CN112094263B

CN112094263B - 基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂及其合成方法和应用

Info

Publication number: CN112094263B
Application number: CN202010813718.8A
Authority: CN
Inventors: 全云云; 黄祖胜; 王振操; 沈红艳; 沈超杰
Original assignee: Wenzhou Medical University
Current assignee: Wenzhou Medical University
Priority date: 2020-08-13
Filing date: 2020-08-13
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2040-08-13
Also published as: CN112094263A

Abstract

本发明公开了一种基于喹喔啉的D‑A‑π‑A型有机光敏剂及其合成方法和应用，属于肿瘤的光动力治疗应用领域。本发明以三苯胺为电子供体，二苯基取代的喹喔啉为额外受体，吡啶盐为末端电子受体，合成了一系列新型的D‑A‑π‑A结构近红外有机光敏剂。二苯基取代的喹喔啉的引入能够有效地红移光敏剂的吸光和发射光谱，另一方面，具有螺旋桨结构的三苯胺和喹喔啉上苯环的存在可以有效抑制分子间的π‑π堆积作用，进而提高了光敏剂的光动力治疗作用。综合这两方面的作用，使得其在肿瘤光动力治疗中有很好的应用前景。

Description

基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂及其合成方法和应用

技术领域

本发明涉及近红外有机光敏剂和基于光敏剂的肿瘤光动力治疗应用领域，具体涉及了一种基于喹喔啉的D-A-π-A型近红外有机光敏剂及其在肿瘤光动力治疗中的应用。

背景技术

癌症是一类严重威胁人类健康问题的疾病，是一个世界各国都非常关注的健康问题。目前针对癌症的治疗方法主要包含手术治疗、化学治疗、放射治疗等。但这些治疗方法都存在着一定的缺陷，如：手术治疗局限于直接切除肉眼可见的实体肿瘤来达到治疗目的，无法保证将所有的肿瘤细胞全部去除，存在较高的肿瘤复发风险；放射治疗由于射线放射治疗没有特异性，不可避免的会对周围的组织和细胞产生一定的不利影响；化学治疗中使用的化疗药物缺少靶向指引，具有较强的毒副作用。

光动力治疗(PDT)作为一种高效的微创癌症治疗方法，光动力疗法因具有不易耐药、损伤部位小、安全性好等优势而引起了广泛关注。光动力治疗的作用原理是光敏剂在光照和氧气的存在的条件下，可以有效地产生活性氧物质(ROS)，进而破坏核酸、蛋白质等生物大分子结构，最终导致肿瘤细胞凋亡或者坏死。光敏剂在光动力治疗过程中扮演中至关重要的作用，它的好坏直接决定了光动力治疗效果。目前使用的有机光敏剂如卟啉、亚甲基蓝、BODIPY等分子在生物体内会发生聚集出现聚集荧光淬灭(ACQ)现象，从而导致荧光引导的光动力治疗较难实现。另外，光敏剂的聚集荧光淬灭(ACQ)现象还会导致光敏剂在光照条件下活性氧物质(ROS)的产生效率下降。研究显示，开发具有聚集诱导发光(AIE)特性的光敏剂，不仅能够提高光敏剂在生物体内的荧光亮度，还能有效增强光敏剂在聚集态时的ROS产生效率。

相比于传统的D-π-A结构有机光敏剂，通过额外电子受体的引入构建成具有D-A-π-A结构的光敏剂能有效拓宽并红移染料的吸收和荧光发射光谱。目前还没有报道基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂用于肿瘤的光动力治疗。

因此，为了开发具有优异光动力治疗效果的光敏剂，本发明人设计并合成一类基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂，并将其应用于肿瘤的光动力治疗。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种基于喹喔啉的D-A-π-A型近红外有机光敏剂及其在肿瘤光动力治疗中的应用，该光敏剂具有近红外AIE特性，高的ROS产生效率，并能实现荧光成像引导肿瘤光动力治疗等优点。

具体而言，本发明的第一个方面是提供一种基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂，该有机光敏剂的结构通式为：

