CN103408597B

CN103408597B - 一种芳烃钌配合物及其合成方法

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Publication number: CN103408597B
Application number: CN201310222278.9A
Authority: CN
Inventors: 胡茂林; 李贤川
Original assignee: Wenzhou University
Current assignee: Wenzhou University
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2033-06-06
Also published as: CN103408597A

Abstract

本发明涉及一种芳烃钌配合物及其合成方法，技术方案是：一种芳烃钌配合物，具有通式(I)、(II)、(III)、(IV)所示结构，其方法：a将芳烃二氯化钌二聚体与螯合二胺配体放入甲醇溶液中得到芳烃钌配合物；b将芳烃二氯化钌二聚体与希夫碱类螯合二胺配体放入甲醇溶液中得到芳烃钌配合物；c将芳烃二氯化钌二聚体与含5-氟尿嘧啶的希夫碱类螯合二胺配体放入甲醇溶液中得到芳烃钌配合物；d将具有醛基或通过药物修饰引入醛基的抗癌药物与螯合二胺化合物反应，生成希夫碱类螯合二胺配体，最终搭载到芳烃钌配合物中。通过上述方案，本发明制备一种具有抗癌协同效应的5-氟尿嘧啶基芳烃钌配合物。

Description

一种芳烃钌配合物及其合成方法

技术领域

本发明涉及一种芳烃钌配合物及其合成方法。

背景技术

癌症严重威害着人类的生命健康。统计数据显示，在英国每年死于各类癌症的人数约占所有死亡人数的25%，约有70%的癌症患者来自于60岁以上的人群。全社会大约三分之一的人会在一生中罹患各种癌症，而且四分之一的人死于癌症导致的各类疾病。

很多因素可能诱发癌症，如：基因变异和遗传、病菌感染及化学致癌物、高能射线和电磁辐射等等。目前，癌症的治疗主要依靠手术切除、化学药物治疗、放射治疗、光动力学治疗等。其中，化学药物治疗是借助化学药物杀灭癌细胞的一种行之有效的治疗方法，此法既可以单独应用也可联合其它治疗方法使用；光动力学治疗是指通过光照射来激活富集于肿瘤部位的光敏性药物而治疗癌症，该法可以定点清除癌变细胞和避免药物对正常组织细胞的伤害。

5-氟尿嘧啶是在肿瘤内科治疗中使用非常广泛的传统抗癌药物之一，它作为治疗食道癌、肺癌等多种实体肿瘤的细胞毒性药物，一直占据着十分重要的地位。5-氟尿嘧啶拥有广谱高效性和快速抑制肿瘤细胞生长的优点，无论是单独应用还是联合使用，其抗癌疗效都是非常确切的。然而，在使用过程中也存在许多缺陷，比如药物吸收困难、靶向选择性差、生物利用率低等等，严重制约着这一类药物的临床应用。

继铂之后，钌是最有望应用于癌症治疗的高活性、低毒性金属之一。钌配合物，特别是离子型的芳烃钌配合物，其抗肿瘤疗效甚至超越铂类抗癌药物。研究表明，三脚钢琴凳结构的芳烃钌配合物毒性很低，对正常细胞甚至展现无毒性，容易在肿瘤组织部位富集和吸收，能够快速排泄出体外。目前，钌配合物已被国际社会普遍认为是非常具有发展潜力的金属抗癌药物之一。近年来，药物化学家们对这类抗癌药物在光动力学治疗领域的应用产生了浓厚的兴趣，药物的可控性和靶向性已成为了该领域研究的热点。

人体是由水和大量的有机物质组成的有机生命体。进入人体的抗癌药物，需要先通过血液运输，达到肿瘤部位后才被细胞吸收和利用。根据相似相溶规律，具有一定亲水性(水溶性)的药物才能溶于血液并随血液循环到达肿瘤部位；而具备一定疏水性(脂溶性)的药物才易于穿透细胞膜和被细胞摄取。药物只有实现特定的亲水疏水平衡，才有利于药物在体内运输和吸收(快速到达作用靶点和发挥强劲的药效作用)。这样的一种平衡作用机制称为药物的亲水疏水平衡作用原理。

