CN106008581B

CN106008581B - 含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物及其制备和应用

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Publication number: CN106008581B
Application number: CN201610557217.1A
Authority: CN
Inventors: 刘见永; 马家林; 赵伟桐
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2017-10-20
Anticipated expiration: 2036-07-15
Also published as: CN106008581A

Abstract

本发明公开了一种含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物及其制备和应用，该衍生物的化学结构式为：

Description

含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物及其制备和应用

技术领域

本发明属于光动力治疗抗癌光敏剂的设计、合成领域，具体涉及一种含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物及其制备和应用。

背景技术

癌症已成为人类健康的第一杀手，并成为全球最大的公共卫生问题，而癌症带来的经济负担也令发达国家和发展中国家不堪重负。癌症危险因素广泛持续存在，发病率和死亡率均呈上升趋势，流行形势十分严峻。恶性肿瘤不仅给病人造成身体上伤害，还给患者及其家属带来巨大的经济和精神压力，同时造成劳动力的巨大损失和社会资源的惊人消耗，因此恶性肿瘤的治疗已经成为全人类共同关注的重大课题，攻克癌症已成为全世界各国政府和世界卫生组织的首要任务。

光动力治疗（Photodynamic Therapy，简称PDT）是当前正在发展的一种治疗肿瘤的新型医疗技术，它主要是利用光敏剂（Photosensitizers）在肿瘤细胞中的一系列光化学反应产生高细胞毒性的活性氧作用于靶细胞，从而达到治愈目的。

PDT在肿瘤治疗方面已经取得了显著的治疗效果。光敏剂作为影响光动力治疗的关键因素，其性能的好坏直接决定了光动力治疗的效果。传统的光敏剂的组成成分不确定，最大吸收波长不在红光区，组织穿透能力偏弱，治疗时容易产生皮肤光毒性，因而得到的应用也很有限。氟硼二吡咯类化合物是一种多功能的新型荧光染料，独特的结构决定了其具有很多理想光敏剂的优良性质，如较高的摩尔消光系数，最大吸收处在可见及近红外区，光稳定性好，易于修饰等。因此，氟硼二吡咯类化合物可以成为一类具有良好应用前景的新一代光敏剂。

本发明致力于合成引入六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯类抗癌光敏剂，并研究了光敏剂的离体生物活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物及其制备和应用，通过三氟甲基基团的引入，可增加光敏剂的脂溶性，增强光敏剂在靶组织的分布，提高药物的生物利用度。本发明合成的化合物结构单一，不存在异构体，产品容易提纯；合成方法比较简单，副反应少，产率较高，原料易得，成本低，有利于工业化生产。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案

一种含有六个三氟甲基的氟硼二吡咯衍生物，其化学结构式为：

。

一种制备如上所述的含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物的方法：以化合物、、哌啶和冰乙酸为主要起始原料，合成化合物。

进一步地，更具体的合成步骤为：

将化合物、加入至无水甲苯中，搅拌溶解后往反应液中加入哌啶、冰乙酸，然后再加入少量无水Mg(ClO₄)₂，120-140 ℃下回流反应1-4 h，反应过程中生成的水用分水器共沸除去；反应结束后将反应液进行分离纯化处理得到化合物；

其中，和的摩尔比为1:2-10；哌啶和冰乙酸的体积比为1.2:1；

其中，所述的分离纯化具体为：将反应液倒入水中，分层；水层用二氯甲烷萃取两次，合并有机层；有机层经无水Na₂SO₄干燥后减压旋干；然后以体积比为1:3的二氯甲烷-石油醚为洗脱剂，经硅胶柱色谱纯化得到化合物。

