CN103936731A - 一种水溶性苝酰亚胺类化合物及其作为dna嵌插剂在抗癌细胞和肿瘤中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于生物药物化学合成技术领域的一种水溶性苝酰亚胺类化合物及其作为制备DNA嵌插剂、抑制癌细胞生长和抗肿瘤药物的应用。本发明将阳离子型的胺基官能团引入到苝酐类衍生物及苝单酐体系内，极大的提高了其水溶性，并且与苝类衍生物的光稳定性结合，得到了一系列新型水溶性苝酰亚胺类化合物。本发明合成的化合物能够有效的嵌入到细胞核DNA双螺旋碱基对之间，可以作为DNA嵌插剂。本发明合成的化合物具有平面刚性结构，能够特异性的富集在固定组织细胞核，荧光强、易于荧光成像、可与商业化的细胞核染料DAPI效果媲美。本发明合成的化合物可有效抑制U2OS、HCT116、HeLa和AGS等癌细胞生长，具有明显的抗肿瘤效果，可应用于制备抗肿瘤药物。

Description

一种水溶性苝酰亚胺类化合物及其作为DNA嵌插剂在抗癌细胞和肿瘤中的应用
技术领域
本发明属于生物药物化学合成技术领域，特别涉及一种水溶性苝酰亚胺类化合物及其作为DNA嵌插剂在抗癌细胞和肿瘤中的应用。 
背景技术
苝及其衍生物具有很好的光、热、化学稳定性，几乎100％的荧光量子产率，窄的荧光发射峰，能够与细胞背景荧光(395-479nm)分开以及优异的染色性能，目前已广泛应用于有机光电器件、激光染料以及生物荧光探针领域。 
嵌插剂（intercalator）是指多环芳烃小分子物质与DNA的可逆性相互作用。这类分子体积小，处于缺电子状态，并具有一定的平面刚性，可以插入到DNA两个堆积的碱基对之间，嵌入过程导致DNA的螺旋延伸和解链。目前研究较多的DNA嵌插剂有吖啶类、吡啶并咔唑类、苯并咪唑[1,2-C]喹啉类、蒽醌类等，并且都被用作抗肿瘤研究。然而具有良好平面刚性结构的苝类衍生物还没有被作为DNA嵌插剂来研究其抗肿瘤性能。 
近年来，苝酰亚胺类化合物已经应用于生物领域，如细胞特异性标记，然而较差的水溶性直接影响了它在这一领域的应用，因此提高此类化合物的水溶性及在水溶液中保持高荧光量子产率对其在生物领域，尤其是DNA嵌插剂和抗肿瘤领域具有重要意义。 
发明内容
本发明的目的在于提供一类光、热、化学稳定性好、水溶性好、结构具有可设计性的苝酰亚胺类化合物，并将其应用于生物医学领域，具体研究了作为制备DNA嵌插剂、抑制癌细胞生长和抗肿瘤药物的应用。 
本发明的技术方案为：首先选择苝酐或苝单酐作为荧光发射团，然后与含有胺基官能团的化合物反应，制备具有胺基官能团修饰的苝酰亚胺衍生物及苝单酰亚胺衍生物；然后通过Eschweiler–Clarke反应制备具有叔胺官能团修饰的苝酰亚胺衍生物及苝单酰亚胺衍生物；最终反应得到含有叔胺盐或季铵盐等不同阳离子化的苝酰亚胺衍生物及苝单酰亚胺衍生物。通过紫外吸收光谱、荧光发射光谱、圆二色谱（CD）分析这些苝酰亚胺衍生物与DNA相互作用，确认这些化合物具有优异的DNA嵌插性能，同时可以作为DNA嵌插剂来抑制肿瘤细胞的生长。然后，通过细胞和组织水平以及动物活体的研究与表征，证明本发明合成的苝酰亚胺衍生物具有细胞核的特异性富集、抑制癌细胞生长和抗肿瘤方面的作用。 
本发明所述的水溶性苝酰亚胺类化合物是含苝酰亚胺或苝单酰亚胺结构的多胺衍生物， 
其结构通式为： 
或 
或 
或 
其中，R2=CH3或CH2CH3，R3=H或CH3或CH2CH3。 
本发明所述的水溶性苝酰亚胺类化合物的合成方法，其具体制备步骤为： 
