CN114516891B - 一种手性双核Ir(Ⅲ)金属-有机双螺旋结构化合物及其制备方法 - Google Patents
一种手性双核Ir(Ⅲ)金属-有机双螺旋结构化合物及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种手性双核Ir(Ⅲ)金属‑有机双螺旋结构化合物及其制备方法，属于药物合成技术领域。这种手性双核Ir(Ⅲ)金属‑有机双螺旋结构化合物以手性Ir(Ⅲ)基配合物L1、L2作为构筑模块，分别与手性环己二胺通过亚胺缩合得到手性金属‑有机螺旋结构L1‑i‑D1、L2‑i‑D2，制备方法简单且产率高。本发明所制备的双核Ir(Ⅲ)手性金属‑有机双螺旋结构化合物具有良好的光物理性质与生物相容性，能够与DNA发生较强的绑定作用，具有良好的临床应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及药物合成技术领域，尤其涉及一种手性双核Ir(Ⅲ)金属-有机双螺旋结构化合物及其制备方法。
背景技术
光动力治疗（Photodynamic Therapy, PDT）是近几十年新兴的一种癌症治疗手段，具有无创治疗、毒副作用低、时空选择性良好、适用性强等优点。如今光动力治疗已被应用于肺癌、膀胱癌、食道癌的治疗中。科研人员认为光动力治疗在癌症治疗史上具有里程碑意义。光动力治疗需要光敏剂、氧气和光三个必要条件。光敏剂作为最核心的因素，近年来受到了科学家的广泛关注。过渡金属Ir(III)配合物因具有良好的生物相容性，优良的敏化氧气产生单线态氧的能力，是PDT癌症治疗领域中的明星分子。然而，现阶段Ir(III)配合物作为PDT试剂的研究大都是单核的配合物。
金属-有机螺旋结构是由两个或多个金属离子与结构匹配的多齿有机配体配位自组装形成的具有螺旋链状结构的超分子组装体。研究表明，金属-有机螺旋结构与α-螺旋蛋白具有相似结构特点。这种具有双螺旋或三螺旋结构的超分子组装体，其生物化学性质和光物理性质能够随着自身形状、大小以及对映体的不同而改变。此外，这种具有螺旋结构的金属-有机化合物能够与DNA大小沟槽发生特异性结合，诱导DNA发生链间或者链内交联。与单核的光活性金属配合物类光敏剂相比，通过构建双核Ir(III)金属-有机螺旋结构，利用其与DNA强的结合能力拉近彼此间距离，使光生活性氧物种直接作用于DNA分子，破坏DNA正常的功能诱导癌细胞死亡，将有望提高Ir(III)配合物类光敏药物分子的光动力效果。
另一方面，手性是自然界的基本属性。构成生命体的生物大分子如，DNA、多肽几乎都是手性结构，这些手性生物大分子在生物生命活动中都扮演着重要角色。绝大部分药物都是手性分子，例如左乙拉西坦、右哌甲酯、左氧氟沙星等。这些手性药物与生物大分子之间存在着严格的手性匹配关系，手性分子与受体之间结构必须相互匹配，才能起到药物效果。不同手性分子可能会具有不同的生物活性，例如，左美沙芬具有镇痛作用，右美沙芬具有中枢镇咳的效果，左旋咪唑具有驱虫和免疫刺激作用，右旋咪唑具有抗抑郁作用等。
金属-有机螺旋结构具有M、P两种本征螺旋手性。不同手性结构与DNA之间也存在着不同的手性匹配关系。为了获得这种不同手性的金属有机螺旋结构，科研人员往往采用以具有动力学活性的过渡金属离子如Fe(II)、Ni(II)等作为手性金属中心，采用亚组份自组装的方式组装得到手性螺旋结构。这种方法得到的手性螺旋结构中的金属离子与有机配体之间往往通过配位键相连，化学稳定性不高，并且在组装过程中会产生多种异构体，手性结构难以保持。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种手性双核Ir(Ⅲ)金属-有机双螺旋结构化合物及其制备方法。本发明的手性双核Ir(Ⅲ)金属-有机双螺旋结构化合物具有合成路线简单、产率高、光物理化学性质优异、生物兼容性良好、光动力治疗效果好等优势。重要的是，所得目标手性螺旋结构是由动力学惰性的Ir(Ⅲ)金属离子作为节点，这样能够使所构筑得到的手性螺旋结构的构型在应用过程中稳定保持。
