CN104774221B - 喹啉酮衍生物的金属配合物及其合成方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一系列喹啉酮金属配合物及其合成方法及应用。所述配合物的合成方法为:按化学计量比称取金属盐和配体3‑(1H‑苯并咪唑‑2‑基)‑6‑甲基‑2(1H)‑喹啉酮,溶于极性溶剂中,进行配位反应,即得到目标产物。申请人还考察了这些配合物对4种人肿瘤细胞株和1种正常细胞株的增殖抑制活性,结果表明它们具有一定的体外抗肿瘤活性,其中Rh(III)的活性最为显著,对人胃癌细胞MGC‑803的抗肿瘤活性更是顺铂的5倍多,并且对正常细胞的毒性小于对癌细胞的毒性,具有较好的潜在药用价值,有望用于各种抗肿瘤药物的制备。本发明所述的喹啉酮金属配合物,其具有下式所示结构:
Description
技术领域
本发明涉及医药技术领域,具体涉及喹啉酮衍生物的金属配合物及其合成方法及应用。
背景技术
2(1H)-喹啉酮结构是与喹啉一样广泛存在天然产物中的生物碱,含有2(1H)-喹啉酮结构的化合物具有多种生物活性,在其环上或侧链上引入不同的取代基,可产生诸如抗肿瘤、抗氧化、抗炎等广谱的药理活性。寻求活性优良、毒性低的药物先导化合物母核是当前研发抗肿瘤新药的一种重要方法,由于2(1H)-喹啉酮具有活性较好、结构易于修饰、毒性低等特点,其被广泛应用抗肿瘤药物的设计和筛选中。一些具有2(1H)-喹啉酮骨架的化合物作为抗肿瘤药物已经进入临床,例如:多韦替尼(Dovitinib)是一种口服有效的小分子多靶点酪氨酸激酶抑制剂,可直接作用于肿瘤细胞以及为肿瘤细胞提供营养的血管和基质,通过抗增殖活性和抗血管生存活性,表现出抗肿瘤作用;替比法尼(Tipifanib)属于法尼基转移酶抑制剂,它通过抑制法尼基化的蛋白质,可以防止Ras致癌基因的活化,抑制细胞生长,诱导细胞凋亡,并抑制血管生成。该类化合物有着良好的发展前景。
另一方面,基于药用活性配体的药物无机化学研究在近年来随着生物无机化学的蓬勃发展而成为热点研究领域,尤其以顺铂、卡铂、奥沙利铂等为代表的第一、二、三代铂类抗癌药物作为一线化疗药物的成功应用,真正标志着金属药物研究与应用新时代的到来。目前尚未见有以3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮为配体的金属配合物及其合成和应用的相关报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一系列喹啉酮衍生物的金属配合物及其合成方法及应用。
本发明所述的喹啉酮衍生物的金属配合物,具有下式所示结构:
其中,M表示一种二价或三价金属阳离子,L表示参与配位的二价或三价金属阳离子以金属盐的形式参加反应时该金属盐的阴离子,或者是参与配位的溶剂分子。
上述结构式中,M优选为Co(II)、Rh(III)或Ir(III);L具体为氯离子、硝酸根、甲醇(即甲醇分子)或水(即水分子)。
本发明所述喹啉酮金属配合物的合成方法:按化学计量比称取金属盐和配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮,溶于极性溶剂中,进行配位反应,即得到目标产物。
本发明所述合成方法中所涉及的配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮采用以下合成思路进行合成:
以对甲苯胺为原料,在醋酸或盐酸存在的条件下,加入乙酸酐进行酰化,得到酰化产物(即化合物1);所得酰化产物以三氯氧磷关环,得到关环产物(即化合物2);所得关环产物加酸进行水解,得到水解产物(即化合物3);所得水解产物与邻苯二胺进行缩合反应,即得目标产物(即化合物4)。具体的合成路线如下:
试剂:(a)乙酸酐,醋酸或盐酸;(b)N,N-二甲基甲酰胺,三氯氧磷;(c)酸;(d)邻苯二胺,甲醇和/乙醇。
上述配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮更为具体的合成方法,包括以下步骤:
