CN108329419B - 一类基于D-π-A结构的温敏型水溶聚合物及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一类基于D‑π‑A结构的温敏型水溶聚合物及其制备方法与应用，该聚合物的结构式为

通过将结构简单的D‑π‑A结构的分子与水溶性的分子聚合形成温敏型聚合物。该聚合物的相变温度在25‑45℃，包括人体生理温度37℃，具有较好的纳米尺寸、良好的水溶性和较高的单线态氧产率，可应用于生物成像和时间分辨光学技术中，进而实现光动力治疗。

Description

一类基于D-π-A结构的温敏型水溶聚合物及其制备方法与 应用

技术领域

本发明属于有机光电材料技术领域，具体涉及一类基于D-π-A结构的温敏型水溶聚合物、其制备方法及其在细胞成像、光动力治疗领域中的应用。

背景技术

癌症一直是一类困扰人类的难题，传统治疗肿瘤的手段有：手术切除、化疗、放疗等，存在的问题是侵入性有限、针对性弱、有潜在的副作用等，而光动力治疗作为一类癌症治疗的新手段，能够在肿瘤细胞中产生活性氧物种，这些活性氧物种可以破坏蛋白质、脂肪、核酸等生物大分子结构，进一步伤害肿瘤细胞。

具有D-π-A结构的分子，分子内通过π键链接供、给电子基团，供、给电子基团产生强电子效应，诱导分子内电荷转移，产生强荧光，具有较高的量子效率。在光的照射下产生大量活性氧与癌细胞发生光化学反应，导致癌细胞死亡，可以有较好的治疗效果。温敏型聚合物在环境温度发生变化时，其自身结构和理化性质发生突变，当温度低于最低溶解温度时，聚合物会较好地溶于溶剂中，这为进入细胞提供便利，当温度高于最低溶解温度时，聚合物会迅速聚集析出，在细胞中发挥材料的近固态性能。

目前关于光动力治疗的一些问题是细胞的凋亡、坏死及自噬多集中于光敏剂所在的部位，这是由活性氧物种的寿命十分短暂且迁移距离有限引起的，第一代、第二代的光敏剂等具有较复杂的结构，不利于合成与制备，此外，光敏剂进入细胞的难易程度也是需要考虑的问题。因此设计合成结构简单、生物相容性好、光稳定性好的光敏剂是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一类基于D-π-A结构的温敏型水溶聚合物、其制备方法及其在细胞成像、光动力治疗领域中的应用，通过将结构简单的D-π-A结构的分子与水溶性的分子聚合形成温敏型聚合物，有良好的水溶性、较高的单线态氧量子产率，可以很好地应用于生物成像和时间分辨光学技术中，进而实现光动力治疗。

本发明的技术方案如下：

一类基于D-π-A结构的温敏型水溶聚合物，其结构式如下：

D为下列结构中的任一类：

R₁、R₂选自下列结构中的任一类、且R₁、R₂不同：

x＝1-10，y＝1-10，z＝80-98，x+y+z＝100。

上述基于D-π-A结构的温敏型水溶聚合物，其相变温度为25-45℃。进一步地，其相变温度为37℃。

上述基于D-π-A结构的温敏型水溶聚合物的制备方法，包括以下步骤：

其中：

D为下列结构中的任一类：

R选自下列结构中的任意不同的两种：

x＝1-10、y＝1-10、z＝80-98，且x+y+z＝100。

具体地：将化合物2(1eq)与N-溴代丁二酰亚胺(1eq)在室温下搅拌反应12小时后制得化合物3，将化合物3(1eq)和对甲氧基苯硼酸(1eq)通过铃木反应得到化合物4；化合物5通过与乙酸乙酯反应生成二酮化合物6，将化合物6密封，在甲醇溶剂和浓盐酸中反应制得成环化合物7，化合物7(1eq)和丙二腈(1.2eq)密封，在溶剂乙酸酐中反应制得化合物8；化合物8(1eq)和化合物4(1eq)密封，在乙腈溶剂中反应制得双键化合物9，化合物9在三溴化硼中甲氧基变成羟基得到化合物10，化合物10与丙烯酰氯反应制得化合物11，化合物11再和丙烯酰胺类化合物聚合得到聚合物。

上述基于D-π-A结构的温敏型水溶聚合物在生物成像、标记和时间分辨光学中的应用。

上述基于D-π-A结构的温敏型水溶聚合物作为光敏剂在光动力治疗中的应用。

有益效果：本发明的温敏型水溶聚合物的D-π-A结构单体具有高的量子效率，光动力治疗中有高效的单线态氧产率，是良好的光敏剂。

本发明的温敏型水溶聚合物可根据温度调节达到人体生理温度，并可在该适应温度条件下表现出更高的单线态氧产率。

本发明的温敏型水溶聚合物可应用于生物成像，具有简单的化学结构和良好的生物相容性。

附图说明

图1为实施例1的化合物11的紫外-可见吸收光谱；

图2为实施例1的化合物11的发射光谱；

图3为实施例2的聚合物PM-1在溶液中单线态氧的测定；

图4为实施例2的聚合物PM-2在溶液中单线态氧的测定；

图5为实施例2的聚合物PM-1在相变前的粒径分布；

图6为实施例2的聚合物PM-2在相变后的粒径分布；

图7为实施例2的聚合物PM-1在相变前的粒径分布；

图8为实施例2的聚合物PM-1在相变后的粒径分布。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实例。

