CN103570733A

CN103570733A - 一种卟啉类化合物及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN103570733A
Application number: CN201310530830.0A
Authority: CN
Inventors: 陈志龙; 张莉君; 丁海林; 丁予章; 卞俊; 鲍蕾蕾; 张海飞; 严懿嘉; 郑皓; 万娜; 郑慧玲; 朱伟波
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-02-12

Abstract

本发明涉及一种卟啉类化合物及其制备方法和应用，结构式为：

Description

一种卟啉类化合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于抗微生物药物及其制备和应用领域，特别涉及一种卟啉类化合物及其制备方法和应用。

背景技术

光动力抗微生物化学治疗(photodynamic antimicrobial chemotherapy,PACT)是近年来发展起来的一种利用光敏剂和可见光诱导微生物病原体发生氧化灭活的治疗手段(BanfiSet al.J Photochem Photobiol.B,85(1):28-38,2006)。PACT的基本要素：光敏剂、光源和氧，三者共同作用才能产生效果。当在正常组织或细胞加光敏剂时，所有的组织或细胞都会吸收，经过一段时间后，光敏剂会从正常组织中逐渐清除，但却能存留于病变组织或细菌细胞中，并能选择性地附着于细菌的膜系统上，尤其是细胞壁，而非在细胞体内。随后在适当波长激光局部照射后，光敏剂被激活，受激活的光敏剂将光能由光化学反应传递给组织或细菌细胞内的物质（如氧），以产生具有毒性的自由基，或与组织、细菌细胞内的氧分子作用，产生一些氧化活性分子（radical oxygen species，ROS）并攻击细胞结构,直接破坏细菌的细胞壁和膜系统，影响其自身的新陈代谢，从而导致细菌的死亡。

相对于其他方法,PACT具有非特异性和高效性,使病原菌很难产生抗药性,特别是处置方便、副作用小、见效快的优点,因而受到人们的关注。而PACT疗效主要取决于光敏剂,现已批准使用和正在临床试验的绝大多数光敏剂为卟啉类化合物(Giulio J et al.J.Photochem.Photobiol.B,36:87-89,1996),有的已运用于治疗各种细菌感染的疾病,如妇科炎症、口腔及牙周炎,以及用于手术中的灭菌与消毒等，应用前景十分可观。

卟啉与细胞质膜的结合是光敏抗微生物的先决条件。Nitan等(黄齐茂等，化学学报，62（21），2182-2186,2004)通过对三种位置异构的疏水卟啉和两种带不同电荷的亲水卟啉的抗菌性比较发现，电荷和聚集度是影响卟啉光敏活性的重要因素。对于疏水化合物而言，光活性依赖于聚集度，起作用的主要是单聚体；阳离子和阴离子相比，阳离子卟啉与细胞膜负电荷之间的静电引力使得其能与细胞膜有效结合，在光作用下杀伤细胞。革兰氏阴性菌复杂的细胞壁结构，屏蔽了卟啉和细胞膜的结合，降低了卟啉的杀伤作用。卟啉对病毒的杀伤源于对病毒外壳的作用。文献报道表明，阳离子卟啉比阴离子或中性卟啉在抗微生物方面具有更好的优势和潜能，如Banfi等人（Noryh,J et al.,J Photochem Photobiol B.17:99-101,1993）用化合物11、12、13进行光动力抗菌研究发现，中性卟啉化合物11的抗菌活性比阳性卟啉化合物12、13低很多；而后两者的比较也可发现13比12活性要好，这说明阳离子基团是卟啉抗菌所必须的，但它们还与亲脂性还有一定的关系：光敏剂亲水的增加会减弱其穿透细胞膜的能力和选择性，因此，理想的光敏剂是两性的且二者应达到一个较好的平衡。

季铵盐作为抗菌药物也有很长一段历史了。

季铵盐自从G.Domark发现烷基二甲基氯化铵的杀菌作用并用其处理军服以防止伤口感染以来,人们对季铵盐类抗菌剂的研究不断深入。从单烷基季铵盐到双烷基链季铵盐，从单体季铵盐到Gemini型季铵盐，以及各种改性季铵盐。此外，对季铵盐的应用也在不断拓宽。单体抗菌剂(结构式1所示)的抗菌性大致变化规律为:当R1不变时，抗菌活性随R2链长的增加而增加，变化范围一般在10～18之间;当R1和R2都为长烷基链时，比相同链长的单烷基链季铵盐抗菌活性要高(Jiang Shan et al.,Polymer Bulletin,15(6):57－62,2002)。该类抗菌剂的抗菌机制:通过带正电荷的氮阳离子吸附到带负电荷的细菌细胞表面，再将其长烷基链深入到疏水性的细胞膜内部干扰膜表面以及细胞质中的酶活性，导致细胞代谢受阻而凋亡。

