CN111548363B

CN111548363B - 一种智能光敏剂及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN111548363B
Application number: CN202010530087.9A
Authority: CN
Inventors: 程夏民; 高靖; 崔德志; 李晓曼; 位前程; 范佳丽; 朱二树; 鹿永娜
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2021-05-11
Anticipated expiration: 2040-06-11
Also published as: CN111548363A

Abstract

本发明公开了一种智能光敏剂及其制备方法与应用。本发明通过将7‑二乙氨基‑4‑甲基香豆素与N,N‑二甲基甲酰胺二甲缩醛反应合成了中间体1，通过2,4‑二甲基吡咯与对硝基苯甲醛通过缩和反应合成了中间体2，再将中间体2的2,6位进行碘代得到中间体3(配位配合物1)，将配位配合物1硝基还原成氨基得到中间体4(配位配合物2)，最后将配位配合物2与上述中间体1共价结合得到新型智能光敏探针CMDB。本发明光敏剂CMDB由于具有良好的单线态氧产生能力、可控的光敏特性和可观测的降解后的荧光开启特性，可应用在肿瘤的光动力治疗上，并具有良好的应用前景。

Description

一种智能光敏剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于生物化学领域，尤其涉及一种智能光敏剂及其制备方法与应用。

背景技术

光动力疗法(PDT)已经成为肿瘤和各种非恶性疾病(包括感染)的有效疗法。在PDT过程中，光敏剂(PS)通过吸收光，最初受激形成单重态，然后转变为长寿命的激发三重态。这种三重态在氧气存在下进行光化学反应，形成可以破坏肿瘤细胞和病原微生物的活性氧物质(ROS，包括单线态氧)。尽管许多光敏剂已被开发出来甚至获得临床批准，但是PDT仍有多种局限性，包括低靶向性和高残留光毒性，严重限制了PDT的进一步应用。

BODIPY类染料具有多种用途和出色的特性，例如。BODIPY的三重态在基础光化学研究、光动力治疗(PDT)、光催化和三重态湮灭(TTA)上转换等几个领域都有着极其重要的意义。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种具有靶向性高、低残留光毒性、高荧光量子产率、高吸收系数、发射光谱相对清晰、易于功能化以及光稳定性出色等优点的智能光敏剂，旨在解决现有光动力治疗中残留光敏剂持续光敏性的缺陷。

本发明的再一目的在于提供上述智能光敏剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述智能光敏剂在作为治疗肿瘤光动力药物中的应用。

本发明是这样实现的，一种智能光敏剂探针，该探针的化学结构式如下式(Ⅰ)所示：

本发明进一步公开了上述智能光敏剂探针的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)在氮气氛围下，将2mmol 8-(4-硝基苯基)BODIPY和6～9mmolN-碘代琥珀酰亚胺溶于180～220mL二氯甲烷中，常温下搅拌反应1～24h，浓缩除去有机溶剂，粗产品分离得到配位配合物1；

(2)在氮气氛围下，将0.4～0.6mmol钯碳、1mmol配位配合物1、9～11mmol水合肼溶于90～110mL乙醇中，加热回流搅拌反应2～4h，冷却至室温，减压除去溶剂，粗产品分离得到配位配合物2；

(3)在氮气氛围下，将0.4mmol配位配合物2和0.15～0.2mL碱溶解到25～35mL第一溶剂中，再往第一溶剂中加入1mL溶解有0.45～0.5mmol三光气的第二溶剂，油浴加热下回流5～7h，冷却至室温，得到初级反应液；将1mL溶解有0.5～0.54mmol 7-(二乙氨基)-4-(羟甲基)香豆素的第三溶剂的滴加到初级反应液中，室温搅拌反应1～24h，减压除去溶剂，粗产品分离得到智能光敏剂探针CMDB。

优选地，在步骤(1)中，常温下搅拌反应4～12h。

优选地，在步骤(3)中，所述碱为N，N-二异丙基乙胺；所述第一溶剂、第二溶剂均为甲苯，所述第三溶剂为二氯甲烷；

在步骤(3)中，室温搅拌反应4～12h。

本发明进一步公开了上述智能光敏剂探针在作为治疗肿瘤光动力药物中的应用。

本发明克服现有技术的不足，提供一种智能光敏剂及其制备方法与应用，本发明7-二乙氨基-4-甲基香豆素与N,N-二甲基甲酰胺二甲缩醛反应合成了中间体1，通过2,4-二甲基吡咯与对硝基苯甲醛通过缩和反应合成了中间体2，再将中间体2的2,6位进行碘代得到中间体3(配位配合物1)，将配位配合物1硝基还原成氨基得到中间体4(配位配合物2)，最后将配位配合物2与上述中间体1共价结合得到新型智能光敏探针CMDB。该智能光敏探针CMDB的合成路线如下所示：