化合物的合成方法，包括以下步骤：

（1）以化合物、、三乙胺和三氟化硼乙醚为主要起始原料，合成化合物；

（2）接着以化合物、I₂和HIO₃为主要起始原料，合成化合物。

更进一步的，化合物的合成方法，具体步骤为：

（1）将化合物、加入至无水二氯甲烷中，再加入一滴三氟乙酸，氮气保护下室温搅拌过夜；将2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌溶解在二氯甲烷中，然后加入反应液中，所得混合液室温搅拌4 h；将三乙胺和三氟化硼乙醚依次缓慢滴加至上述混合液中，0 ℃下搅拌过夜；反应结束后，先用硅藻土过滤除去黑色固体，再依次用饱和NaHCO₃溶液和水洗涤两次，合并有机层，经无水Na₂SO₄干燥后减压旋干；以体积比为1:2的二氯甲烷-石油醚为洗脱剂，硅胶柱色谱纯化得到化合物；

（2）将化合物、I₂、HIO₃加入至无水乙醇中，60 ℃下搅拌反应4 h；反应结束后将反应液减压旋干，以体积比为1:2的二氯甲烷-石油醚为洗脱剂，硅胶柱色谱纯化得到化合物。

步骤（1）中、、三乙胺和三氟化硼乙醚的用量比为1 mol:2.5 mol:12 mL:12 mL；步骤（2）中、I₂和HIO₃的摩尔比为：1:1.25-4:2。

以上制得的含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物，是一种优良的光敏剂，可用于光动力治疗。

光动力治疗（Photodynamic Therapy, PDT)是一种新型的肿瘤治疗方法。其基本要素包括光敏剂、可见光和氧。光敏剂作为能量的载体与反应的桥梁，在光动力治疗中起着决定性的作用。理想的光敏剂最好满足以下几条：组分单一，结构明确，性质稳定；特异靶向性强，能在到达靶组织后迅速达到最高浓度；体内清除时间短，在光照时具有较强的光毒性，而在黑暗情况下无毒副作用；光敏化能力强，单线态氧量子产率高；在光动力治疗窗口（600-850 nm）有较强吸收。氟硼二吡咯衍生物因具有优良的光物理、光化学性质（较高的摩尔消光系数，对化学环境较不敏感，无光漂白性等）而成为理想的光敏剂之一。本发明合成了一个在红光区具有较强吸收的氟硼二吡咯衍生物，母体通过用碘修饰从而增加了其单线态氧量子产率和光毒性。

在光敏药物中引入三氟甲基（-CF₃），可调节药物分子的理化性质改变药物的动力学性质，增强药物在靶组织的分布，大大提高了药物的生物利用度。药物研发过程中经常遇到的困难是其代谢稳定性差，将-CF₃引入药物分子中可以阻断易代谢位点，提高其代谢稳定性。三氟甲基基团由于其特定的优良性质，一直是药物研究的热点领域。由于-CF₃的强吸电子能力、亲脂性等特性，将其引入到化合物中会改变有机分子的脂溶性、代谢稳定性，使药物的生物活性得到显著的提高。当三氟甲基基团取代光敏剂药物中的氢原子后，往往会引起药物分子亲脂性的变化，而亲脂性无论是对药物吸收、分布以及药物—受体相互作用等都具有重要作用。三氟甲基的引入还能够增强药物分子的膜通透性以及与靶标蛋白的特定位点形成疏水相互作用。因此将三氟甲基引入到光敏剂分子中，将能改善光敏药物的理化性质，提高药物的生物利用度。

本发明的显著优点在于：

（1）三氟甲基是一个很好的药效基团，并且本身具有很多的优良性质；当其连接到光敏剂上能有效改善光敏剂的理化性质，增强药物在靶组织的分布，提高光敏剂分子的生物利用率，提高光动力治疗的效果；