实施例1：含D-π-A结构的聚合单体的制备

化合物2的制备：在铜粉(7mmol)的催化下，将1(30mmol)与对溴苯甲醛(10mmol))、无水碳酸钾(40mmol)在180℃的氮气氛围下，搅拌反应24小时后，减压蒸馏除掉硝基苯，过滤除去碳酸钾和铜粉，再用水和二氯甲烷萃取三次后收集有机相，干燥除水后旋蒸除去有机溶剂，将得到的油状混合物过柱子提纯，得到黄色固体2。产率：43％。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ＝10.12(s,1H),8.19–8.09(m,4H),7.85–7.76(m,2H),7.54–7.48(m,2H),7.44(ddd,J＝8.3,7.1,1.2Hz,2H),7.34(ddd,J＝8.3,8.0,1.2Hz,2H)。

化合物3的制备：将N-溴代丁二酰亚胺(20mmol)溶于二氯甲烷中，在冰浴的条件下缓慢滴加进化合物2(20mmol)中，室温下搅拌12小时，旋干除去溶剂，将得到的固体过柱子提纯，得到淡黄色固体3。产率：80％。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ＝10.13(s,1H),8.25(d,J＝1.9Hz,1H),8.14(d,J＝8.4Hz,2H),8.10(d,J＝7.8Hz,1H),7.76(d,J＝8.4Hz,2H),7.54–7.43(m,3H),7.39–7.32(m,2H)。

化合物4的制备：将化合物3(5mmol)、对甲氧基苯硼酸(5mmol)和四(三苯基膦)钯(0.25mmol)密封，依次加入甲苯、乙醇、饱和碳酸钾水溶液，在氮气气氛中85℃搅拌回流17小时，减压蒸馏除去甲苯，再用水和二氯甲烷萃取三次后收集有机相，干燥除水后旋蒸除去有机溶剂，将得到的固体过柱子提纯，得到黄色固体4。产率：70％。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ＝10.11(s,1H),8.30(d,J＝1.4Hz,1H),8.19(d,J＝7.6Hz,1H),8.13(d,J＝8.4Hz,2H),7.81(d,J＝9.6Hz,2H),7.70–7.59(m,3H),7.53(d,J＝8.4Hz,,2H),7.48–7.42(m,1H),7.39–7.32(m,1H),7.08–6.99(m,2H),3.88(s,3H)。

化合物6的制备：将化合物5(10mmol)和氢化钠(40mmol)密封，依次加入重蒸的四氢呋喃溶剂和乙酸乙酯，在氮气气氛中80℃回流12小时，反应完加入碎冰，用稀盐酸调节pH至酸性，室温搅拌5小时后，再用水和乙酸乙酯萃取三次后收集有机相，干燥除水后旋蒸除去有机溶剂，将得到的固体过柱子提纯，得到黄色固体6。产率：62％。

化合物7的制备：将化合物6(10mmol)密封，依次加入甲醇溶剂和浓盐酸，在氮气气氛中40℃反应14小时，反应完旋蒸浓缩除去甲醇，再加二氯甲烷溶解，加入碳酸氢钠水溶液调节pH至中性，用水和二氯甲烷萃取三次后收集有机相，干燥除水后旋蒸除去有机溶剂，将得到的固体过柱子提纯，得到黄色固体7。产率：90％。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ＝8.17(dd,J＝1.6,8.0Hz,1H),7.63(ddd,J＝1.6,7.2,8.6Hz,1H),7.41-7.35(m,2H),6.17(d,J＝0.8Hz,1H),2.38(s,3H)。

化合物8的制备：将化合物7(5mmol)和丙二腈(6mmol)密封，加入溶剂乙酸酐后，在氮气气氛中130℃回流反应14小时，待反应液冷却后加超纯水于100℃下回流反应3小时。加入碳酸氢钠水溶液调节pH至中性，用水和二氯甲烷萃取三次后收集有机相，干燥除水后旋蒸除去有机溶剂，将得到的固体过柱子提纯，得到黄色固体8。产率：21％。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ＝8.93(d,J＝8.5Hz,1H),7.72(t,J＝7.8Hz,1H),7.54-7.40(m,2H),6.72(s,1H),2.44(s,3H)。

化合物9的制备：将化合物8(4mmol)和化合物4(4mmol)密封，加入乙腈溶剂和哌啶后，在氮气气氛中90℃回流反应16小时，待反应结束用水和二氯甲烷萃取三次后收集有机相，干燥除水后旋蒸除去有机溶剂，将得到的固体过柱子提纯，得到橙红色固体9。产率：34％。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ＝8.95(d,J＝8.4Hz,1H),8.30(d,J＝1.1Hz,1H),8.19(d,J＝7.6Hz,1H),7.84(d,J＝8.4Hz,2H),7.79–7.68(m,4H),7.67–7.59(m,4H),7.56–7.42(m,5H),7.37–7.30(m,1H),7.04(d,J＝8.7Hz,2H),6.96-6.92(m,1H),3.88(s,3H)。