其中：X为S或O，R为H、卤素、C₁～C₂₀的直链烷氧基或C₁～C₂₀的支链烷氧基。

进一步设置是所述的R＝OCH₃，X＝S。

另外，本发明的第二个方面还提供一种基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将1摩尔份化合物1、1.1摩尔份二溴喹喔啉溶解在THF中，加入3摩尔份K₂CO₃水溶液和5％的催化剂Pd(PPh₃)₄，反应液在惰性气体氩气保护下于70℃搅拌反应12小时，反应结束并冷却至室温后，往反应液中加入水，用DCM萃取，合并的有机相用水洗多次，加无水硫酸镁干燥，减压旋蒸浓缩，粗产物通过柱层析分离提纯，制得化合物2；

所述化合物1的结构式为：

所述化合物2的分子式为：

(2)在氩气保护下，以THF为溶剂，加入1摩尔份化合物2和1.5摩尔份5-醛基-2-噻吩硼酸，加入3摩尔份K₂CO₃水溶液和5％的催化剂Pd(PPh₃)₄，反应液在惰性气体氩气保护下于70℃搅拌反应12小时，反应结束并冷却至室温后，往反应液中加入水，用DCM萃取，合并的有机相用水洗多次，加无水硫酸镁干燥，减压旋蒸浓缩，粗产物通过柱层析分离提纯，得到化合物3；

所述的化合物3的结构式为：

(3)光敏剂的合成方法：在氩气保护下，以无水乙醇为溶剂，加入1摩尔份化合物3，1摩尔份吡啶碘盐，0.2mL哌啶，加热至回流搅拌反应3小时，反应结束并冷却至室温后，析出的固体通过抽滤得到，用冰乙醇洗涤两次，得到固体再用DMSO溶解，然后加入饱和KPF₆水溶液，反应液在室温下搅拌反应1小时，反应结束后，过滤除去溶剂，粗产物通过柱层析分离提纯，得到基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂，该基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂结构式为

另外，本发明还提供一种如所述的基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂用于制备肿瘤光动力治疗药物的应用。

本发明的基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂是在肿瘤近红外荧光成像和光动力治疗中使用。

本发明的基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂能够快速进入细胞并靶向细胞器线粒体。

本发明的有益效果体现在：

1、光敏剂中具有螺旋桨结构的三苯胺和喹喔啉上两个不共平面的苯环能够有效加大分子间的距离，抑制分子间的π-π堆积作用。另外整个光敏剂分子中可以自由旋转的转子的存在使得该类分子具有AIE特性。如图2所示。

2、相比于D-π-A结构有机光敏剂，通过引入额外电子受体喹喔啉构建的D-A-π-A结构的光敏剂具有较宽的吸收光谱，可以捕获大部分可见光区的光。另外，光敏剂显示出近红外荧光发射性能，对于深层组织的成像和光动力治疗都有较好的帮助。如图3所示。

3、本发明所述的光敏剂能够进入细胞发出红色荧光并靶向线粒体。如图4所示。

4、本发明所述的光敏剂具很强的ROS产生效率。该类光敏剂较低的细胞暗毒性，而在LED白光灯的照射条件下显示出很强的光毒性，说明该类光敏剂安全性高，光动力治疗效果好。如图5和图6所示。

5、本发明所述的光敏剂的原料易得，合成简单。未见报道类似的用于光动力治疗的光敏剂，具有较强的商业价值。

与商业化的用于肿瘤光动力治疗的光敏剂和已报道的一些有机光敏剂相比，本发明具有如下优点和技术效果：通过在分子中引入二苯基取代的喹喔啉可以起到使吸收光谱和荧光发射光谱红移以及提高染料AIE性能的效果，提高了该类光敏剂的光动力治疗效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明的有机光敏剂的合成路线图。

图2(a)为实施例1中所合成的染料在DMSO/toluene溶剂中(浓度:1×10^-5M)不同DMSO/toluene体积比下的的荧光发射图，图2(b)为不同DMSO/toluene体积比下的相对荧光强度变化图，图2(b)中的插图分别为染料在纯DMSO和DMSO/toluene(v/v＝1/99)溶剂中用365nm的紫外灯照射照片；

图3(a)为实施例1中所合成的染料在DMSO溶剂中(浓度:1×10^-5M)归一化的液体紫外吸收光谱图，图3(b)为实施例1中所合成染料的固体归一化荧光发射光谱图；

图4为实施例1中合成的染料在HeLa细胞内与线粒体商业染料MitoTracker Green的共定位荧光图；图4A为细胞被HZ1和商业染料MitiTracker Green共染后明场状态下的图片，图4B为HZ1染料的红色荧光，图4C为商业染料MitiTracker Green的绿色荧光，图4D为图4A、图4B、图4C的叠图；