（1）将2mmol的苝酐和6-12mmol的胺类化合物加入3-6mL水中搅拌均匀，然后升温至100-120℃，回流反应12-24h，降到室温后，用1-2wt%KOH水溶液和水洗涤，干燥得到产物； 
（2）将0.6mmol步骤（1）得到的产物与5-9mmol的对甲基苯磺酸在3-6mL水中于50-60℃反应4-8h后过滤，滤液经旋转蒸发除去溶剂，接着用丙酮分散，用乙醚沉淀洗涤， 离心、干燥，得到叔铵盐苝酰亚胺类化合物； 
或者将0.6mmol步骤（1）得到的产物与5-9mmol的对甲基苯磺酸甲酯在50-60℃反应18-24h后，加3-5mL甲醇到反应混合溶液中过滤，通过旋转蒸发对滤液进行浓缩，然后用乙醚进行沉淀洗涤，离心、干燥后得到季铵盐苝酰亚胺类化合物； 
步骤（1）所述的胺类化合物为含有一个端胺基的叔胺类化合物，其分子式通式为NH2(R1NH)0-5R1N(R2)2，其中R1为含有2-6个亚甲基的烷基链，R2为甲基或乙基； 
上述制得的叔铵盐苝酰亚胺类化合物和季铵盐苝酰亚胺类化合物为含2-12个胺基功能化的水溶性线性苝酰亚胺类化合物。 
步骤（1）所述的胺类化合物优选N，N-二甲基乙二胺或N,N-二乙基二乙烯基三胺。 
本发明所述的水溶性苝酰亚胺类化合物的合成方法，其具体制备步骤为： 
1）将苝酐和多胺类化合物按摩尔比为（1:40）-（1:60）加入回流反应瓶中，氮气气氛下加热到98-110℃反应24-28h，然后升温到170-180℃继续反应2-5h，降到室温后，加入体积比为（1:2）-（1:4）的乙醇与乙醚的混合溶剂，过滤，然后用甲苯、乙醚洗涤固体产物，干燥； 
2）将138mg步骤1）得到的产物加入到1-2mL的混合溶液中，所述的混合溶液为80-86wt%的甲酸溶液和25-35wt%的甲醛溶液按体积比(1.2:1)-(1.5:1)配制得到，氮气气氛下搅拌0.5-1.5小时后加热到90-120℃反应12-18小时，降到室温后，用乙醚沉淀洗涤，干燥得到叔胺官能化的苝酰亚胺类化合物； 
3）将100mg步骤2）得到的叔胺官能化的苝酰亚胺类化合物溶于2-4mL的甲醇或乙腈溶剂中，然后滴加0.2-0.4mL碘甲烷或0.2-0.5mL碘乙烷，在氮气气氛下加热到60-80℃，得到季铵盐苝酰亚胺类化合物； 
步骤1）所述的多胺类化合物为含有三个端胺基的胺类化合物，其分子式通式为NH2(R1NH)0-5R1N(R1NH2)2，其中R1为含有2-6个亚甲基的烷基链； 
上述制得的叔胺官能化的苝酰亚胺类化合物和季铵盐苝酰亚胺类化合物为含6-16个胺基功能化的水溶性支化苝酰亚胺类化合物。 
步骤1）所述的多胺类化合物优选三(2-氨基乙基)胺。 
本发明所述的水溶性苝酰亚胺类化合物的合成方法，其具体制备步骤为： 
Ⅰ.将2mmol的苝单酐和5-10mmol的胺类化合物加入3-6mL水中搅拌均匀，然后升温至100-120℃，回流反应12-24h，降到室温后，用1-2wt%KOH水溶液和水洗涤，干燥得到产物； 
Ⅱ.将0.5mmol步骤Ⅰ得到的产物与2.5-5mmol的对甲基苯磺酸在2-4mL水中于50-60℃反应4-8h后过滤，滤液经旋转蒸发除去溶剂，用乙醚沉淀洗涤，离心、干燥，得到 叔铵盐苝单酰亚胺类化合物； 
或者将0.5mmol步骤Ⅰ得到的产物与2.5-5mmol的对甲基苯磺酸甲酯在50-60℃反应18-24h后过滤，通过旋转蒸发对滤液进行浓缩，然后用乙醚进行沉淀洗涤，离心、干燥后得到季铵盐苝单酰亚胺类化合物； 