为了实现上述发明目的，解决现有技术存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种手性双核Ir(Ⅲ)金属-有机双螺旋结构化合物，该手性化合物分为L1-i-D1、 L2-i-D2两种不同手性结构，所述L1-i-D1手性结构如下：
所述L2-i-D2手性结构如下：
其中，X-为阴离子，所述阴离子选自PF6 -、BF- 4、CF3SO- 4，X-所带的负电荷数与L1-i-D1、 L2-i-D2结构中阳离子所带正电荷数相同，整个L1-i-D1、 L2-i-D2呈电中性。
具体的，X-为PF6 -时，所述有机双螺旋结构化合物的结构如下：
所述的一种手性双核Ir(Ⅲ)金属-有机双螺旋结构化合物的制备方法，该制备方法将手性金属Ir(Ⅲ)配合物构筑模块L1与手性二胺D1或手性金属Ir(Ⅲ)配合物构筑模块L2与手性二胺D2通过亚胺缩合反应制备得到，其合成路线如下：
L1+ D1 → L1-i-D1；L2+ D2 → L2-i-D2。
所述手性Ir(Ⅲ)基配合物构筑模块L1具有如下结构：
所述手性Ir(Ⅲ)基配合物构筑模块L2具有如下结构：
其中，X-的定义同上述L1-i-D1、 L2-i-D2结构中的定义。
具体的，X-为PF6 -时，所述手性Ir(Ⅲ)基配合物构筑模块的结构如下：
所述手性二胺D1选自1R,2R-环己二胺；
所述手性二胺D2选自1S,2S-环己二胺；
所述制备方法具体包括以下步骤：
步骤1、 将L1与D1或者L2与D2按照1:1.2~2.5的摩尔比投料，加入体积比为1:1.5~2.5的乙腈和甲苯混合溶液中，加入适量催化剂对甲苯磺酸，在100 ℃~120 ℃条件下反应12~24 h，反应液冷却至室温，除去溶剂，得黄色固体；
步骤2、 将步骤1得到的橙黄色固体重新使用体积比为1:3~5的甲醇和二氯甲烷混合溶剂溶解、乙醚扩散，结晶得到L1-i-D1或L2-i-D2。
所述化合物L1-i-D1和 L2-i-D2作为光动力治疗试剂或药物在光动力治疗方面中的应用。
所述的一种手性双核Ir(Ⅲ)金属-有机双螺旋结构化合物在制备光动力治疗药物中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种手性双核Ir(Ⅲ)金属-有机双螺旋结构化合物及其制备方法，以手性Ir(Ⅲ)基配合物L1、L2作为构筑模块，分别与手性环己二胺通过亚胺缩合得到手性金属-有机螺旋结构L1-i-D1、L2-i-D2，制备方法简单且产率高。本发明所制备的双核Ir(Ⅲ)手性金属-有机双螺旋结构化合物具有稳定的光物理性质，磷光发射寿命长；良好的生物相容性，能够与DNA发生较强的绑定作用，在黑暗条件下IC50 均大于500 μM，而在光照条件下产生大量单线态氧短时间内杀死细胞，具有良好的临床应用前景。
附图说明
图1是化合物L1-a和L2-a的核磁谱图。
图2是化合物L1-b和L2-b的核磁谱图。
图3是化合物LD1和LD3的核磁谱图。
图4是化合物LD2和LD4的核磁谱图。
图5是化合物LD1和LD3的质谱谱图。
图6是化合物LD2和LD4的质谱谱图。
图7是化合物LD1和LD3的圆二色谱图。
图8是化合物LD2和LD4的圆二色谱图。
图9是化合物LD1的磷光寿命谱图。
图10是化合物LD2的磷光寿命谱图。
图11是化合物LD3的磷光寿命谱图。
图12是化合物LD4的磷光寿命谱图。