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明光敏剂CMDB可智能控制其光敏开关，突破残留光敏剂固有的持续光敏特性，表现出良好的单线态氧产生能力，以及在特定光照下表现出良好的光解能力，且降解后的产物便显出低毒性；

(2)本发明光敏剂CMDB由于具有良好的单线态氧产生能力、可控的光敏特性和可观测的降解后的荧光开启特性，可应用在肿瘤的光动力治疗上，并具有良好的应用前景；

(3)本发明光敏剂CMDB的制备工艺简单，并且还具有安全环保等特点。

附图说明

图1是本发明实施例中CMDB的紫外可见吸收光谱图；

图2是本发明实施例中CMDB的荧光发射光谱图；

图3是本发明实施例中中间体4在水中产生单线态氧能力图；

图4是本发明实施例中CMDB在水中产生单线态氧能力图；

图5是本发明实施例中CMDB与孟加拉玫瑰红产生单线态氧能力对比图；

图6是本发明实施例中通过香豆素1的紫外荧光发射强度测试CMDB在365nm光照下的光解效果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

(1)在氮气氛围下，将7-二乙氨基-4-甲基香豆素(2.3g，10mmol)溶解在12mL的N,N-二甲基甲酰胺中，再加入N,N-二甲基甲酰胺二甲缩醛(2.6mL)；反应过夜回流之后冷却至室温；

往反应混合物中加入二氯甲烷(50mL)和饱和碳酸氢钠(50mL)摇晃后分层，水相用二氯甲烷(10mL×3)萃取，合并的有机相在无水硫酸钠的干燥后，被浓缩以除去有机溶剂；

将残留物溶解在混合溶剂(60mL，THF:H₂O＝1：1)中，在室温下加入高碘酸钠(6.2g，29mmol)反应2个小时，用乙酸乙酯洗涤过滤出的固体直至洗涤液无色，减压除去滤液中的有机溶剂，残留物用二氯甲烷(50mL)和饱和碳酸氢钠(50mL)分层，水相用二氯甲烷(10mL×3)萃取，合并的有机相在无水硫酸钠的干燥后，浓缩除去有机溶剂；

把残留物溶解在四氢呋喃(20mL)中，在冰浴下缓慢加入硼氢化钠，室温下反应2个小时；

浓缩溶剂，残留物用二氯甲烷(50mL)和饱和碳酸氢钠(50mL)分层，水相用二氯甲烷(10mL×3)萃取，合并的有机相在无水硫酸钠的干燥后，浓缩除去有机溶剂；

浓缩得到的残留物用柱层析(淋洗液：乙酸乙酯/二氯甲烷＝1：9)纯化得到黄色中间体1(7-(二乙氨基)-4-(羟甲基)香豆素)；¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆)δ:7.42(d,J＝9.0Hz,1H),6.66(dd,J＝9.0,2.5Hz,1H),6.51(d,J＝2.5Hz,1H),6.06(s,1H),5.50(t,J＝5.6Hz,1H),4.66(dd,J＝5.6,1.3Hz,2H),3.41(q,J＝7.0Hz,4H),1.11(t,J＝7.0Hz,6H)；

(2)在氮气氛围下，将对硝基苯甲醛(1.5g,10mmol)、2，4-二甲基吡咯(2.1g,22mmol)和三氟乙酸(0.2mL)溶解在四氢呋喃(30mL)中，搅拌过夜后加入四氢呋喃(20mL)溶解的2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌(2.3g,10mmol,DDQ)并反应2个小时，在冰浴中快速加入三乙胺(20mL)和三氟化硼乙醚络合物(BF₃:46.5％,30mL)，之后转移至室温下反应4个小时；

浓缩溶剂，将残留物用二氯甲烷(100mL)和饱和碳酸氢钠(100mL)分层，水相用二氯甲烷(20mL×3)萃取，合并的有机相在无水硫酸钠的干燥后，浓缩除去有机溶剂；

残余物用柱层析纯化得到红色中间体2(8-(4-硝基苯基)BODIPY)；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ:8.39(d,J＝8Hz,2H),7.54(d,J＝8Hz,2H),6.02(s,2H),2.56(s,6H),1.36(s,6H)；

(3)在氮气氛围下，中间体2(738.2mg，2mmol)和N-碘代琥珀酰亚胺(1.8g，8mmol)溶解在超干二氯甲烷(200mL)中，混合物在室温下搅拌过夜；

倒入水(100mL)分层，水相用二氯甲烷(20mL×3)萃取，合并的有机相在无水硫酸钠的干燥后，浓缩除去有机溶剂；残余物用柱层析纯化得到深红色中间体3(配位配合物1：硼,二氟[3-碘-5-[(4-碘-3,5-5-二甲基-2H-吡咯--2-亚烷基-κN)(4-硝基苯基))[甲基]-2,4-二甲基-1H-吡咯并-κN]-,(T-4)-配位化合物)；¹H NMR(400MHz,DMSO)δ:8.41(d,J＝8.7Hz,2H),7.78(d,J＝8.7Hz,2H),2.56(s,6H),1.34(s,6H)；