①以对甲苯胺为原料,在醋酸或盐酸存在的条件下,加入乙酸酐进行反应,反应完成后调节体系的pH值为6~8,反应物抽滤,滤饼重结晶,得到化合物1;
②所得化合物1溶于N,N-二甲基甲酰胺中,加入三氯氧磷进行关环反应,所得反应物倒入冰水中,抽滤,得到化合物2;
③所得化合物2加酸进行水解,得到化合物3;
④所得化合物3与邻苯二胺在甲醇和/或乙醇存在的条件下进行缩合反应,即得目标产物(即配体)。
上述配体合成方法的步骤①中,所述醋酸的浓度可以是30~90(v/v)%,所述盐酸的浓度可以是15~37w/w%,所述醋酸和盐酸的用量通常分别为对甲苯胺物质的量的0.9~1.2倍,或者是大于对甲苯胺物质的量的1.2倍。所述乙酸酐的加入量通常为对甲苯胺物质的量的0.9~1.2倍,或者是大于对甲苯胺物质的量的1.2倍。该步骤中,由于反应放热,优选反应在冰浴条件下进行。反应是否完全可以可采用薄层层析(TLC)跟踪检测,通常控制反应时间为1~4h较合适。反应完成后采用碱液调节体系的pH值为6~8,所述的碱液可以是乙酸钠、碳酸钠、磷酸钠、碳酸氢钠或碳酸钾等碱性物质的水溶液,所述碱液的浓度优选为5~30/w/w%;优选是采用乙酸钠的水溶液进行调节。收集的滤饼通常采用无水乙醇和/或无水甲醇进行重结晶。
上述配体合成方法的步骤②中,所述三氯氧磷的加入量通常为化合物1物质的量的0.9~1.2倍,或者是大于对甲苯胺物质的量的1.2倍。所述N,N-二甲基甲酰胺的用量可以根据需要确定,具体可以按10mmol化合物1用5~11ml的量来计算。所述的关环反应通常在加热条件下进行,优选是在60~90℃条件下进行,更优选是在回流装置中于60~90℃条件下进行回流反应。反应是否完全可以可采用TLC跟踪检测,通常控制反应时间为8~14h较合适。
上述配体合成方法的步骤③中,进行水解时所用的酸可以是30~90(v/v)%冰醋酸,或者是2~6mol/L的盐酸,或者是2~6mol/L的硫酸;所述用于水解的酸的用量通常为每10mmol化合物2用50~80ml酸溶液进行水解。所述水解通常在加热条件下进行,优选是在60~90℃条件下进行,更优选是在回流装置中于60~90℃条件下进行回流,在上述温度条件下回流可得到澄清溶液。水解是否完全可以可采用TLC跟踪检测,通常控制反应时间为6~12h较合适。水解完全后,所得反应物冷却,有晶体析出,析出的晶体即为化合物3。
上述配体合成方法的步骤④中,所述邻苯二胺的用量通常为化合物3物质的量的0.9~1.2倍,或者是大于对甲苯胺物质的量的1.2倍。所述的甲醇为70~100v/v%甲醇,所述的乙醇为70~100v/v%乙醇;所述甲醇和/或乙醇的用量可以根据需要确定,具体可以按10mmol化合物3用50~80ml的量来计算。所述的缩合反应通常在加热条件下进行,优选是在60~90℃条件下进行,更优选是在回流装置中于60~90℃条件下进行回流反应。缩合反应是否完全可以可采用TLC跟踪检测,通常控制反应时间为6~12h较合适。反应完成后,所得反应物冷却后抽滤,收集滤饼即为目标产物(即配体)。
本发明所述配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮的分子式为C17H13N3O,分子量为:275.1,结构如下:
该分子中,喹啉酮上的羰基氧原子和咪唑环上的氮原子具有较强的配位能力,可在配位反应中形成如下配位方式:
N、O双齿螯合方式:以3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮的N,O原子与金属离子M配位,形成六元环螯合体。
具体在合成本发明所述的喹啉酮金属配合物时,可采用溶液法或溶剂热法进行合成。
当采用溶液法合成时,具体包括以下步骤:
1)按化学计量比称取金属盐和配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮,溶于极性溶剂中,得到混合溶液;
2)所得混合溶液于20℃至极性溶剂的回流温度范围内反应;
3)所得反应液过滤,沉淀物经洗涤、干燥,即得到相应的喹啉酮金属配合物。