步骤Ⅰ所述的胺类化合物为含有一个端胺基的叔胺类化合物，其分子式通式为NH2(R1NH)0-5R1N(R2)2，其中R1为含有2-6个亚甲基的烷基链，R2为甲基或乙基； 
上述制得的叔铵盐苝单酰亚胺类化合物和季铵盐苝单酰亚胺类化合物为含1-6个胺基功能化的水溶性线性苝酰亚胺类化合物。 
步骤Ⅰ所述的胺类化合物优选N，N-二甲基乙二胺或N,N-二乙基二乙烯基三胺。 
本发明所述的水溶性苝酰亚胺类化合物的合成方法，其具体制备步骤为： 
①.将苝单酐和多胺类化合物按摩尔比为（1:40）-（1:60）加入回流反应瓶中，氮气气氛下加热到98-110℃反应24-28h，然后升温到170-180℃继续反应2-5h，降到室温后，加入体积比为（1:2）-（1:4）的乙醇与乙醚的混合溶剂，过滤，然后用甲苯、乙醚洗涤固体产物，干燥； 
②.将150mg步骤①得到的产物加入到1.0-2mL的混合溶液中，所述的混合溶液为80-86wt%的甲酸溶液和25-35wt%的甲醛溶液按体积比(1.2:1)-(1.5:1)配制得到，氮气气氛下搅拌0.5-1.5小时后加热到90-120℃反应12-18小时，降到室温后，用乙醚沉淀洗涤，干燥得到叔胺官能化的苝单酰亚胺类化合物； 
③.将100mg步骤②得到的叔胺官能化的苝单酰亚胺类化合物溶于2-4mL甲醇或乙腈溶剂中，然后滴加0.2-0.4mL碘甲烷或0.2-0.5mL碘乙烷，在氮气气氛下加热到60-80℃，得到季铵盐苝单酰亚胺类化合物； 
步骤①所述的多胺类化合物为含有三个端胺基的胺类化合物，其分子式通式为NH2(R1NH)0-5R1N(R1NH2)2，其中R1为含有2-6个亚甲基的烷基链； 
上述制得的叔胺官能化的苝单酰亚胺类化合物和季铵盐苝单酰亚胺类化合物为含3-8个胺基功能化的水溶性支化苝酰亚胺类化合物。 
步骤①所述的多胺类化合物优选三(2-氨基乙基)胺。 
将上述水溶性苝酰亚胺类化合物作为制备DNA嵌插剂的应用。 
将上述水溶性苝酰亚胺类化合物作为制备细胞核染料的应用。 
将上述水溶性苝酰亚胺类化合物作为制备抑制癌细胞生长药物的应用。 
将上述水溶性苝酰亚胺类化合物作为制备抗肿瘤药物的应用。 
本发明具有如下有益效果： 
1.以苝酐类衍生物及其类似物作为荧光发射团，通过不同的合成方法合成了一系列带有 不同胺基功能基团的水溶性苝酰亚胺类化合物；该类化合物具有良好的光、热、化学稳定性、荧光量子产率高、水溶性好、结构可设计性等特性。 
2.本发明合成的水溶性苝酰亚胺类化合物能够有效的嵌入到细胞核DNA双螺旋碱基对之间，可以作为DNA嵌插剂，具有很好的实际应用价值。 
3.本发明合成的水溶性苝酰亚胺类化合物具有平面刚性结构，能够特异性的富集在固定组织细胞核，荧光强、易于荧光成像、可与商业化的细胞核染料DAPI效果媲美。 
4.本发明合成的水溶性苝酰亚胺类化合物可有效抑制U2OS、HCT116、HeLa和AGS等癌细胞生长，抑制肿瘤小鼠体内的肿瘤生长，具有明显的抗肿瘤效果；使其在生物医药的科研、诊断、治疗领域具有广阔的应用前景。 
5.本发明合成方法简单，容易大量合成，具有很好的应用价值。 
附图说明
图1水溶性苝酰亚胺类化合物P2嵌插到DNA碱基对间的分子模型图，以及应用于特异性细胞核富集的荧光成像图、抑制HCT116细胞生长的柱状图和抑制肿瘤小鼠体内的肿瘤生长照片。 
图2实施例1和实施例2中合成水溶性苝酰亚胺类化合物的反应流程图。 
图3实施例3和实施例4中合成水溶性苝单酰亚胺类化合物的反应流程图。 