(4)在氮气氛围下，将钯碳(50.9mg，0.5mmol)、中间体3(622.7mg，1mmol)、水合肼(0.49mL，10mmol)依次加入乙醇(100mL)中，加热回流搅拌3小时后冷却至室温；

减压除去溶剂；

残余物通过柱层析纯化得到红色中间体4(配位配合物2：硼,二氟[4-[((4-碘-3,-5-二甲基-1H-吡咯--2-基-κN)](4-碘-3,5-二甲基-2H-吡咯-2-亚烷基-κN)甲基]苯甲酰胺基]-,(T-4)-配位化合物)；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ:6.97(d,J＝8.1Hz，2H),6.80(d,J＝8.0Hz，2H),3.90(s,2H),2.63(s,6H),1.51(s,6H)。

(5)在氮气氛围下，向超干甲苯(30mL)中加入中间体4(236.4mg，0.4mmol)和N，N-二异丙基乙胺(0.18mL)，在0℃下，将溶解在甲苯(1mL)中的三光气(143.7mg，0.48mmol)逐滴加入到反应中并搅拌1个半小时，将反应转移至油浴中加热回流6小时，将溶于超干二氯甲烷(1mL)中的中间体1(128.5mg，0.52mmol)加入反应中，在室温下搅拌过夜；

减压除去溶剂；

残余物经柱层析纯化得到红色CMDB；¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ:7.67(d,J＝8.2Hz，2H),7.58(s,1H),7.34(d,J＝9.0Hz，1H),7.21(d,J＝8.5Hz，2H),6.61(dd,J＝9.0,2.5Hz，1H),6.52(d,J＝2.5Hz，1H),6.28(s,1H),5.36(s,2H),3.41(t,J＝7.1Hz，4H),2.64(s,6H),1.45(s,6H),1.21(t,J＝7.0Hz,6H)。

实施例2

浓缩得到的残留物用柱层析(淋洗液：乙酸乙酯/二氯甲烷＝1：9)纯化得到黄色中间体1(7-(二乙氨基)-4-(羟甲基)香豆素)；

(2)在氮气氛围下，将对硝基苯甲醛(1.5g,10mmol)、2，4-二甲基吡咯(2.1g,22mmol)和三氟乙酸(0.2mL)溶解在四氢呋喃(30mL)中，搅拌过夜后加入四氢呋喃(20mL)溶解的2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌(2.3g,10mmol，DDQ)并反应2个小时，在冰浴中快速加入三乙胺(20mL)和三氟化硼乙醚络合物(BF₃:46.5％,30mL)，之后转移至室温下反应4个小时；

残余物用柱层析纯化得到红色中间体2(8-(4-硝基苯基)BODIPY)；

(3)在氮气氛围下，将中间体2(738.2mg，2mmol)和N-碘代琥珀酰亚胺(6mmol)溶解在超干二氯甲烷(180mL)中，混合物在室温下搅拌1h；

倒入水(100mL)分层，水相用二氯甲烷(20mL×3)萃取，合并的有机相在无水硫酸钠的干燥后，浓缩除去有机溶剂；残余物用柱层析纯化得到深红色中间体3(配位配合物1：硼,二氟[3-碘-5-[(4-碘-3,5-5-二甲基-2H-吡咯--2-亚烷基-κN)(4-硝基苯基))[甲基]-2,4-二甲基-1H-吡咯并-κN]-,(T-4)-配位化合物)；

(4)在氮气氛围下，将钯碳(0.4mmol)、中间体3(622.7mg，1mmol)、水合肼(9mmol)依次加入乙醇(90mL)中，加热回流搅拌2小时后冷却至室温；

减压除去溶剂；

残余物通过柱层析纯化得到红色中间体4(配位配合物2：硼,二氟[4-[((4-碘-3,-5-二甲基-1H-吡咯--2-基-κN)](4-碘-3,5-二甲基-2H-吡咯-2-亚烷基-κN)甲基]苯甲酰胺基]-,(T-4)-配位化合物)；

(5)在氮气氛围下，向超干甲苯(25mL)中加入中间体4(236.4mg，0.4mmol)和N，N-二异丙基乙胺(0.15mL)，在0℃下，将溶解在甲苯(1mL)中的三光气(0.5mmol)逐滴加入到反应中并搅拌1个半小时，将反应转移至油浴中加热回流5小时；将溶于超干二氯甲烷(1mL)中的中间体1(128.5mg，0.52mmol)加入反应中，在室温下搅拌1h；