大量研究表明，癌变细胞不受机体控制，能够不停息地疯狂生长繁殖，由于大量耗氧和消耗生命物质导致癌细胞所处部位的生理环境偏酸性（pH约为6.4或者更低），而正常细胞所处的生理环境偏碱性（pH约为7.2）。如果抗癌药物在酸性环境下能够被激活释放，那么这种药物就具有了抗癌靶向性。希夫碱在适宜的酸性条件下C=N双键容易水解断裂，释放出醛和伯胺。将抗癌药物制成希夫碱，药物就能够响应酸性pH调节，释放出活性药物分子，实现药物的抗癌靶向性。硝基是光敏性的助色基团，可以响应特定波长的光照射而将能量传递并使物质处于光激活状态。将抗癌药物通过引入硝基制成光敏性物质，可应用于肿瘤的光动力学治疗。

基于药物的亲水疏水平衡作用原理，结合5-氟尿嘧啶与芳烃钌配合物的优势与不足，将5-氟尿嘧啶拼合到二胺芳烃钌配合物中，同时引入希夫碱C=N双键和硝基，制备成兼具pH调控释放与光敏激活的芳烃钌配合物，把芳烃钌配合物开发成为靶向性运输工具应用到肿瘤的治疗中，目前未见相关报道。

发明内容

本发明旨在结合5-氟尿嘧啶与芳烃钌配合物的优势与不足，制备一种具有抗癌协同效应的5-氟尿嘧啶基芳烃钌配合物。

实现上述目的，本发明芳烃钌配合物的技术方案是：一种芳烃钌配合物，其特征在于：具有通式(I)、(II)、(III)、(IV)所示结构：

(I)(II)

(III)(IV)。

本发明其合成方法的技术方案是：a、通式(I)芳烃钌配合物的制备，将三氯化钌(RuCl3·nH2O)与芳烃放入乙醇溶液中，氮气保护下回流8-24小时，过滤，洗涤，可制备得到芳烃二氯化钌二聚体；将芳烃二氯化钌二聚体与螯合二胺配体放入甲醇溶液中，氮气保护，加热25-55℃反应2-24小时，过滤，加入平衡离子，冷藏过夜，过滤，得到固体物质即为通式(I)所示的芳烃钌配合物；

b、通式(II)芳烃钌配合物的制备，将螯合二胺化合物与羟基苯甲醛放入乙醇中回流4-48小时，过滤，蒸发除去乙醇，倒入适量水中反复抽滤洗涤，重结晶，所得物质为希夫碱螯合二胺配体；将希夫碱螯合二胺配体和芳烃二氯化钌二聚体放入甲醇溶液中，氮气保护，加热45-65℃反应1-2天，过滤，加入平衡离子，冷藏过夜，过滤，得到固体物质即为通式(II)所示的芳烃钌配合物；

c、通式(III)芳烃钌配合物的制备，将5-氟尿嘧啶、六甲基二硅胺烷和硫酸铵放入反应器中回流反应8-12小时，减压蒸发除去过量的六甲基二硅胺烷，再加入二溴烷烃，加热105-110℃反应2.5-12小时，萃取，重结晶，所得物质为1-溴烷基-5-氟尿嘧啶；将1-溴烷基-5-氟尿嘧啶、无机碱与羟基苯甲醛放入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中加热至60-90℃反应2-5小时，倒入大量水中，过量，重结晶，所得固体物质为5-氟尿嘧啶基苯甲醛；将螯合二胺化合物与5-氟尿嘧啶基苯甲醛放入乙醇中回流1-2天，过滤，蒸发除去乙醇，倒入适量水或饱和食盐水，过滤，所得物质为5-氟尿嘧啶基希夫碱螯合二胺配体；将5-氟尿嘧啶基希夫碱螯合二胺配体和芳烃二氯化钌二聚体放入甲醇溶液中，氮气保护，加热55-65℃反应1-2天，过滤，加入平衡离子，冷藏过夜，过滤，得到固体物质即为通式(III)所示的芳烃钌配合物；

d、通式(IV)所示的芳烃钌配合物是推广的靶向性运输工具，可以按照通式(III)芳烃钌配合物的制备方案，将具有醛基或通过药物修饰引入醛基的抗癌药物与螯合二胺化合物反应，最终搭载到芳烃钌配合物中。

通过采用上述方案，本发明的目的是：

1、在于通过药物运输的亲水疏水平衡作用原理，将5-氟尿嘧啶修饰成为具有适宜亲水性和疏水性的前体抗癌药物配体。

2、在于将上述芳烃钌配合物开发成为兼具pH调控释放和光敏激活的靶向性光动力学治疗抗癌药物。

3、在于将上述芳烃钌配合物发展成为靶向性运输工具应用到肿瘤的治疗中。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为药物对两种癌细胞的体外抗癌活性实验结果图；