上述溶液法的步骤1)中,当极性溶剂的选择为甲醇与选自水、丙酮、氯仿和N,N-二甲基甲酰胺中的一种的组合时,优选甲醇与水、丙酮、氯仿或N,N-二甲基甲酰胺的体积比为50:1~1:1。当极性溶剂的选择为甲醇与选自水、丙酮、氯仿和N,N-二甲基甲酰胺中的任意两种以上的组合时,它们之间的配比可以为任意配比。所述极性溶剂的用量可根据需要确定,通常情况下,1mmol的金属盐和1mmol 3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮用10~80mL的极性溶剂来溶解。在具体的溶解步骤中,可将金属盐和配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮分别用极性溶剂溶解,再混合在一起反应;也可将金属盐和配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮混合后再加极性溶剂。所述金属盐和配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮的物质的量之比通常为1:1。所述的金属盐可以是Co(NO3)2·6H2O、RhCl3·3H2O或IrCl3·3H2O,也可以是Co(ClO4)2.6H2O等。
上述溶液法的步骤2)中,反应是否完全可采用薄层层析跟踪检测。反应优选采用回流反应,更优选是在50℃至极性溶剂的回流温度范围内反应。当反应是在50℃至极性溶剂的回流温度范围内进行,反应至完全大约需要3~18h。
上述溶液法的步骤3)中,洗涤时通常是用乙醚、丙酮或二氯甲烷进行洗涤。干燥条件为30~50℃条件下的真空干燥或常压干燥。本方法中,产物一般以固体的形式大量生成,如果前序步骤1)中极性溶剂的加入量较大(如接近配比的上限)或溶剂对产物的溶解性较好,则反应后溶液可能呈澄清状态,这是因为所形成的产物沉淀被极性溶剂溶解所致,此时可将所得反应液减压蒸馏以除去部分溶剂,使产物主要以沉淀或晶体形式析出,取出析出的固体后再进行下一步操作。浓缩除去部分溶剂通常是指浓缩除去极性溶剂加入量的50~90%。
当采用溶剂热法合成时,具体包括以下步骤:
a)按化学计量比称取金属盐和配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮,溶于极性溶剂中,得到混合溶液;
b)所得混合溶液置于容器中,经液氮冷冻后抽至真空,熔封,然后于50~140℃条件下反应,即得到相应的喹啉酮金属配合物。
上述溶剂热法的步骤a)中,当极性溶剂的选择为甲醇与选自水、丙酮、氯仿和N,N-二甲基甲酰胺中的一种的组合时,优选甲醇与水、丙酮、氯仿或N,N-二甲基甲酰胺的体积比为50:1~1:1。当极性溶剂的选择为甲醇与选自水、丙酮、氯仿和N,N-二甲基甲酰胺中的任意两种以上的组合时,它们之间的配比可以为任意配比。所述极性溶剂的用量可根据需要确定,通常情况下,1mmol的金属盐和1mmol 3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮用5~30mL的极性溶剂来溶解。在具体的溶解步骤中,可将金属盐和配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮分别用极性溶剂溶解,再混合在一起反应;也可将金属盐和配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮混合后再加极性溶剂。所述金属盐和配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮的物质的量之比通常为1:1。所述的金属盐可以是Co(NO3)2·6H2O、RhCl3·3H2O或IrCl3·3H2O,也可以是Co(ClO4)2.6H2O等。
上述溶剂热法的步骤b)中,所述的容器通常为厚壁硼硅玻璃管,反应的时间通常控制在12~72h,也可根据需要将反应时间延长至72h以上。更优选混合溶液是在80~100℃条件下进行反应。当反应在80℃以下的常温或加热条件下进行时,反应需要更长的时间才可获得较高的产率。