图5(a)为实施例1中合成的染料在白光灯照射下使ROS指示剂DCFH-DA的荧光强度增强图片,图5(b)为商业染料Rose Bengal在相同条件使DCFH-DA的荧光增强图片；

图6为实施例1中合成的染料在HeLa细胞中的光毒性及暗毒性数据图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施例1

基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂HZ1的合成

(1)化合物2的合成

在氩气的保护下，在一个50mL的二口圆底烧瓶中，将862mg(2.0mmol)化合物1，968mg(2.2mmol)二溴二苯基取代喹喔啉，3mL 2M的K₂CO₃水溶液加入到20mL THF溶剂中，然后再加入115mg Pd(PPh₃)₄催化剂。将反应混合液升温至70℃反应12h。冷却至室温后，往反应液中加入30mL去离子水，并用二氯甲烷萃取多次。萃取合并得到的有机相用无水硫酸镁干燥后旋蒸除去有机溶剂，粗产物用硅胶柱层析进行分离提纯，以正己烷：二氯甲烷(2:1)为流动相，得到(0.97g)橙色固体化合物2，产率为73％。核磁：¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ8.07(d,J＝7.9Hz,1H),7.71–7.65(m,5H),7.57–7.55(m,2H),7.41–7.27(m,6H),7.16–7.13(m,4H),7.05(d,J＝8.7Hz,2H),6.89–6.85(m,4H),3.82(s,6H).

(2)化合物3的合成

在氩气的保护下，在一个50mL的二口圆底烧瓶中，将665mg(1.0mmol)化合物2，234mg(1.5mmol)5-醛基-2-噻吩硼酸，1.5mL 2M的K₂CO₃水溶液加入到15mL THF溶剂中，然后再加入60mg Pd(PPh₃)₄催化剂。将反应混合液升温至70℃反应12h。冷却至室温后，往反应液中加入20mL去离子水，并用二氯甲烷萃取多次。萃取合并得到的有机相用无水硫酸镁干燥后旋蒸除去有机溶剂，粗产物用硅胶柱层析进行分离提纯，以正己烷：二氯甲烷(1:1)为流动相，得到(0.47g)红色固体化合物3，产率为68％。核磁：¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆)δ9.97(s,1H),8.55(d,J＝8.0Hz,1H),8.18(d,J＝4.1Hz,1H),8.07(d,J＝4.1Hz,1H),7.96(d,J＝8.0Hz,1H),7.75(d,J＝8.7Hz,2H),7.65–7.63(m,2H),7.55–7.49(m,2H),7.48–7.32(m,6H),7.13–7.10(m,4H),6.95(d,J＝8.9Hz,4H),6.87(d,J＝8.7Hz,2H),3.76(s,6H).

(3)光敏剂HZ1的合成

氩气保护下，在50mL的二口圆底烧瓶中，依次加入349mg(0.5mmol)化合物3，118mg(0.5mmol)4-甲基吡啶碘盐，0.20mL哌啶20mL无水乙醇。将反应液升温至回流反应3h。反应结束后，待反应液降至常温，减压抽滤得到深红色固体，固体用10mL冰乙醇洗涤。再取一个50mL的圆底烧瓶，加入前面得到的深红色固体和15mL DMSO，再加入5mL饱和KPF₆水溶液。反应液在室温下搅拌反应1h，反应结束后，过滤除去溶剂，粗产物用硅胶柱层析分离提纯，以二氯甲烷：甲醇(15:1)作为流动相，得到377mg深红色光敏剂HZ1。产率：81％。核磁：¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆)δ8.81(d,J＝6.8Hz,2H),8.49(d,J＝7.9Hz,1H),8.26–8.19(m,3H),8.13(d,J＝4.0Hz,1H),7.96(d,J＝7.9Hz,1H),7.79–7.69(m,4H),7.64(d,J＝3.9Hz,1H),7.58–7.53(m,2H),7.52–7.34(m,6H),7.20–7.12(m,5H),6.96(d,J＝9.0Hz,4H),6.88(d,J＝8.7Hz,2H),4.24(s,3H),3.77(s,6H).