图2为pH调控释放的实验结果图；

图3为光敏激活的实验结果。

具体实施方式

一种芳烃钌配合物，具有通式(I)、(II)、(III)、(IV)所示结构：

(I)(II)

(III)(IV)

上述所有通式中芳烃为或或或，离去基团X为Cl或Br或I；

上述通式(I)为具有抗癌活性的芳烃钌配合物，其中螯合二胺配体为1,2-乙二胺、1,2-环己二胺或邻苯二胺或4-硝基邻苯二胺；

上述通式(II)为具有pH调控释放功能的芳烃钌配合物，当配体为芳环共轭并在芳环上引入硝基可实现光敏激活，其中希夫碱螯合二胺配体为或或或；

上述通式(III)为拼合5-氟尿嘧啶的芳烃钌配合物，其中5-氟尿嘧啶基希夫碱螯合二胺配体为通式(II)中所述配体通过碳链与5-氟尿嘧啶相连形成的前体抗癌药物配体，碳链长度n为1或2或3或4或5或6或7；

上述通式(IV)为芳烃钌配合物发展成为肿瘤治疗的靶向性运输工具，式中为搭载其它抗癌药物的功能配体，通过变换R₃基团可以连接另一种抗癌小分子药物。

合成方法实施例：

1.1将0.207g（1mmol）三氯化钌和1.34g（10mmol）对甲基异丙基苯放入50mL烧瓶中，加入20mL乙醇，通入氮气保护，加热回流24小时；降温冷却后，过滤，少量无水乙醇洗涤，干燥，得褐色固体，产率为92%，即对伞花烃二氯化钌二聚体。

1.2称取0.0306g(0.05mmol)对伞烃二氯化钌二聚体溶于20mL无水甲醇中，加入0.006g（0.1mmol）1,2-乙二胺，通入氮气保护，常温下反应2小时，加入0.0238g(0.2mmol)溴化钾再搅拌2小时，过滤，减压除去甲醇剩余5mL，于-5℃下冷藏过夜，过滤，乙醚洗涤，得橙黄色固体产物，产率为33%，即为通式(I)中的一种芳烃钌配合物，化学表示式为[(η ⁶-p-cymene)Ru(en)Br]Br，晶胞参数：a=8.7354(11)?,b=11.9785(15)?,c=15.4164(18)?,α=β=γ=90^o。

2.1称取0.122g(1mmol)对羟基苯甲醛、0.459g(3mmol)4-硝基邻苯二胺于100mL圆底烧瓶中，加入60mL乙醇，通入氮气保护，加热回流反应48h。降温冷却，减压除去乙醇，固体倒入大量水中，反复抽滤洗涤除去大部分的4-硝基邻苯二胺，乙醇重结晶，得红黄色固体，产率为85%，即4-硝基-N ¹-苯亚甲基-邻苯二胺(以L0表示)。

2.2称取0.0306g(0.05mmol)对伞烃二氯化钌二聚体溶于20mL无水甲醇中，加入0.0257g（0.1mmol）4-硝基-N ¹-苯亚甲基-邻苯二胺(以L0表示)，通入氮气保护，升温至55℃反应24小时，降温冷却过滤，加入0.0163g(0.1mmol)六氟磷酸铵再搅拌2小时，减压除去甲醇剩余5mL，于-5℃下冷藏过夜，过滤，乙醚洗涤，得红褐色固体产物，产率为89%，即为通式(II)中的一种芳烃钌配合物，化学表示式为[(η ⁶-p-cymene)Ru(L0)Cl]PF₆。

3.1在100mL单口烧瓶中放入3.50g(26.92mmol)5-氟尿嘧啶和0.90g(6.81mmol)硫酸铵，再加入50mL六甲基二硅胺烷，通入氮气保护，回流反应12小时；降温冷却后，减压除去过量的六甲基二硅胺烷，加入40mL1,5-二溴戊烷，升温至105^oC反应2.5h；当温度降至室温，用80mL氯仿萃取，20mL去离子水洗涤，无水MgSO₄干燥，过滤，减压除去氯仿，0℃冷藏过夜，抽滤，用异丙醇重结晶，得无色固体产物3.68g，产率为49%，即1-(5-溴戊基)-5-氟尿嘧啶。将适量该物质溶解在氯仿中达到饱和，缓慢挥发出氯仿可获得适合于做X-射线单晶衍射的晶体。晶胞参数:a=5.5912(8)?,b=7.3508(11)?,c=13.3990(19)?,α=97.897(3)^o,β=93.845(3)^o,γ=90.100(3)^o。