本发明还包括上述喹啉酮金属配合物在制备抗肿瘤药物中的应用。
本发明进一步包括以上述喹啉酮金属配合物为活性成分制备的抗肿瘤药物。
与现有技术相比,本发明提供了一系列喹啉酮金属配合物及其合成方法及应用。申请人还考察了这些配合物对4种人肿瘤细胞株和1种正常细胞株的增殖抑制活性,结果表明它们具有一定的体外抗肿瘤活性,其中Rh(III)配合物的活性最为显著,对人胃癌细胞MGC-803的抗肿瘤活性更是顺铂的5倍多,并且对正常细胞的毒性小于对癌细胞的毒性,具有较好的潜在药用价值,有望用于各种抗肿瘤药物的制备。
附图说明
图1为本发明各实施例中所用到的配体的核磁共振氢谱图;
图2为本发明各实施例中所用到的配体的核磁共振碳谱图;
图3为本发明各实施例中所用到的配体的高分辨质谱谱图。
图4为本发明实施例1制得的最终产物的红外谱图;
图5为本发明实施例1制得的最终产物的高分辨质谱图;
图6为本发明实施例1制得的最终产物的晶体结构图;
图7为本发明实施例2制得的最终产物的红外谱图;
图8为本发明实施例2制得的最终产物的高分辨质谱图;
图9为本发明实施例2制得的最终产物的核磁共振氢谱;
图10为本发明实施例2制得的最终产物的核磁共振碳谱;
图11为本发明实施例2制得的最终产物的晶体结构图;
图12为本发明实施例3制得的最终产物的红外谱图;
图13为本发明实施例3制得的最终产物的高分辨质谱图。
图14为本发明实施例3制得的最终产物的核磁共振氢谱;
图15为本发明实施例3制得的最终产物的核磁共振碳谱;
图16为本发明实施例3制得的最终产物的晶体结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述,以更好地理解本发明的内容,但本发明并不限于以下实施例。
以下各实施例中,所述的配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮,下述各实施例中出现的BMQ为该配体的简称)均按下述方法进行合成:
1)将10.7g(0.1mol)对甲苯胺,50ml水加入250ml圆底烧瓶,逐滴加入8ml浓盐酸,10.2g(0.1mol)乙酸酐,冰浴下反应4小时,然后用20w/w%的乙酸钠溶液调节体系的pH值为7,静置,抽滤,滤饼用无水乙醇重结晶得到化合物1(白色针状晶体,13.3g,产率89%)。
2)将3.5ml DMF和17ml POCl3在冰浴下混合,搅拌均匀后加入2.24g(15mmol)化合物1,所得溶液置于回流装置中,加热至90℃回流10小时,冷却后倒入500ml冰水中,抽滤得到化合物2(2.7g,产率87%)。
3)将2.05g(10mmol)化合物2溶于80ml 70%冰醋酸,所得溶液置于回流装置中,加热至90℃回流8小时,冷却得到化合物3(黄色针状晶体,1.70g,产率91%)。
4)将1.87g(10mmol)化合物3和1.08g(10mmol)邻苯二胺加入到80ml无水甲醇中,所得溶液置于回流装置中,于90℃回流8小时,冷却,抽滤,得到黄色固体(2.48g,90%)。
对所得黄色固体产物进行鉴定:
(1)核磁共振氢谱和碳谱,它们的谱图分别如图1和2所示。
1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ12.65(s,1H),12.40(s,1H),9.00(d,J=1.7Hz,1H),7.74–7.70(m,1H),7.69(s,1H),7.68–7.63(m,1H),7.42(d,J=8.4Hz,1H),7.33(d,J=8.4Hz,1H),7.22–7.17(m,2H),2.36(s,3H).13C NMR(126MHz,DMSO-d6)δ160.79,147.96,142.83,138.90,136.85,134.49,133.15,131.89,128.38,122.41,122.05,119.93,119.19,118.38,115.29,112.88,20.56.