（2）引入6个三氟甲基后的氟硼二吡咯衍生物的最大吸收和发射位于红光区，组织穿透能力较强，光动力治疗时不易造成皮肤光毒性，是较为理想的光敏剂；

（3）目标化合物结构单一，不存在异构体，产物容易纯化；

（4）合成方法非常简单，只需要几个步骤就可以完成，副反应少，原料易得，成本低，有利于工业化生产。

具体实施方式

含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物的制备方法，包括以下步骤：

（1）将化合物、按摩尔比为1:2.5加入至100 mL无水二氯甲烷中，再加入一滴三氟乙酸（TFA），氮气保护下室温搅拌过夜；将2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌（DDQ）溶解在150 mL二氯甲烷中，然后加入至反应液中，所得混合液室温搅拌4 h；将三乙胺（Et₃N，12 mL）和三氟化硼乙醚（BF₃·Et₂O，12 mL）依次缓慢滴加至上述混合液中，0 ℃下搅拌过夜；反应结束后，先用硅藻土过滤除去黑色固体，再依次用饱和NaHCO₃溶液和水洗涤两次，合并有机层，经无水Na₂SO₄干燥后减压旋干；以二氯甲烷-石油醚（1:2，v/v）为洗脱剂，硅胶柱色谱纯化得到化合物1 ，产率32%；

（2）将化合物1、I₂、HIO₃按摩尔比为1:1.25-4:2加入至150 mL无水乙醇中，60 ℃下搅拌反应4 h；反应结束后将反应液减压旋干，以二氯甲烷-石油醚（1:2，v/v）为洗脱剂，硅胶柱色谱纯化得到化合物2 ，产率62%-76%；

（3）将化合物2、按摩尔比为1:2-10加入至50 mL无水甲苯中，搅拌溶解后将哌啶、冰乙酸按（1.2:1，v/v）加入至上述反应液中，然后再加入少量无水Mg(ClO₄)₂，120-140 ℃下回流反应1-4 h，反应过程中生成的水用分水器共沸除去；反应结束后将反应液倒入水中（50 mL），分层；水层用二氯甲烷萃取两次（2×50 mL），合并有机层，经无水Na₂SO₄干燥后减压旋干。以二氯甲烷-石油醚（1:3，v/v）为洗脱剂，硅胶柱色谱纯化得到化合物3：，产率27-36%。

以下实施例进一步阐述本发明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

一种含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物的制备方法，具体步骤为：

（1）将化合物（1.40 g，5.78 mmol）、（1.22 g，12.80mmol）加入至100 mL无水二氯甲烷中，再加入0.05 mL三氟乙酸（TFA），氮气保护下室温搅拌过夜；将2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌（DDQ）（1.32 g，5.80 mmol）溶解在150 mL二氯甲烷中，然后加入至反应液中，所得混合液室温搅拌4 h；将三乙胺（Et₃N，12 mL）和三氟化硼乙醚（BF₃·Et₂O，12 mL）依次缓慢滴加至上述混合液中，0 ℃下搅拌过夜；反应结束后，先用硅藻土过滤除去黑色固体，再依次用饱和NaHCO₃溶液和水洗涤两次，合并有机层，经无水Na₂SO₄干燥后减压旋干；以二氯甲烷-石油醚（1:2，v/v）为洗脱剂，硅胶柱色谱纯化得到橙红色固体化合物1 （0.86 g，32%）；结构表征：¹H NMR (400 MHz，CDCl₃)：δ8.06(s，1 H，ArH)，7.87 (s，2 H，ArH)，6.06 (s，2 H，pyrrole-H)，2.60 (s，6 H，CH₃)，1.35 ppm(s，6 H，CH₃)；高分辨质谱[HRMS (ESI)]：C₂₁H₁₇BF₈N₂Na理论计算值(m/z [M+Na]⁺)为483.1253，实际测得值为483.1278；

（2）将化合物1（0.17 g，0.37 mmol）溶于200 mL无水乙醇中，搅拌溶解后加入碘单质（0.24 g，0.93 mmol)和碘酸（0.13 g，0.74 mmol），60 ℃下搅拌反应2 h；反应结束后将反应液减压旋干，以二氯甲烷-石油醚（1:2，v/v）为洗脱剂，硅胶柱色谱纯化得到红色固体化合物2 （0.18 g，69%)；