3.2称取0.366g(3mmol)对羟基苯甲醛、0.414g(3mmol)碳酸钾放入50mL烧瓶中，加入4mL干燥的DMF，通氮气保护，升温至75℃搅拌反应1-2小时；然后缓慢滴加0.279g(1mmol，溶于6mL干燥的DMF中)1-(5-溴戊基)-5-氟尿嘧啶，再反应3小时；当温度降至室温，过滤，减压除去DMF剩余3mL，倒入200mL去离子水中，抽滤，无水乙醇洗涤，异丙醇重结晶，真空干燥，得白色固体产物，产率为69%，即为4-(5-(5-氟尿嘧啶-1-基)戊氧基)苯甲醛。¹HNMR(500MHz,DMSO)δ11.75(s,1H),9.86(s,1H),8.12(d,J=6.5Hz,1H),7.85(d,J=7.0Hz,2H),7.11(d,J=8.5Hz,2H),4.09(t,J=6.5Hz,2H),3.64(t,J=7.5Hz,2H),1.77(m,2H),1.66(m,2H),1.41(m,2H)。

3.3称取0.0640g(0.2mmol)4-(5-(5-氟尿嘧啶-1-基)戊氧基)苯甲醛和0.216g(2mmol)邻苯二胺放入50mL圆底烧瓶中，加入30mL无水乙醇，通入氮气保护，回流反应24小时。降温冷却，过滤，减压除去乙醇，加入30mL去离子水溶解掉过量的邻苯二胺，抽滤，去离子水洗涤，得土灰色固体，产率为67%，即为(E)-N ¹-(4-(5-(5-氟尿嘧啶-1-基)戊氧基)苯亚甲基)邻苯二胺(以L1表示)。¹HNMR(500MHz,DMSO)δ11.75(s,1H),8.55(s,1H),8.15(d,J=6.3Hz,1H),7.91(d,J=7.9Hz,2H),7.06(d,J=7.9Hz,1H),7.03(d,J=8.1Hz,2H),6.94(t,J=7.5Hz,1H),6.71(d,J=7.3Hz,1H),6.55(t,J=6.9Hz,1H),5.12(s,2H),4.05(t,J=6.5Hz,2H),3.66(t,J=7.5Hz,2H),1.77(m,2H),1.67(m,2H),1.42(m,2H)。

3.4称取0.0306g(0.05mmol)对伞烃二氯化钌二聚体和0.0410g（0.1mmol）(E)-N ¹-(4-(5-(5-氟尿嘧啶-1-基)戊氧基)苯亚甲基)邻苯二胺(以L1表示)于50mL烧瓶中，加入30mL无水甲醇，通入氮气保护，升温至65^oC反应24h；降温冷却，过滤，加入0.0163g(0.1mmol)六氟磷酸铵再搅拌2小时，减压除去甲醇剩余5mL，5℃冷藏过夜，过滤，乙醚洗涤，得黑褐色固体产物，产率为93%，即为通式(III)中的一种芳烃钌配合物，化学表示式为[(η ⁶-p-cymene)Ru(L1)Cl]PF₆。¹HNMR(500MHz,DMSO)δ11.75(d,J=4.8Hz,1H),8.30(s,1H),8.14(d,J=6.8Hz,1H),7.75(dd,J=5.8,3.2Hz,2H),7.44(dd,J=5.8,2.8Hz,2H),7.23(d,J=8.5Hz,2H),7.09(dd,J=17.4,8.1Hz,2H),5.82(d,6.2Hz,2H),5.78(d,6.2Hz,2H),4.12(t,J=6.3Hz,2H),3.66(t,J=6.5Hz,2H),3.44(dd,J=14.0,7.0Hz,4H),2.82(m,1H),2.09(s,3H),1.79(m,2H),1.68(m,2H),1.43(m,2H),1.18(d,J=6.9Hz,6H)。