图4水溶性苝酰亚胺类化合物P2,P3,P5和P6（5.0μM）在磷酸缓冲液(10mM,pH7.4)中与Ct-DNA作用的（A1-A4）紫外吸收和（B1-B4）荧光发射光谱图。 
图5固定Ct-DNA浓度为80μM，在磷酸缓冲液(10mM,pH7.4)中，添加水溶性苝酰亚胺类化合物P2,P3,P5和P6（3μM）以及空白试验的(A-D)CD光谱图。 
图6果蝇唾液腺固定组织在水溶性苝酰亚胺类化合物P2，P3与DAPI共染色下的荧光成像。(A-B)10μΜ的P2，P3(亚酰胺部位连接两个胺基取代基，P2，P3具有刚性平面框架结构)分别染色标记果蝇唾液腺，546nm光道荧光成像，特异性的富集在细胞核上。(A’-B’)细胞核染料DAPI染色标记果蝇幼虫唾液腺组织，405nm光道下荧光成像图。(A”-B”)P2，P3细胞核荧光定位成像效果与DAPI荧光成像效果完全重合。 
图7果蝇唾液腺固定组织在水溶性苝酰亚胺类化合物P5，P6与DAPI共染色下的荧光成像。(A-B)10μΜ的P5，P6(亚酰胺部位连接四个胺基取代基，P5，P6具有刚性平面框架结构)分别染色标记果蝇唾液腺，546nm光道荧光成像，特异性的富集在细胞核上。(A’-B’)细胞核染料DAPI染色标记果蝇幼虫唾液腺组织，405nm光道下荧光成像图。(A”-B”)P5，P6细胞核荧光定位成像效果与DAPI荧光成像效果完全重合。 
图8P2、P3、P5、P6和amonafide在浓度为0到8μM范围内对HCT116结肠癌细胞的毒性测试。 
图9P2和amonafide在浓度为0到8μM范围内对(A)HeLa宫颈癌细胞,(B)HCT116结肠癌细胞,(C)U2OS人骨肉瘤细胞和(D)MEF正常细胞的毒性测试。 
图10P2和P3在活体内的抗肿瘤效果测试。（A）接种P2和P3后小鼠的照片（每次15mg·kg-1）；对照实验组：注射相同体积的生理盐水。（B）解剖后肿瘤的照片。 
具体实施方式
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步阐述。本发明不限于这些具体的实施例。 
产物结构的表征使用：核磁1H和13C谱（Bruker400），质谱AXIMA-CFRplus MALDI-TOFMS。 
产物光学性能表征使用：紫外可见光谱(Cintra20,GBC,Australia)，荧光光谱(HoribaJobin Yvon FluoroMax-4NIR,NJ,USA)。 
产物的生物实验表征使用：荧光显微镜（AMG EVOS f1 microscope），激光共聚焦显微镜（Leica TCS SP2 AOBS confocal microscope）。 
实施实例1： 
1）0.7846g苝酐（2.0mmol）和0.34mLN，N-二甲基乙二胺（6.0mmol）悬浮于4mL水中搅拌均匀，然后升温至100℃回流反应12h，等温度降到室温后，用1wt%KOH水溶液和水洗涤，经真空干燥后得到红色固体产物P1，产率为75%； 
1H-NMR(400MHz,CF3COOD),δppm:8.77(d,J=12.3Hz,8H),4.77(s,4H),3.75(s,4H),3.19(s,12H).13C-NMR(100MHz,CF3COOD),δppm:168.67,138.82,135.64,131.77,128.84,126.85,123.97,60.73,46.42,38.74.MS(MALDI-TOF,m/z):Calcd forC32H28N4O4,532.6;Found,533.6(M+H+). 