结构表征：¹H NMR (400 MHz，CDCl₃)：δ8.11 (s，1 H，ArH)，7.84 (s，2 H，ArH)，2.69 (s，6 H，CH₃)，1.36 ppm (s，6 H，CH₃)；高分辨质谱[HRMS (ESI)]：C₂₁H₁₅BF₈I₂N₂Na理论计算值(m/z [M+Na]⁺)为734.9186，实际测得值为734.9185；

（3）将化合物2（0.08 g，0.11 mmol）、（0.27 g，1.14 mmol）加入至50 mL无水甲苯中，搅拌溶解后往反应液中加入哌啶（0.6 mL）、冰乙酸（0.5 mL），然后再加入0.01g无水Mg(ClO₄)₂，130 ℃下回流反应2 h，反应过程中生成的水用分水器共沸除去；反应结束后将反应液倒入水中（50 mL），分层；水层用二氯甲烷萃取两次（2×50 mL），合并有机层，经无水Na₂SO₄干燥后减压旋干；以二氯甲烷-石油醚（1:3，v/v）为洗脱剂，硅胶柱色谱纯化得到绿色固体化合物3 （0.041 g，31%）；结构表征：¹H NMR (400 MHz，CDCl₃)：δ8.25 (d，J=16.8 Hz，2 H，CH=CH)，8.17 (s，1 H，ArH)，8.05(s，4 H，ArH)，7.92 (s，2 H，ArH)，7.89 (s，2 H，ArH)，7.80 (d，J=16.8 Hz，2 H，CH=CH)，1.58 ppm (s，6 H，CH₃)；高分辨质谱[HRMS (ESI)]：C₃₉H₁₉BF₂₀I₂N₂Na理论计算值(m/z [M+Na]⁺)为1182.9309，实际测得值为1182.9277。

应用实例 1

对含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物

的离体光动力抗癌活性进行了初步研究，该实验能为以后在体实验提供一定的参考价值，具有较重要的意义。光敏剂的细胞毒性实验通常包括光毒性和暗毒性两部分，采用MTT法 (四氮唑盐还原法)测定。检测原理是活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶能使外源性MTT（3-(4，5-二甲基噻唑-2)-2，5-二苯基四氮唑溴盐）还原为不溶于水的蓝紫色结晶甲瓒并沉积在细胞中，而死细胞中并无琥珀酸脱氢酶，因此不会产生甲瓒。用DMSO（二甲基亚砜）溶解活细胞产生的甲瓒，用酶标仪测定其在570 nm波长处的吸收值，可间接反映活细胞数量。在一定细胞数范围内，甲瓒形成的量与活细胞数成正比。

MTT实验：取生长状态良好的人胃癌细胞BGC-823，人黑色素瘤细胞A375和人食道癌细胞EC109，用0.25%胰酶消化传代，用RPMI-1640培养基（含10%小牛血清）配制4×10⁴cells/mL细胞悬液，将每孔200 μL（约含8000个肿瘤细胞）接种于96孔培养板内，置37 ℃、5% CO₂培养箱内培养过夜，贴壁后加药；实验设空白对照组（空白对照组是指对照组除了不加药物溶液外，其他条件与受试样品组一致）和溶剂对照组（溶剂对照组是指对照组不加细胞，其他条件与受试样品组一致）。将含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物预先配制为DMSO（含5 wt%蓖麻油）储备液，药液配制后经有机膜过滤（0.22μm），使用时药物溶液用PBS稀释为不同浓度，终浓度中DMSO的含量为1 wt%。每个浓度设定6个平行孔，每孔加入200μL不同浓度的药物后置于培养箱内孵育。光毒实验：24小时后，去除含药液的培养基，换上100μL新鲜培养基，然后用激光器对细胞进行照射，激光波长为660 nm，照射能量密度为1.5J·cm^-2。光照完毕，将96孔板重置于37 ℃、5% CO₂的培养箱内，继续培养。暗毒实验则在换完新鲜培养基后直接放入培养箱中继续培养，操作过程应避免光照，24 h后，每孔加入MTT的PBS溶液（4 mg·mL^-1）10μL，37 ℃孵育4小时，4小时后小心弃去上清液，每孔加入150 μLDMSO溶解甲瓒颗粒，轻度震荡使甲瓒完全溶解后，用酶标仪测定570 nm波长下OD值。

