将反应液倾入200mL水中，经NaOH碱化后用CH2Cl2分三次提取(80mL*3)。合并提取液，用水洗涤多次直至pH约7-8。无水硫酸钠干燥。过滤，蒸除CH2Cl2，得紫黑色焦油状物。经柱层析分离，以二氯甲烷-甲醇-三乙胺(25∶1∶0.1，v/v)洗脱，得到2.771g紫红色固体(收率5.7％)。
MS(ESI)：1167.8(M+1)；
1H-NMR(400MHz，δ，CDCl3，ppm)：-2.88(s，2H)，1.77(m，16H)，2.85(s，16H)，3.95～4.02(overlap，20H)，7.08(s，4H)，7.95(s，4H)，8.11(s，4H)，8.75(s，8H)；
UV/Visλmax(CH2Cl2)nm：425(soret)，519，556.该化合物的核磁数据与文献(高等学校化学学报，1989，11：1136-1138.)一致。
2.二氢卟吩类光敏剂的合成实验
中介-四〔3-(1-吡咯烷基甲基)-4-甲氧基苯基〕二氢卟吩(meso-tetra(3-pyrrolidinomethyl-4-methoxyphenyl)chlorine)的合成：
250mL三口烧瓶中加入1.184g(1.047mmol)中介-四〔3-(1-吡咯烷基甲基)-4-甲氧基苯基〕卟吩，加入0.318g(1.696mmol)对甲苯磺酰肼，并加入0.977g(7.080mmol)无水碳酸钾。抽真空，充氮气。最后在三口烧瓶中加入48mL吡啶，搅拌均匀，氮气保护下，在油浴中保持加热回流，在反应的第2、4、6、8小时时补加0.318g(1.696mmol)对甲苯磺酰肼，TLC检测反应。反应结束后，停止加热，自然冷却，然后室温(25℃)搅拌过夜，之后向反应液中加入100mL乙酸乙酯，50mL水，在油浴中保持100℃反应1小时。冷却，有机相用水洗涤多次，用无水硫酸钠干燥，抽虑，浓缩，板层析分离2次，以二氯甲烷-甲醇-三乙胺(20∶1∶0.2，v/v)做展开剂，最后柱层析(二氯甲烷-甲醇-三乙胺＝20∶1∶0.2，v/v)，收集紫红色色带，得到紫色固体0.435g，收率36.7％。
ESI-MS(m/z)：1169.8(M+1)；
1H-NMR(400MHz，δ，CDCl3，8ppm)：-1.60(s，2H)，1.23(m，16H)，2.90(s，16H)，3.27～3.30(m，8H)，4.01(s，12H)，4.35(s，4H)，6.91～7.23(m，12H)，7.75～8.20(s，6H)；
UV/Visλmax(CH2Cl2)nm：423(soret)，524，550，600，653.
实施例2
1.光敏剂对结肠癌SW480细胞的光动力抗增殖实验
受试细胞：结肠癌细胞SW480
受试药物：光敏剂，血卟啉衍生物HpD(北京制药工业研究所生产)。
光源：MTZ-1型脉冲激光治癌机；SD2490型激光功率测量仪。
光动力抗肿瘤细胞增殖作用实验：将处于对数生长期的细胞用胰酶消化后，完全培养基重悬成细胞悬液，随之将其接种于96孔板，每孔100μl，置于37℃5％CO2培养箱培养，24h后加入相同浓度两种不同的光敏剂；48h换成新鲜培养基，然后进行光照(XD-635AB型光动力PDT激光治疗仪，功率15mW/cm2，波长630mm，辐射细胞20min，光剂量18J/cm2)；72h时进行MTT检测。培养终止前4h加入10μl 5mg/ml的MTT，吸弃培养液后加100μl DMSO终止反应，酶标仪570nm检测OD值。实验重复三次。实验结果见表1，结果发现此种光敏剂对结肠癌细胞有抗增殖作用。
HpD及光敏剂1的IC50值分别为1.572和0.78μmol/L.。
表1光敏剂1对SW480结肠癌细胞增殖抑制作用
光敏剂暗光学毒性测试：将处于对数生长期的细胞用胰酶消化后，完全培养基重悬成细胞悬液，随之将其接种于96孔板，每孔100μl，置于37℃5％CO2培养箱避光培养，24h后加入相同浓度两种不同的光敏剂；48h换成新鲜培养基：72h时进行MTT检测。培养终止前4h加入10μl 5mg/ml的MTT，吸弃培养液后加100μl DMSO终止反应，酶标仪570nm检测OD值。实验重复三次。实验结果见表2，结果发现此种光敏剂无暗光学毒性。
表2光敏剂1对SW480结肠癌细胞暗光学毒性
2.光敏剂对小鼠S180肉瘤的光动力治疗实验
受试动物：远交昆明株小鼠平均体重18～24g，S180肉瘤种鼠(中国科学院药物研究所提供)
受试药物：光敏剂1，在无菌条件下将上述药物溶于最小量吐温-80中的生理盐水稀释至0.5mg/mL溶液备用，血卟啉衍生物HpD(北京制药工业研究所生产)。
光源：MTZ-1型脉冲激光治癌机；SD2490型激光功率测量仪。