图13是化合物LD1、LD3和DPBF溶液在420nm处吸光度随光照时间变化曲线图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
1）取配体4-(2-吡啶基)-苯甲醛（916 mg，5 mmol）、IrCl3•xH2O（600 mg，2 mmol）置于50 mL双口烧瓶中，加入30 mL混合溶剂乙二醇甲醚/水（3/1，V/V），通入氩气30 min排尽体系内空气后，升温至120 ℃避光搅拌24 h。冷却至室温后，抽滤得滤饼，分别使用水、乙醇、乙醚洗涤滤饼，得到红色二氯桥联配合物[Ir(L-CHO)2Cl]2。
2）称取[Ir(L-CHO)2Cl]2（300 mg，0.25 mmol）加入250 mL三口烧瓶中，溶于100 mL的干燥二氯甲烷/甲醇（4/1，V/V）混合溶剂，再加入甲醇钠（40.50 mg，0.75 mmol），通气30min，排尽体系内空气加入L-脯氨酸（L-Pro）（86.40 mg，0.75 mmol），升温至50 ℃回流，避光反应12 h后，冷却至室温后，依次用水、二氯甲烷、饱和食盐水萃取，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩除去溶剂，使用硅胶柱色谱分离，得到红色固体Ir(L- CHO)2(L-Pro)。
3）取Ir(L- CHO)2(L-Pro)（40.40 mg, 0.06 mmol）溶于30 mL的干燥乙腈溶液中，通入氩气，排尽体系内空气，缓慢加入三氟乙酸（9 μL, 0.12 mmol），室温避光搅拌4 h后，加入六氟磷酸铵，室温避光搅拌2 h，减压旋蒸除去溶剂，依次使用二氯甲烷和饱和食盐水萃取，无水硫酸钠干燥过滤，除去溶剂，得到黄色固体L1-a。得到的化合物L1-a的核磁谱图如图1所示。
实施例2
取L1-a（156.80 mg, 0.20 mmol）溶于120 mL的干燥二氯甲烷溶液中，通入氩气，排尽体系内空气，加入配体dipyrido[3,2-a:2',3'-c]phenazine（dppz，84.70 mg, 0.30mmol），室温避光搅拌10 h后，减压旋蒸除去溶剂，使用硅胶柱色谱分离，得到黄色固体L1-b。得到的化合物L1-b的核磁谱图如图2所示。
实施例3
1）称取实施例1的中间产物[Ir(L-CHO)2Cl]2（300.0 mg，0.25 mmol）加入250 mL三口烧瓶中，溶于100 mL的干燥二氯甲烷/甲醇（4/1，V/V）混合溶剂，再加入甲醇钠（40.5 mg，0.75 mmol），通气30 min，排尽体系内空气加入D-脯氨酸（D-Pro）（86.4 mg，0.75 mmol），升温至50 ℃回流，避光反应12 h后，冷却至室温后，依次用水、二氯甲烷、饱和食盐水萃取，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩除去溶剂，使用硅胶柱色谱分离，得到红色固体Ir(L- CHO)2(D-Pro)。
2）取Ir(L- CHO)2(D-Pro)（40.40 mg, 0.06 mmol）溶于30 mL的干燥乙腈溶液中，通入氩气，排尽体系内空气，缓慢加入三氟乙酸（9 μL, 0.12 mmol），室温避光搅拌4 h后，加入六氟磷酸铵，室温避光搅拌2 h，减压旋蒸除去溶剂，依次使用二氯甲烷和饱和食盐水萃取，无水硫酸钠干燥过滤，除去溶剂，得到黄色固体L2-a。得到的化合物L2-a的核磁谱图如图1所示。
实施例4
取L2-a（156.8 mg, 0.20 mmol）溶于120 mL的干燥二氯甲烷中，通入氩气，排尽体系内空气，加入dppz配体（84.70 mg, 0.30 mmol），室温避光搅拌10 h后，减压旋蒸除去溶剂，使用硅胶柱色谱分离，得到黄色固体L2-b。得到的化合物L2-b的核磁谱图如图2所示。