芳烃钌配合物使用效果实施例：

1、通过标准的MTT法检测本发明的芳烃钌抗癌配合物对肺癌细胞株（A549）、人乳腺癌细胞株（MCF-7）的体外抗癌活性来说明本发明的配合物在抗癌领域的应用。

以本发明的下列物质为例进行说明：

（L3）、（RuL1）、

（RuL2）、（RuL3）

实验结果见图1，图1中举例物质的体外抗癌活性换算成半数抑制率（IC₅₀），配合物的IC₅₀为2~6μM，药物对两种癌细胞都具有非常高的抑制作用，其抗癌活性将近是顺铂的10倍（以专利200910193499.1的数据为参比），对正常细胞基本无毒性，显示出相当诱人的开发应用前景。

2、通过电化学实验展现本发明的芳烃钌抗癌配合物的pH调控释放和光敏激活的靶向性。

以本发明的芳烃钌配合物（RuL0）为例进行说明。0.2mM的RuL0乙醇水溶液（乙醇：水=1:3），加入硝酸钾的浓度为0.1M，用氢氧化钾和硝酸调pH为7.4或6.4，采用电化学典型的微分放大伏安法（DPV）进行本部分的验证实验。

pH调控释放的实验结果见图2；光敏激活的实验结果见图3。

本发明的物质在碱性环境下水解快速不发生药物释放，但在酸性条件下水解缓慢且有药物伴随着缓慢释放出来（实验中有沉淀物出现，溶液中检测到的未释放的RuL0浓度比碱性条件下的浓度小）；在365nm光照下RuL0水解物的浓度不断降低，说明光照使RuL0水解平衡物转化成了其它物质，这是本发明芳烃钌抗癌配合物可感受光刺激活化的实验事实。

上述举例只是本发明芳烃钌抗癌配合物合成与应用的几个具体例子，凡是适用本发明芳烃钌配合物通式的物质且作为抗癌药物应用，都在保护范围之内。

Claims

1.一种芳烃钌配合物，其特征在于：具有下面任一结构：

其中，n为1或2或3或4或5或6或7；

离去基团X为Cl或Br或I；

平衡离子为碘化钾、溴化钾、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠中阴离子。

2.权利要求1所述的芳烃钌配合物的合成方法，其特征在于：

将5-氟尿嘧啶、六甲基二硅胺烷和硫酸铵放入反应器中回流反应8-12小时，减压蒸发除去过量的六甲基二硅胺烷，再加入二溴烷烃，加热105-110℃反应2.5-12小时，萃取，重结晶，所得物质为1-溴烷基-5-氟尿嘧啶；将1-溴烷基-5-氟尿嘧啶、无机碱与羟基苯甲醛放入N,N-二甲基甲酰胺中加热至60-90℃反应2-5小时，倒入大量水中，过滤，重结晶，所得固体物质为5-氟尿嘧啶基苯甲醛；将螯合二胺化合物与5-氟尿嘧啶基苯甲醛放入乙醇中回流1-2天，过滤，蒸发除去乙醇，倒入适量水或饱和食盐水，过滤，所得物质为5-氟尿嘧啶基希夫碱螯合二胺配体；将5-氟尿嘧啶基希夫碱螯合二胺配体和芳烃二氯化钌二聚体放入甲醇溶液中，氮气保护，加热55-65℃反应1-2天，过滤，加入平衡离子，冷藏过夜，过滤，得到所述芳烃钌配合物；

其中，所述螯合二胺化合物分别为：

所述5-氟尿嘧啶基希夫碱螯合二胺配体分别为：

n为1或2或3或4或5或6或7。

3.根据权利要求2所述芳烃钌配合物的合成方法，其特征在于：

重结晶所使用的溶剂为乙醚或乙醇或异丙醇，萃取所使用的溶剂为乙酸乙酯或氯仿，冷藏温度为-10至5℃；

六甲基二硅胺烷作为反应物和溶剂，用量为5-氟尿嘧啶的10-20倍；硫酸铵作为催化剂用量为5-氟尿嘧啶的0.25倍；使用的二溴烷烃为1,2-二溴乙烷、1,3-二溴丙烷、1,4-二溴丁烷、1,5-二溴戊烷、1,6-二溴己烷或1,7-二溴庚烷；使用的无机碱为氢氧化钾或碳酸钾，与羟基苯甲醛的投料比为1:1；羟基苯甲醛与1-溴烷基-5-氟尿嘧啶的投料比为2:1至5:1；螯合二胺化合物与5-氟尿嘧啶基苯甲醛的投料比为2:1至10:1；5-氟尿嘧啶基希夫碱螯合二胺配体和芳烃二氯化钌二聚体的投料比为1:2；

上述投料比、用量均按摩尔量计算。