实施例2

对实施例1的光敏剂HZ1进行了AIE性能测试，如图2所示。基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂HZ1在DMSO/toluene中测试了它的AIE性能。从图2(a)和2(b)中可以看出随着toluene体积的增加，溶液的荧光强度逐渐增强，在toluene的体积占比为99％时，荧光强度增强了87倍。这说明该光敏剂具有很好的AIE性能。

实施例3

对实施例1的光敏剂HZ1进行了液体紫外和固体荧光测试。如图3所示。染料HZ1在DMSO中的紫外可见吸收光谱如图3(a)所示，染料的最大吸收波长为509nm，吸收光谱覆盖了大部分的可见光区。图3(b)为染料的固体荧光发射光谱图，染料的荧光发射峰在679nm，染料的右边大部分区域都在近红外波长区域，这说明该光敏剂具有很高的近红外荧光发射性能。

实施例4

对实施例1的光敏剂HZ1进行了细胞成像和线粒体靶向染料的荧光共定位实验，如图4所示。用2μM的HZ1孵育HeLa细胞30分钟，并用线粒体商业染料MitiTracker Green进行共定位确认光敏剂的靶向位置。其中图4A为细胞被HZ1和商业染料MitiTracker Green共染后明场状态下的图片，图4B为HZ1染料的红色荧光，图4C为商业染料MitiTracker Green的绿色荧光，图4D为图4A、图4B、图4C的叠图。从图4B中可以发现，光敏剂HZ1能够很好的进入HeLa细胞并发射红色荧光。从图4D中可以发现，光敏剂HZ1和线粒体商业染料的荧光重叠度高，这说明光敏剂HZ1能很好的靶向细胞器线粒体。

实施例5

对实施例1的光敏剂HZ1进行了ROS产生能力的检测实验，如图5所示。DCFH-DA是ROS的指示剂，从图5(a)中可以发现染料HZ1在光照条件下使溶液的荧光快速增强。图5(b)为商业化染料Rose Bengal在光照条件下使DCFH-DA荧光增强的图片。比较a和b图，很明显光敏剂HZ1的ROS产生效率要高于商业染料Rose Bengal，这说明光敏剂HZ1显示出了优异的ROS产生性能。

实施例6

对实施例1的光敏剂HZ1进行了HeLa细胞的光毒性和暗毒性研究，如图6所示。96孔板分别用图6所示浓度的光敏剂孵育HeLa细胞24小时，细胞分为三组，一组为白光照射10分钟，一组为白光照射5分钟，一组为无光照。从图中可以发现光敏剂HZ1在暗态下具有很小的细胞毒性，而在光照条件下则显示出了很高的光毒性。该实验说明光敏剂HZ1具有很好的肿瘤光动力治疗效果。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂，其特征在于：该有机光敏剂的结构通式为：

所述的R＝OCH₃，X＝S。

2.一种基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂的合成方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将1摩尔份化合物1、1.1摩尔份二溴二苯基取代喹喔啉溶解在THF中，加入3摩尔份K₂CO₃水溶液和5％的催化剂Pd(PPh₃)₄，反应液在惰性气体氩气保护下于70℃搅拌反应12小时，反应结束并冷却至室温后，往反应液中加入水，用DCM萃取，合并的有机相用水洗多次，加无水硫酸镁干燥，减压旋蒸浓缩，粗产物通过柱层析分离提纯，制得化合物2；

所述化合物1的结构式为：

所述化合物2的分子式为：

所述的化合物3的结构式为：

(3)光敏剂的合成方法：在氩气保护下，以无水乙醇为溶剂，加入1摩尔份化合物3，1摩尔份4-甲基吡啶碘盐，0.2mL哌啶，加热至回流搅拌反应3小时，反应结束并冷却至室温后，析出的固体通过抽滤得到，用冰乙醇洗涤两次，得到固体再用DMSO溶解，然后加入饱和KPF₆水溶液，反应液在室温下搅拌反应1小时，反应结束后，过滤除去溶剂，粗产物通过柱层析分离提纯，得到基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂，该基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂结构式为

3.一种如权利要求1所述的基于喹喔啉的D-A-π-A型有机光敏剂用于制备肿瘤光动力治疗药物的应用。

4.一种基于权利要求1所述的有机光敏剂用于制备靶向肿瘤细胞的细胞器线粒体的靶向药物的应用。