(2)电喷雾质谱,如图3所示,ESI-MS m/z:276.1[M+H]+.
因此,可确定上述黄色固体产物即为3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮,其化学结构式如下:
实施例1:以高压溶剂热法合成Co配合物
在一端开口的厚壁硼硅玻璃管中,直接加入0.1mmol Co(NO3)2·6H2O和0.1mmolBMQ,再加入0.75ml甲醇/氯仿混合溶液(甲醇和氯仿的体积比为2:1)。在抽真空的条件下,将开口端熔封,然后在80℃条件下充分反应72小时,即可得到红色结晶型固体产物。产物经过红外光谱(如图4所示)、元素分析、电喷雾质谱(如图5所示)结合X射线单晶衍射分析(如图6所示)进行结构测定,确定为目标配合物[Co(BMQ)(NO3)(CH3OH)(H2O)]NO3。结构式如下:
实施例2:以高压溶剂热法合成Rh配合物
在一端开口的厚壁硼硅玻璃管中,直接加入0.1mmol RhCl3·3H2O和0.1mmol BMQ,再加入0.6ml甲醇/DMF混合溶液(甲醇和DMF的体积比为3:1)。在抽真空的条件下,将开口端熔封,然后在50℃条件下充分反应24小时,即可得到红色结晶型固体产物。产物经过红外光谱(如图7所示)、高分辨质谱(如图8所示)、核磁氢谱(如图9所示)和碳谱(如图10所示)、结合X射线单晶衍射分析(如图11所示)进行结构测定,确定为目标配合物[Rh(BMQ)Cl3(CH3OH)]·CH3OH。结构式如下:
实施例3:以高压溶剂热法合成Ir配合物
在一端开口的厚壁硼硅玻璃管中,直接加入0.1mmol IrCl3·3H2O和0.1mmolBMQ,再加入0.6ml甲醇水混合溶液(甲醇和水的体积比为3:1)。在抽真空的条件下,将开口端熔封,然后在100℃条件下充分反应50小时,即可得到红色结晶型固体产物。产物经过红外光谱(如图12所示)、高分辨质谱(如图13所示)、核磁氢谱(如图14所示)和碳谱(如图15所示)、结合X射线单晶衍射分析(如图16所示)进行结构测定,确定为目标配合物[Ir(BMQ)Cl3(CH3OH)]·CH3OH。结构式如下:
为了充分说明本发明所述的的各配合物在制药中的用途,申请人对其进行了体外抗肿瘤活性实验。
一、各喹啉酮金属配合物对5种细胞株的增殖抑制活性实验:
1、细胞株与细胞培养
本实验选用人胃癌细胞MGC-803、人肝癌细胞株Hep G2、BEL-7404、人宫颈癌细胞Hela229以及人正常细胞HL-7702共5种细胞株。
所有肿瘤细胞株均培养在含10wt%小牛血、100U/mL青霉素、100U/mL链霉素的RPMI-1640培养液内,置37℃含体积浓度5%CO2孵箱中培养;人正常细胞株则培养在含10wt%小牛血、100U/mL青霉素、100U/mL链霉素的DMEM培养液内。
2、待测化合物的配制
所用的喹啉酮金属配合物为本发明实施例1~3所得产物,纯度≥95%,将其DMSO储液(浓度为0.001mol/L)通过RMPI1640培养基依次稀释成五个浓度梯度,分别为40、20、10、5、2.5μmol/L,其中助溶剂DMSO终浓度≤1%。首先测试20μmol/L的目标产物对于肿瘤细胞增殖的抑制率,视为初筛结果;再分别测试不同梯度浓度下目标产物对各种肿瘤细胞的增殖抑制程度,用以拟合计算半数抑制浓度,即IC50值。
3、细胞生长抑制实验(MTT法)
(1)取对数生长期的肿瘤细胞,经胰蛋白酶消化后,用含10%小牛血清的培养液配制成浓度为5000个/mL的细胞悬液,以每孔190μL接种于96孔培养板中,使待测细胞密度至1000~10000个/孔(边缘孔用无菌PBS填充);