减压除去溶剂；

残余物经柱层析纯化得到红色CMDB。

实施例3

本发明实施例3与上述实施例2基本相同，差别指出在于：

(3)在氮气氛围下，将中间体2(738.2mg，2mmol)和N-碘代琥珀酰亚胺(9mmol)溶解在超干二氯甲烷(220mL)中，混合物在室温下搅拌24h；

(4)在氮气氛围下，将钯碳(0.6mmol)、中间体3(622.7mg，1mmol)、水合肼(11mmol)依次加入乙醇(110mL)中，加热回流搅拌4小时后冷却至室温；

减压除去溶剂；

(5)在氮气氛围下，向超干甲苯(35mL)中加入中间体4(236.4mg，0.4mmol)和N，N-二异丙基乙胺(0.2mL)，在0℃下，将溶解在甲苯(1mL)中的三光气(0.45mmol)逐滴加入到反应中并搅拌2h，将反应转移至油浴中加热回流7小时；将溶于超干二氯甲烷(1mL)中的中间体1(128.5mg，0.54mmol)加入反应中，在室温下搅拌24h；

减压除去溶剂；

残余物经柱层析纯化得到红色CMDB。

效果实施例

以实施例1制备得到的CMDB进行以下测试。

1、CMDB光谱性质测试

将CMDB先以四氢呋喃为溶剂配制10μM的标椎样品，进行紫外可见吸收和荧光发射谱图检测，结果分别如图1和图2所示。图1显示CMDB的最大紫外吸收峰值为532nm，图2显示CMDB的荧光最大发射峰值为550nm。。

2、CMDB产生单线态氧能力测试

以9,10-蒽二基-二(亚甲基)二丙二酸(ABDA)为指示剂检测单线态氧的产生。以四氢呋喃为溶剂将CMDB和中间体4配置成1mM的标准溶液，以二甲基亚砜为溶剂将ABDA和孟加拉玫瑰红(RB)配置成10mM的标准溶液。将一定量的ABDA的标准溶液分别加入到ACDB和RB样品溶液中，再用水稀释。稀释后的混合液中ABDA的最终浓度为100μM，CMDB、中间体4或RB的最终浓度为10μM。将配制好的样品溶液转移到石英玻璃皿中，并将其置于暗室中用光源照射不同长度的时间。用紫外可见分光光度计检测样品溶液吸光度，根据ABDA吸光度的变化检测单线态氧的产生，结果分别如图3和图4所示。图3中ABDA吸光度的降低表明中间体4导致的单线态氧的产生过程。图4中ABDA吸光度的降低表明CMDB导致的单线态氧的产生过程。图5显示CMDB和孟加拉玫瑰红(RB)的拟合斜率分别为0.0327和0.0787。以孟加拉玫瑰红(RB)为参照物，经过计算CMDB的单线态氧量子产率为0.44。

3、CMDB光解效果测试

CMDB先以四氢呋喃为溶剂配成10μM的样品，将样品溶液转移到石英玻璃皿中并将其置与暗室中用紫外光源(365nm)照射，用荧光检测仪检测不同照射时间下荧光信号变化，从而检测CMDB光解进程，图6表明，CMDB在紫外光照射下80min内迅速光解。总之，本实验表明智能光敏剂CMDB可以通过光诱导控制光敏活性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种智能光敏剂探针，其特征在于，该探针的化学结构式如下式(Ⅰ)所示：

2.权利要求1所述的智能光敏剂探针的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)在氮气氛围下，将2mmol 8-(4-硝基苯基)BODIPY和6～9mmol N-碘代琥珀酰亚胺溶于180～220mL二氯甲烷中，常温下搅拌反应1～24h，浓缩除去有机溶剂，粗产品分离得到配位配合物1；

(3)在氮气氛围下，将0.4mmol配位配合物2和0.15～0.2mL碱溶解到25～35mL第一溶剂中，在0℃下，往第一溶剂中逐滴加入1mL溶解有0.45～0.5mmol三光气的第二溶剂并搅拌1～2h，转移至油浴加热条件下回流5～7h，冷却至室温，得到初级反应液；将1mL溶解有0.5～0.54mmol 7-(二乙氨基)-4-(羟甲基)香豆素的第三溶剂的滴加到初级反应液中，室温搅拌反应1～24h，减压除去溶剂，粗产品分离得到所述智能光敏剂探针。

3.如权利要求2所述的智能光敏剂探针的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，常温下搅拌反应4～12h。

4.如权利要求2所述的智能光敏剂探针的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述碱为N，N-二异丙基乙胺；所述第一溶剂、第二溶剂均为甲苯，所述第三溶剂为二氯甲烷；

在步骤(3)中，室温搅拌反应4～12h。

5.权利要求1所述的智能光敏剂探针在制备治疗肿瘤光动力药物中的应用。