2）0.32gP1（0.6mmol）与1.02g对甲基苯磺酸（5.4mmol）在3.5mL去离子水溶液中于50℃反应4h后过滤，滤液经旋转蒸发除去溶剂，接着用丙酮分散，用乙醚沉淀洗涤，离心、干燥后得到红色固体产物P2，产率为85%。 
1H-NMR(400MHz,CF3COOD),δppm:8.76(s,8H),7.77(s,<2H),7.37(d,J=7.7Hz,4H),6.95(d,J=7.7Hz,4H),4.81(s,4H),3.83(s,4H),3.27(d,J=2.9Hz,12H),1.96(s,6H). 13C-NMR(100MHz,CF3COOD),δppm:168.73,146.03,138.67,138.52,135.51,131.73,131.41,128.60,127.62,126.62,124.13,60.54,46.50,38.66,21.72.UV-Vis(H2O,c=5.0×10-6M):λmax(ε)=498nm(2.45×104M-1cm-1);Emission(H2O,λex=498nm):λmax=545nm. 
P1（0.32g，0.6mmol）与2.5mL对甲基苯磺酸甲酯（5.4mmol）于50℃反应20h，等温度降到室温后，加3mL甲醇到反应混合溶液中过滤，通过旋转蒸发对滤液进行浓缩，然后用乙醚进行沉淀洗涤，离心、干燥后得到红色固体产物P3，产率为80%。 
1H-NMR(400MHz,CF3COOD),δppm:8.99(dt,J=15.1,7.6Hz,8H),7.77(d,J=8.1Hz,4H),7.33(d,J=8.0Hz,4H),4.97(d,J=30.0Hz,4H),3.99(d,J=37.7Hz,4H),3.55(s,12H), 3.37(s,6H),2.38(s,6H).UV-Vis(H2O,c=10-5M):λmax=498nm;Emission(H2O,λex=498nm):λmax=545nm。 
P2和P3为含2个胺基功能化的水溶性线性苝酰亚胺类化合物。 
P2结构式为 
P3结构式为 
实施实例2： 
1）将0.81g苝酐(2.1mmol)和15mL三(2-氨基乙基)胺(100.5mmol)加入回流反应瓶中，其中三(2-氨基乙基)胺也为反应溶剂；溶液在氮气气氛下加热到100℃反应28小时，然后升温到170℃继续反应4小时，等温度降到室温后，加入体积比为1：3的乙醇与乙醚的混合溶剂，过滤，然后用甲苯、乙醚洗涤固体产物，干燥后得到红色固体产物P4，产率为90%。 
1H-NMR(400MHz,CF3COOD),δppm:8.82-8.98(m,8H),4.93(m,4H),4.40(m,4H),4.04-4.21(m,16H).UV-Vis(H2O,c=10-5M):λmax=498nm;Emission(H2O,λex=498nm):λmax=545nm.MS(MALDI-TOF,m/z):calcd forC36H40N8O4:648.75.Found:648.3. 
2）将138mgP4加入到0.64mL85wt%的甲酸溶液和0.44mL30wt%的甲醛溶液组成的混合溶液中，先在氮气气氛下于室温搅拌反应1小时，然后加热到120℃反应16小时，等温度降到室温后，用乙醚沉淀洗涤3次，干燥后得到红色固体产物P5，产率为88%；UV-Vis(H2O,c=10-5M):λmax=498nm;Emission(H2O,λex=498nm):λmax=545nm.MS(MALDI-TOF,m/z):calcd for C44H56N8O4:760.97.Found:761.63. 
3）将上述100mgP5溶于3mL甲醇溶剂中，然后滴加0.2mL的碘甲烷，在氮气气氛下加热到60℃，得到季铵盐苝酰亚胺类衍生物P6。1H-NMR(400MHz,CF3COOD),δppm:8.95(d,J=34.1Hz,8H),5.04(s,4H),4.51(s,20H),4.26(s,6H),3.56(s,36H).UV-Vis(H2O,c=10-5M):λmax=498nm;Emission(H2O,λex=498nm):λmax=545nm. 