小鼠S180肉瘤光动力损伤实验：无菌条件下于小鼠前胸部皮下接种S180肉瘤，待肿瘤长至直径4～6mm时，选取生长良好、无溃疡具半球状单一肿瘤的小鼠，按同窝同性别随机分组，每组8只，小鼠腹腔注射给药，并以药物溶剂作为空白对照，将HpD配成相同浓度溶液作为阳性对照，给药后2h用功率密度为220mW/cm2铜蒸汽-染料激光(波长630mm)辐射肿瘤20min(光剂量150J/cm2)；光照后5天，处死小鼠，剥离肿瘤，称重，并与对照组比较抑制率。
实验结果见表3，光敏剂1对肿瘤具有明显的抑制作用。
表3光敏剂1对肿瘤的抑制效果
| 化合物 | 剂量(mg/Kg) | 光剂量(J/cm2) | 试验小鼠数(只) | 瘤重(mg) | 抑制率(％) |
| 光敏剂1 | 10 | 150 | 8 | 19.5±16.8 | 92.1* |
| HpD | 10 | 150 | 8 | 24.4±17.1 | 90.1* |
| 空白 | 10 | 150 | 8 | 246.4±99.9 | -- |
*P＜0.05与空白对照比较
3.光敏剂对果腹果蝇的光动力作用实验
选择羽化一周内的果腹果蝇试虫，用乙醚麻醉分组(不分雌雄)，放入含有不同浓度受试药样的(0.5，1.0，2.0个g/L)培养管中，每管20只，用尼龙纱布封紧盖口。每种处理重复3次。将培养管置于暗处，模拟黑暗中进食48h，然后转移基础培养基中，在不同光照强度的白炽灯下20cm均匀受照一段时间后(光照时管壁温度不超过35度)，转移至黑暗处定时观察死亡个数，计算死亡率。
实验结果见表4，发现光敏剂1表现出较好的光活化杀虫活性。
表4光敏剂1对果腹果蝇的光活化毒性实验
Claims (6)
1.一种二氢卟吩类光敏剂，名称为中介-四〔3-(1-吡咯烷基甲基)-4-甲氧基苯基〕二氢卟吩化合物，化学结构式为：
性状：紫红色固体 熔点：300℃以上分解
2.一种二氢卟吩类光敏剂的制备，包括：
(1)3-氯甲基-4甲氧基苯甲醛及间位是胺取代的对甲氧基苯甲醛的合成：
250mL的容器中加入0.15M-0.2M对甲氧基苯甲醛，加入30g-50g 36质量％-45质量％的甲醛溶液，100mL36质量％盐酸及0.04M-0.10M无水氯化锌，与50-55℃搅拌反应0.5h-1h，回流反应0.5h；冷却，将100mL水倾入此混合物中，氯仿提取3-5次，每次50mL，干燥，过滤，减压蒸除氯仿；
100mL容器中加入0.028-0.035mol上述物质，0.034mol-0.040mol无水碳酸钾，50mLN，N-二甲基甲酰胺DMF或乙腈，充分搅拌均匀，加入0.06mol-0.08mol四氢吡咯，油浴中回流2-3小时；冷却，减压蒸除溶剂，得淡黄色油状物；溶于无水乙醚中，滴加氯化氢乙醇溶液，静置12-24h、过滤、重结晶，得淡黄色晶体；
(2)3-(1-吡咯烷基甲基)-4-甲氧基苯甲醛的合成：
100mL容器中加入0.043mol-0.0516mol步骤(1)所得物质3-(1-吡咯烷基甲基)-4-甲氧基苯甲醛，溶于50mL-60ml Lewis酸中或含催化量Lewis酸的有机溶剂中，加热至回流，于回流下慢慢滴加0.043mol吡咯，继续回流0.5h-1h，放置12-24h，将反应液倾入200mL水中，经NaOH碱化后用CH2Cl2提取，提取液用水洗涤至pH 7-8之间，干燥、过滤，蒸除CH2Cl2，得紫黑色焦油状物，经柱层析分离；
(3)中介-四〔3-(1-吡咯烷基甲基)-4-甲氧基苯基〕卟吩的合成：
250ml容器中加入1.047mmol-1.055mmol步骤(2)所得物质，加入1.696mmol-1.72mmol还原剂，并加入7.080mmol-7.2mmol无水碳酸钾，抽真空，充氮气，加入48mL吡啶，搅拌均匀，氮气保护下，在油浴中保持加热回流，反应结束后冷却，室温搅拌12-24h，之后向反应液中加入100mL乙酸乙酯，50mL水，在油浴中保持100℃反应1小时，冷却，有机相用水洗涤多次，干燥、抽虑、浓缩，经硅胶柱层析洗脱，即得。
3.根据权利要求2所述的一种二氢卟吩类光敏剂的制备，其特征在于：所述步骤(2)中Lewis酸为BF3·Et2O、丙酸或是蒙脱土k10。
4.根据权利要求2所述的一种二氢卟吩类光敏剂的制备，其特征在于：所述步骤(3)中还原剂为对甲苯磺酰肼和吡啶，水合肼或硼烷。
5.根据权利要求2所述的一种二氢卟吩类光敏剂的制备，其特征在于：所述步骤(3)洗脱液为二氯甲烷、甲醇、三乙胺的混合液。
6.根据权利要求1所述的二氢卟吩类光敏剂在制备治疗肿瘤类疾病药物或光活化杀虫剂中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20091223 |