此外，Kourai等于1995年报道，烷基链中含有不饱和烷基链时比单纯含有饱和烷基链的季铵盐的抗菌活性要高。代表性的季铵盐是3-三甲氧基硅丙基二甲基十八烷基氯化铵(结构式2所示)。其硅氧烷基通过水解成含羟基的物质与纺织品表面以共价键结合，因此可赋予纺织品良好的耐久抗菌性能。迄今为止，该抗菌整理剂已成功应用于棉、聚酯等织物中。

李银涛等(Li Yintao et al.,Chemical Research and Appication，2005，17(3):411－413)合成了含不同长度烷基链的单吡啶季铵盐，并测定其对4种细菌的杀菌活性。结果表明:抗菌活性随烷基长度的增加而减弱;除大肠杆菌外，对其他3种细菌的抑菌率均大于90%。

此后，很多人对季铵盐抗菌剂进行结构改变以增强其抗菌活性。近年来人们对单体季铵盐抗菌剂的研究侧重于向疏水链上引入氧、硫等杂原子，和向季氮上引入不饱和烷基，以提高抗菌活性。

近年来，随着广谱抗生素、类固醇药、治疗肿瘤的细胞毒素药物以及器官移植中免疫抑制剂等的广泛使用或不合理应用，使得耐药性问题更加严重，大大增加了病原微生物致病的发病率，诸如乙肝、艾滋病、非典型肺炎等都严重威胁着人类的健康，寻求光谱、高效、低毒的抗微生物药物迫在眉睫。

因此，将光敏药物卟啉结构与季铵盐结构相结合，得到见效快、有效定位、处置方便、副作用小、耐受，能够做到“光到病除”的新型抗微生物药物，此类抗微生物药物应用前景可观。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种卟啉类化合物及其制备方法和应用，本发明制备的化合物结构简单，有较高的纯度，较好的光热稳定性，红光区的吸收较强。

本发明的一种卟啉类化合物，所述化合物的结构式为：

本发明的一种卟啉类化合物的制备方法，包括：

5-(4'-苯酚)-10,15,20-三苯基卟啉中加入有机溶剂，搅拌溶解，再加入溴化1-（3'-溴丙基）-3-甲基吡啶和碱，氮气保护，80℃-85℃条件下，保持6-8h，TLC监测原料点消失，反应结束，加水溶解，萃取，洗涤干燥，静置，分离提纯，即得溴化1-[3'-[4''-(10''',15''',20'''-三苯基卟吩-5'''-)苯氧基]丙基]-3-甲基吡啶铵；其中5-(4'-苯酚)-10,15,20-三苯基卟啉、有机溶剂、溴化1-（6'-溴己基）-3-甲基吡啶铵、碱的摩尔比为3:30:7:7。

所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF或1,4-二氧六环。

所述碱为氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化锂。

所述分离提纯为柱层析分离提纯，柱层析中填充剂为硅胶，淋洗剂为体积比为10:1-1:1的二氯甲烷、甲醇的混合溶液。

所述萃取，洗涤干燥为：用DCM萃取3次，饱和NaHCO3洗，饱和NaCl洗，无水MgSO4干燥。

本发明的一种卟啉类化合物在制备光动力抗微生物药物中的应用。

有益效果

（1）本发明制备的化合物的化学结构简单，明确，有较高的纯度，较好的光热稳定性，红光区的吸收较强；把卟啉和季铵盐结合在一起,利用季铵盐的正电荷与细菌和霉菌的细胞膜表面阴离子结合或与巯基反应，干扰膜表面以及细胞质中的酶活性，导致细胞代谢受阻而凋亡；与此同时可使化合物进入细菌细胞，卟啉再进行光动力作用，杀死细菌，起到双重抗菌的作用；

（2）本发明对此种光敏剂进行了对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌的抗菌实验发现，在有光照时，光敏剂能明显的抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌的活性，具有成为光动力抗微生物化学疗法药物的前景。

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.该化合物：溴化1-[3'-[4''-(10''',15''',20'''-三苯基卟吩-5'''-)苯氧基]丙基]-3-甲基吡啶铵的制备方法如下：

具体包括以下步骤：

1)溴化1-(3'-溴丙基)-3-甲基吡啶铵的合成

溴化1-（6'-溴己基）-3-甲基吡啶铵（参照文献Kharitonov,G.V.and Le Chin.ZhurnalOrganicheskoi Khimii,16(11),2388-90;1980制备）