化合物10的制备：将化合物9(3mmol)密封，加入重蒸的二氯甲烷溶剂后，再缓慢滴加三溴化硼，室温下反应24小时，待反应结束缓慢加碎冰，用碳酸氢钠水溶液调节pH至中性，再用水和二氯甲烷萃取三次后收集有机相，干燥除水后旋蒸除去有机溶剂，将得到的固体过柱子提纯，得到红色固体10。产率：75％。

化合物11的制备：将化合物10(2mmol)密封，依次缓慢加入重蒸的四氢呋喃溶剂、丙烯酰氯、三乙胺后，35℃反应过夜。待反应结束缓慢加碎冰，待反应结束缓慢加碎冰，用水和二氯甲烷萃取三次后收集有机相，干燥除水后旋蒸除去有机溶剂，将得到的固体过柱子提纯，得到红色固体11。产率：34％。

¹H NMR(400MHz,THF)δ9.15(s,1H),7.11–7.00(m,1H),6.67–6.54(m,1H),6.45–6.38(m,1H),6.21–6.10(m,2H),6.04–5.96(m,1H),5.93–5.84(m,6H),5.74–5.64(m,3H),5.60–5.51(m,2H),5.47–5.34(m,3H),5.23–5.13(m,1H),4.77–4.66(m,1H),4.60–4.45(m,1H),4.20(d,J＝10.1Hz,1H)。

实施例2：聚合物PM-1、PM-2的制备

聚合物PM-1的制备：将化合物11(0.08mmol)、[3-(丙烯酰氨基)丙基]三甲基氯化铵(0.1mmol)和正丙基丙烯酰胺(3.8mmol)、偶氮二异丁腈(0.004mmol)加入聚合管密封，加入重蒸的四氢呋喃溶剂，在氮气气氛下80℃搅拌反应24小时，降温至室温，后将反应溶液缓慢滴加进乙醚中，沉降过滤，再用甲苯抽提得到黄色絮状产物PM-1。

其中，x＝2、y＝2.5、z＝95.5。

聚合物PM-2的制备：实验步骤同上述聚合物PM-1的制备。

其中，x＝2、y＝8、z＝90。

化合物11的吸收和发射光谱测试：

采用的光谱测试浓度为10μM，测试溶剂为混有1％DMSO的PBS溶液，测发射光谱时，激发波长为405nm。

化合物11的吸收和发射光谱如图1和图2所示。在可见蓝光区400-500nm具有较强的吸收，特别是该结构可被可见光激发，在细胞成像时很大地减少了激发光源对细胞的损伤。其发射较宽，发射峰位于600nm，红光发射增加了生物组织的穿透深度，使之更适用于生物成像。

聚合物PM-1和PM-2在溶液中单线态氧的测定：

测定了在10mW/cm²白光光照下，聚合物PM-1和PM-2含量为15μM、ABDA浓度为20μM的水溶液中ABDA吸收光谱的变化，变化曲线如图3和图4所示。随着光照时间的增长，ABD吸收曲线逐渐降低。表明本发明的聚合物PM-1和PM-2在溶液中产生单线态氧，进一步可以用于光动力治疗。

聚合物PM-1和PM-2相变前后的粒径分布：

分别测定了浓度为1mg/mL的聚合物PM-1和聚合物PM-2在低温和高温(相变前后)的粒径分布变化，聚合物PM-1的测试结果如图5和图6所示，聚合物PM-2的测试结果如图7和图8所示。结果表明，两种聚合物在相变前(低温)具有较小的尺寸，这为材料更顺利进入细胞提供帮助，而在想变后(高温)尺寸均有近10倍的增大，这个性质使本发明的材料在胞内人体生理温度下可以有更高的单线态氧产率。

Claims (6)

1.一类基于D-π-A结构的温敏型水溶聚合物，其结构式如下：

D为下列结构中的任一类：

R₁、R₂选自下列结构中的任一类、且R₁、R₂不同：

H

x＝1-10、y＝1-10、z＝80-98，且x+y+z＝100。

2.根据权利要求1所述的基于D-π-A结构的温敏型水溶聚合物，其特征在于：其相变温度为25-45℃。

3.根据权利要求1所述的基于D-π-A结构的温敏型水溶聚合物，其特征在于：其相变温度为37℃。

4.权利要求1所述的聚合物的制备方法，包括以下步骤：

其中：

D为下列结构中的任一类：

R选自下列结构中的任意不同两种：

H

x＝1-10、y＝1-10、z＝80-98，且x+y+z＝100。

5.权利要求1所述的基于D-π-A结构的温敏型水溶聚合物在生物成像、标记和时间分辨光学中的应用。

6.权利要求1所述的基于D-π-A结构的温敏型水溶聚合物作为光敏剂在光动力治疗中的应用。

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