我们采用MTT法测定了实施例1制备的含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物，在光照和无光照条件下，对人胃癌细胞BGC-823，人黑色素瘤细胞A375和人食道癌细胞EC109的杀伤效果，光照波长为660 nm，光照能量密度为1.5 J·cm^-2。数据由三次独立的平行实验得到，以Mean±SEM方式处理。由实验数据可知：在无光照条件下，药物浓度达至20μmol/L时，含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物对三种细胞均没有任何杀伤作用；而在光照条件下，它们对人胃癌细胞BGC-823，人黑色素瘤细胞A375和人食道癌细胞EC109则表现出很强的体外光毒性，其半数抑制浓度（IC₅₀值）分别为0.024μmol/L，0.008μmol/L和0.011μmol/L（见表1）。

表1实施例一对BGC-823，A375和EC109细胞的IC₅₀值

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物，其特征在于：所述的衍生物其化学结构式为：

。

2.一种制备如权利要求1所述的含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物的方法，其特征在于：以化合物、、哌啶和冰乙酸

为起始原料，合成化合物。

3.根据权利要求2所述的制备含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物的方法，其特征在于：具体步骤为：

将化合物、加入至无水甲苯中，搅拌溶解后往反应液中加入哌啶、冰乙酸，然后再加入少量无水Mg(ClO₄)₂，120-140 ℃下回流反应1-4 h，反应过程中生成的水用分水器共沸除去；反应结束后将反应液进行分离纯化处理得到化合物。

4.根据权利要求3所述的制备含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物的方法，其特征在于：和的摩尔比为1:2-10；哌啶和冰乙酸的体积比为1.2:1。

5.根据权利要求3所述的制备含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物的方法，其特征在于：所述的分离纯化为：将反应液倒入水中，分层；水层用二氯甲烷萃取两次，合并有机层；有机层经无水Na₂SO₄干燥后减压旋干；然后以体积比为1:3的二氯甲烷-石油醚为洗脱剂，经硅胶柱色谱纯化得到化合物。

6.根据权利要求2或3所述的制备含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物的方法，其特征在于：化合物的合成方法，包括以下步骤：

（1）以化合物、、三乙胺和三氟化硼乙醚为起始原料，合成化合物；

（2）接着以化合物、I₂和HIO₃为起始原料，合成化合物。

7.根据权利要求6所述的制备含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物的方法，其特征在于：化合物的合成方法，具体步骤为：

（1）将化合物、加入至无水二氯甲烷中，再加入一滴三氟乙酸，氮气保护下室温搅拌过夜；将2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌溶解在二氯甲烷中，然后加入反应液中，所得混合液室温搅拌4 h；将三乙胺和三氟化硼乙醚依次缓慢滴加至上述混合液中，0℃下搅拌过夜；反应结束后，先用硅藻土过滤除去黑色固体，再依次用饱和NaHCO₃溶液和水洗涤两次，合并有机层，经无水Na₂SO₄干燥后减压旋干；以体积比为1:2的二氯甲烷-石油醚为洗脱剂，硅胶柱色谱纯化得到化合物；

8.根据权利要求7所述的制备含六个三氟甲基的氟硼二吡咯衍生物的方法，其特征在于：步骤（1）中、、三乙胺和三氟化硼乙醚的用量比为1 mol:2.5mol:12 mL:12 mL；步骤（2）中、I₂和HIO₃的摩尔比为：1:1.25-4:2。

9.一种如权利要求1所述的含六个三氟甲基基团的氟硼二吡咯衍生物在制备抗癌光敏剂中的应用。