2）5-(4'-苯酚)-10,15,20-三苯基卟啉的合成

5-(4'-苯酚)-10,15,20-三苯基卟啉（参照文献Borocci,Stefano et al.Langmuir,17(23),7198-7203;2001制备）

3）溴化1-[3'-[4''-(10''',15''',20'''-三苯基卟吩-5'''-)苯氧基]丙基]-3-甲基吡啶铵的合成

在250ml的单口烧瓶中加入5-(4-羟基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉2g（3mmol），用有机溶剂(30mmol)，搅拌使之溶解。再加入溴化1-（3'-溴丙基）-3-甲基吡啶1.5g（7mmol），和碱(7mmol)。氮气保护，加热保持80℃8小时，TLC监测原料点消失，反应结束。加水溶解，用DCM萃取3次，饱和NaHCO3洗，饱和NaCl洗，无水MgSO4干燥，静置。柱层析（二氯甲烷：甲醇=10:1），得紫色固体。为一新化合物。HNMR(δ,CDCl3,ppm):-2.77(s,2H,-NH),2.04-2.24(m,2H,-CH2-CH2-CH2-),2.64(s,3H,pyridine-CH3),3.57-3.79(t,2H,-O-CH2-),4.31-4.43(t,2H,-N+-CH2-),5.16-5.36(m,8H,pyrrole-H),7.02-7.20(m,2H,benzene-H),7.68-8.32(m,11H,benzene-H),8.77-8.96(m,6H,benzene-H),9.29-9.41(m,4H,-pyridine-H).ESI-MS(m/z):764.8(m+1)

步骤3）中，有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF。

步骤3）中，碱是氢氧化钾。

步骤3)中，柱层析分离中填充剂为硅胶，淋洗剂为体积比为10:1的二氯甲烷、甲醇的混合溶液。

2.光敏剂对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌的抗菌实验

受试菌株：金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌

受试药物：1-[3'-[4''-(10''',15''',20'''-三苯基卟吩-5'''-)苯氧基]丙基]-3-甲基吡啶铵（以下简称光敏剂1）。

光源：100W高压汞灯；SD2490型激光功率测量仪。

光动力抗菌实验：

1）抑菌定性实验：培养好的实验菌用液体培养基稀释至10⁸CFU/ml左右,光敏剂用少量二甲亚砜溶解后,培养基稀释至10^-5mol/L,加5ｕl细菌悬液,混合后涂板,一系列迅速置于37℃培养箱中暗处培养24h,一系列置于高压汞灯下20cm处照射30min后,再置于37℃培养箱中培养24h,观察细菌生长情况。结果发现光敏剂1对革兰阳性金黄色葡萄球菌有满意的光敏抑制活性,对真菌白色念珠菌有一定的光敏抑制活性,但对革兰阴性大肠杆菌的光敏抑菌活性较差。

2）抑菌定量实验：采用双倍稀释法测定。将菌株培养至对数生长期,用比浊法以LB液体培养基将上述菌株调整至浓度为10⁵CFU/m l的悬液,备用。光敏剂1用少量二甲亚砜溶解后与菌液混合,加入96孔板中,用培养液稀释使其在混合菌液中的终浓度分别为0、0.5、1、2、4、8、16、32、64、125、250ｕg/ml和500ｕg/m l置于高压汞灯下20cm处照射30min,再置于37℃培养箱中培养24h后显微镜下观察细菌生长情况,与对照组(未加光敏剂1)比较,以80%同种菌株生长受到抑制的最低浓度为该药的抑菌浓度(IC₈₀)。上述实验均平行操作3次。光敏剂对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌的活性抑制见表1。结果发现光敏剂1对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌，大肠杆菌有显著的抑制作用。

表1 光敏剂1对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌的光动力抑制活性

Claims

1.一种卟啉类化合物，其特征在于：所述化合物的结构式为：

2.一种如权利要求1所述的卟啉类化合物的制备方法，包括：

3.根据权利要求2所述的一种卟啉类化合物的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF或1,4-二氧六环。

4.根据权利要求2所述的一种卟啉类化合物的制备方法，其特征在于：所述碱为氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化锂。

5.根据权利要求2所述的一种卟啉类化合物的制备方法，其特征在于：所述分离提纯为柱层析分离提纯，柱层析中填充剂为硅胶，淋洗剂为体积比为10:1-1:1的二氯甲烷、甲醇的混合溶液。

6.一种如权利要求1所述的卟啉类化合物在制备光动力抗微生物药物中的应用。