P5和P6为含6个胺基功能化的水溶性支化苝酰亚胺类化合物。 
P5结构式为 
P6结构式为 
实施实例3： 
（1）0.644g苝单酐（2.0mmol）和0.34mLN，N-二甲基乙二胺（6.0mmol）加入3mL水中搅拌均匀，然后升温至110℃，回流反应15h，降到室温后，用1wt%KOH水溶液和水洗涤，经真空干燥后得到暗红色固体产物M1，产率为79%； 
（2）0.196gM1（0.5mmol）与0.51g对甲基苯磺酸（2.7mmol）在2mL去离子水溶液中于55℃反应5h后过滤，滤液经旋转蒸发除去溶剂，用乙醚沉淀洗涤，离心、干燥后得到红色固体产物M2，产率为88%； 
M1（0.196g，0.5mmol）与1.25mL对甲基苯磺酸甲酯（2.7mmol）于53℃反应19h，等温度降到室温后，过滤，通过旋转蒸发对滤液进行浓缩，然后用乙醚进行沉淀洗涤，离心、干燥后得到红色固体产物M3，产率为86%。 
M2和M3为含1个胺基功能化的水溶性线性苝酰亚胺类化合物。 
M2结构式为 
M3结构式为 
实施实例4： 
1）将0.644g苝单酐（2.0mmol）和15mL三(2-氨基乙基)胺(100.5mmol)加入回流反应瓶中，溶液在氮气气氛下加热到105℃反应25小时，然后升温到172℃继续反应3小时，等温度降到室温后，加入体积比为1：3的乙醇与乙醚的混合溶剂，过滤，然后用甲苯、乙醚洗涤固体产物，干燥后得到红色固体产物M4，产率为86%。 
2）将150mgM4加入到0.72mL85wt%的甲酸溶液和0.53mL30wt%的甲醛溶液组成的混合溶液中，先在氮气气氛下于室温搅拌反应45分钟，然后加热到110℃反应15小时，等温度降到室温后，用乙醚沉淀洗涤3次，干燥后得到红色固体产物M5，产率为93%； 
3）将上述100mgM5溶于3mL甲醇溶剂中，然后滴加0.25mL的碘甲烷，在氮气气氛下加热到64℃，得到季铵盐苝单酰亚胺类衍生物M6。 
M5和M6为含3个胺基功能化的水溶性支化苝酰亚胺类化合物。 
M5结构式为 
M6结构式为 
将实施例1和2制备的水溶性苝酰亚胺类化合物P2,P3,P5和P6作为DNA嵌插剂进行研究。 
1）紫外吸收光谱测试：将实施例1和2制备的水溶性苝酰亚胺类化合物P2,P3,P5和P6分别用磷酸缓冲液(10mM,pH7.4)配制为浓度为5μM的溶液，按照摩尔比为1：0，1：1，5： 2，1：3加入Ct-DNA，于室温放置12h后，对样品进行紫外吸收光谱测试。实验结果显示P2,P3,P5和P6样品中加入Ct-DNA后，紫外吸收光谱强度减弱，且其最大峰位置伴随有红移现象。 
2）荧光发射光谱测试：将上述步骤1）配制的水溶性苝酰亚胺类化合物样品溶液进行荧光发射光谱测试。实验结果显示，P2,P3,P5和P6样品中加入Ct-DNA后，荧光发射光谱强度减弱。 
3）CD光谱测试：固定Ct-DNA浓度为80μM，在磷酸缓冲液(10mM,pH7.4)中分别添加P2,P3,P5和P6以及空白样品，配制为浓度为3μM的溶液，于室温放置1h后，对样品进行CD光谱测试。实验结果显示，Ct-DNA溶液中加入P2,P3,P5和P6后，277nm处的正信号CD峰强度增强，247nm处的负信号CD峰强度减弱。 
紫外吸收、荧光发射光谱和CD光谱实验结果显示该水溶性苝酰亚胺类化合物P2，P3，P5和P6能够作为DNA嵌插剂插入到DNA碱基对间。 
将实施例1和2制备的水溶性苝酰亚胺类化合物P2,P3,P5和P6作为细胞核染料的研究。 