(2)5%CO2,37℃孵育24h,至细胞单层铺满孔底,每孔加入一定浓度梯度的药物10μL,每个浓度梯度设4个复孔;
(3)5%CO2,37℃孵育48小时,倒置显微镜下观察;
(4)每孔加入10μL的MTT溶液(5mg/mL PBS,即0.5%MTT),继续培养4h;
(5)终止培养,小心吸去孔内培养液,每孔加入150μL DMSO充分溶解甲瓒沉淀,振荡器混匀后,在酶标仪用波长为570nm,参比波长为450nm测定各孔的光密度值;
(6)同时设置调零孔(培养基、MTT、DMSO),对照孔(细胞、相同浓度的药物溶解介质、培养液、MTT、DMSO)。
(7)根据测得的光密度值(OD值),来判断活细胞数量,OD值越大,细胞活性越强。
利用公式:
计算化合物对肿瘤细胞生长的抑制率。对于在初筛浓度下抑制率超过50%的细胞株,进一步通过SPSS软件对五个浓度梯度的抑制率数据进行拟合,求出化合物对不同肿瘤株的半数抑制浓度(IC50值,单位μmol/L),化合物对于不同肺癌细胞株的IC50值如表1所示,结果显示Rh配合物对癌细胞株有较好的抑制作用,并且对于正常细胞的毒性小于对癌细胞的毒性。表1:本发明所述化合物对5种细胞株的IC50值(μM)
从体外抗肿瘤活性测试结果来看,本发明所述的配合物具有一定的抗肿瘤活性,特别是Rh配合物活性已经超过了顺铂,并且对正常细胞的毒性小于对癌细胞的毒性。有望开发成抗肿瘤药物。
综上所述,本发明所述配合物即Co配合物、Rh配合物、Ir配合物总体表现出了相当的体外抗肿瘤活性,尤其是Rh具有较好的潜在药用价值,有望用于各种抗肿瘤药物的制备。
Claims (6)
1.喹啉酮金属配合物,其具有下式所示结构:
2.权利要求1所述喹啉酮金属配合物的合成方法,其特征在于:按化学计量比称取金属盐和配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮,溶于极性溶剂中,进行配位反应,即得到目标产物;其中:
所述的金属盐为Co(NO3)2·6H2O、RhCl3·3H2O或IrCl3·3H2O;
所述的极性溶剂为甲醇与选自水、丙酮、氯仿和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求2所述的合成方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)按化学计量比称取金属盐和配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮,溶于极性溶剂中,得到混合溶液;
2)所得混合溶液于20℃至极性溶剂的回流温度范围内反应;
3)所得反应液过滤,沉淀物经洗涤、干燥,即得到相应的喹啉酮金属配合物。
4.根据权利要求2所述的合成方法,其特征在于:包括以下步骤:
a)按化学计量比称取金属盐和配体3-(1H-苯并咪唑-2-基)-6-甲基-2(1H)-喹啉酮,溶于极性溶剂中,得到混合溶液;
b)所得混合溶液置于容器中,经液氮冷冻后抽至真空,熔封,然后于50~140℃条件下反应,即得到相应的喹啉酮金属配合物。
5.权利要求1所述的喹啉酮金属配合物在制备抗肿瘤药物中的应用。
6.以权利要求1所述的喹啉酮金属配合物为活性成分制备的抗肿瘤药物。
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