将P2,P3,P5和P6（10μM）染色处理果蝇固定组织，一起培养1小时后，P2，P3，P5和P6能够与细胞核里的DNA相互作用，从而特异性的富集于细胞核，并且与商业化染料DAPI标记完全一致。 
将实施例1和2制备的水溶性苝酰亚胺类化合物P2,P3,P5和P6作为抑制癌细胞生长药物和抗肿瘤的研究。 
用四氮唑盐（microculture tetrozolium,MTT）还原法研究P2,P3,P5，P6和amonafide对U2OS（人骨肉瘤）、HCT116（结肠癌）、HeLa（子宫颈癌）和AGS（胃腺癌）癌细胞进行体外抑制癌细胞生长活性测试。实验结果如下表所示，显示P2和P3对U2OS、HCT116、HeLa和AGS等癌细胞生长具有良好的抑制性,而且它们抑制癌细胞的效果要比商业的抗肿瘤药物amonafide好很多。更为重要的是，P2抑制这三种癌细胞的IC50都低于2μM。同时，还用MTT法研究了P2对MEF正常细胞的细胞毒性。当P2与MEF正常细胞作用时，P2表现出相对较低的细胞毒性。 
最后，测试了P2和P3在活体内的抗肿瘤效果，其中，以小鼠作为活体研究对象，并在其皮下接种HCT116(结肠癌)细胞。实验结果表明，P2和P3具有良好的抑制肿瘤效果，并且对正常细胞的副作用较小。 
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。 

Claims (9)

1.一种水溶性苝酰亚胺类化合物，其特征在于，该类化合物是含苝酰亚胺或苝单酰亚胺结构的多胺衍生物，其结构通式为：
或
或
或
其中，R2=CH3或CH2CH3，R3=H或CH3或CH2CH3。
2.一种水溶性苝酰亚胺类化合物的合成方法，其特征在于，其具体制备步骤为：
（1）将2mmol的苝酐和6-12mmol的胺类化合物加入3-6mL水中搅拌均匀，然后升温至100-120℃，回流反应12-24h，降到室温后，用1-2wt%KOH水溶液和水洗涤，干燥得到产物；
（2）将0.6mmol步骤（1）得到的产物与5-9mmol的对甲基苯磺酸在3-6mL水中于50-60℃反应4-8h后过滤，滤液经旋转蒸发除去溶剂，接着用丙酮分散，用乙醚沉淀洗涤，离心、干燥，得到叔铵盐苝酰亚胺类化合物；
或者将0.6mmol步骤（1）得到的产物与5-9mmol的对甲基苯磺酸甲酯在50-60℃反应18-24h后，加3-5mL甲醇到反应混合溶液中过滤，通过旋转蒸发对滤液进行浓缩，然后用乙醚进行沉淀洗涤，离心、干燥后得到季铵盐苝酰亚胺类化合物；
步骤（1）所述的胺类化合物为含有一个端胺基的叔胺类化合物，其分子式通式为NH2(R1NH)0-5R1N(R2)2，其中R1为含有2-6个亚甲基的烷基链，R2为甲基或乙基；
上述制得的叔铵盐苝酰亚胺类化合物和季铵盐苝酰亚胺类化合物为含2-12个胺基功能化的水溶性线性苝酰亚胺类化合物。
3.一种水溶性苝酰亚胺类化合物的合成方法，其特征在于，其具体制备步骤为：
1）将苝酐和多胺类化合物按摩尔比为（1:40）-（1:60）加入回流反应瓶中，氮气气氛下加热到98-110℃反应24-28h，然后升温到170-180℃继续反应2-5h，降到室温后，加入体积比为（1:2）-（1:4）的乙醇与乙醚的混合溶剂，过滤，然后用甲苯、乙醚洗涤固体产物，干燥；
2）将138mg步骤1）得到的产物加入到1-2mL的混合溶液中，所述的混合溶液为80-86wt%的甲酸溶液和25-35wt%的甲醛溶液按体积比(1.2:1)-(1.5:1)配制得到，氮气气氛下搅拌0.5-1.5小时后加热到90-120℃反应12-18小时，降到室温后，用乙醚沉淀洗涤，干燥得到叔胺官能化的苝酰亚胺类化合物；
3）将100mg步骤2）得到的叔胺官能化的苝酰亚胺类化合物溶于2-4mL的甲醇或乙腈溶剂中，然后滴加0.2-0.4mL碘甲烷或0.2-0.5mL碘乙烷，在氮气气氛下加热到60-80℃，得到季铵盐苝酰亚胺类化合物；
步骤1）所述的多胺类化合物为含有三个端胺基的胺类化合物，其分子式通式为NH2(R1NH)0-5R1N(R1NH2)2，其中R1为含有2-6个亚甲基的烷基链；
上述制得的叔胺官能化的苝酰亚胺类化合物和季铵盐苝酰亚胺类化合物为含6-16个胺基功能化的水溶性支化苝酰亚胺类化合物。
4.一种水溶性苝酰亚胺类化合物的合成方法，其特征在于，其具体制备步骤为：
（1）将2mmol的苝单酐和5-10mmol的胺类化合物加入3-6mL水中搅拌均匀，然后升温至100-120℃，回流反应12-24h，降到室温后，用1-2wt%KOH水溶液和水洗涤，干燥得到产物；
（2）将0.5mmol步骤（1）得到的产物与2.5-5mmol的对甲基苯磺酸在2-4mL水中于50-60℃反应4-8h后过滤，滤液经旋转蒸发除去溶剂，用乙醚沉淀洗涤，离心、干燥，得到叔铵盐苝单酰亚胺类化合物；
或者将0.5mmol步骤（1）得到的产物与2.5-5mmol的对甲基苯磺酸甲酯在50-60℃反应18-24h后过滤，通过旋转蒸发对滤液进行浓缩，然后用乙醚进行沉淀洗涤，离心、干燥后得到季铵盐苝单酰亚胺类化合物；
步骤（1）所述的胺类化合物为含有一个端胺基的叔胺类化合物，其分子式通式为NH2(R1NH)0-5R1N(R2)2，其中R1为含有2-6个亚甲基的烷基链，R2为甲基或乙基；
上述制得的叔铵盐苝单酰亚胺类化合物和季铵盐苝单酰亚胺类化合物为含1-6个胺基功能化的水溶性线性苝酰亚胺类化合物。
5.一种水溶性苝酰亚胺类化合物的合成方法，其特征在于，其具体制备步骤为：
1）将苝单酐和多胺类化合物按摩尔比为（1:40）-（1:60）加入回流反应瓶中，氮气气氛下加热到98-110℃反应24-28h，然后升温到170-180℃继续反应2-5h，降到室温后，加入体积比为（1:2）-（1:4）的乙醇与乙醚的混合溶剂，过滤，然后用甲苯、乙醚洗涤固体产物，干燥；
2）将150mg步骤1）得到的产物加入到1.0-2mL的混合溶液中，所述的混合溶液为80-86wt%的甲酸溶液和25-35wt%的甲醛溶液按体积比(1.2:1)-(1.5:1)配制得到，氮气气氛下搅拌0.5-1.5小时后加热到90-120℃反应12-18小时，降到室温后，用乙醚沉淀洗涤，干燥得到叔胺官能化的苝单酰亚胺类化合物；
3）将100mg步骤2）得到的叔胺官能化的苝单酰亚胺类化合物溶于2-4mL甲醇或乙腈溶剂中，然后滴加0.2-0.4mL碘甲烷或0.2-0.5mL碘乙烷，在氮气气氛下加热到60-80℃，得到季铵盐苝单酰亚胺类化合物；
步骤1）所述的多胺类化合物为含有三个端胺基的胺类化合物，其分子式通式为NH2(R1NH)0-5R1N(R1NH2)2，其中R1为含有2-6个亚甲基的烷基链；
上述制得的叔胺官能化的苝单酰亚胺类化合物和季铵盐苝单酰亚胺类化合物为含3-8个胺基功能化的水溶性支化苝酰亚胺类化合物。
6.根据权利要求1所述的水溶性苝酰亚胺类化合物作为制备DNA嵌插剂的应用。
7.根据权利要求1所述的水溶性苝酰亚胺类化合物作为制备细胞核染料的应用。
8.根据权利要求1所述的水溶性苝酰亚胺类化合物作为制备抑制癌细胞生长药物的应用。
9.根据权利要求1所述的水溶性苝酰亚胺类化合物作为制备抗肿瘤药物的应用。
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