实施例5
合成目标化合物LD1：将L1-a（39.20 mg，0.05 mmol）置于100 mL三口烧瓶中，加入50 mL干燥的甲苯/乙腈（2/1，V/V）混合溶剂，通入氩气排尽体系内空气。随后，加入15 mol%对甲苯磺酸，将1R,2R-环己二胺（13.68 mg，0.12 mmol）溶于10 mL干燥的乙腈溶液中，缓慢滴加入反应体系，在氩气氛围下，110 ℃反应14 h。待反应结束冷却至室温后，除去溶剂得到黄色固体，使用二氯甲烷/甲醇重新溶解稀释，调节浓度，使用乙醚扩散法得到36.52 mg晶态LD1，产率85%。 得到的目标化合物LD1的核磁谱图如图3所示，质谱谱图如图5所示。
实施例6
合成目标化合物LD2：将L1-b（49.2 mg，0.05 mmol）置于100 mL三口烧瓶中，加入45 mL干燥的甲苯/乙腈（2/1，V/V）混合溶剂，通入氩气排尽体系内空气。随后，加入15 mol%对甲苯磺酸，将1R,2R-环己二胺（11.4 mg，0.10 mmol）溶于10 mL干燥的乙腈溶液中，缓慢滴加入反应体系，在氩气氛围下，110 ℃反应12 h。待反应结束冷却至室温后，除去溶剂得到黄色固体，使用二氯甲烷/甲醇重新溶解稀释，调节浓度，使用乙醚扩散法得到47.26 mg晶态LD2，产率89%。 得到的目标化合物LD2的核磁谱图如图4所示，质谱谱图如图6所示。
实施例7
合成目标化合物LD3：将L2-a（39.20 mg，0.05 mmol）置于100 mL三口烧瓶中，加入50 mL干燥的甲苯/乙腈（2/1，V/V）混合溶剂，通入氩气排尽体系内空气。随后，加入15 mol%对甲苯磺酸，将1S,2S-环己二胺（13.68 mg，0.12 mmol）溶于10 mL干燥的乙腈溶液中，缓慢滴加入反应体系，在氩气氛围下，110 ℃反应14 h。待反应结束冷却至室温后，除去溶剂得到黄色固体，使用二氯甲烷/甲醇重新溶解稀释，调节浓度，使用乙醚扩散法得到36.80 mg晶态LD3，产率87%。得到的目标化合物LD3的核磁谱图如图3所示，质谱谱图如图5所示。
实施例8
合成目标化合物LD4：将L2-b（49.2 mg，0.05 mmol）置于100 mL三口烧瓶中，加入45 mL干燥的甲苯/乙腈（2/1，V/V）混合溶剂，通入氩气排尽体系内空气。随后，加入15 mol%对甲苯磺酸，将1S,2S-环己二胺（11.4 mg，0.10 mmol）溶于10 mL干燥的乙腈溶液中，缓慢滴加入反应体系，在氩气氛围下，110 ℃反应12 h。待反应结束冷却至室温后，除去溶剂得到黄色固体，使用二氯甲烷/甲醇重新溶解稀释，调节浓度，使用乙醚扩散法得到43.01mg晶态LD4，产率81%。 得到的目标化合物LD4的核磁谱图如图4所示，质谱谱图如图6所示。
实施例9
为了确定LD1和LD3互为对映异构体，LD2和LD4互为对映异构体，进行圆二色谱测试。将LD1和LD3配置成1×10-5mol/L的乙腈溶液，将LD2和LD4配置成1×10-5mol/L的二氯甲烷溶液，使用圆二色谱仪进行测试。如图7所示，LD1的圆二色谱展现了在250 nm、343nm、415nm处出现的正卡滕效应，在300 nm、455 nm处出现的负卡滕效应，而LD3则在相同的出峰位置表现出相反的卡滕效应，这表明LD1和LD3是单一手性的。如图8所示，LD2的圆二色谱展现了在245 nm、255nm、334 nm处出现的正卡滕效应，在279 nm、445 nm处出现的负卡滕效应，而LD4则在相同的出峰位置表现出相反的卡滕效应，这表明LD2和LD4是单一手性的。
实施例10
将LD1-LD4配置成1×10-5mol/L的二甲基亚砜溶液，向溶液中通入氮气15分钟除去氧气，使用405nm激光进行磷光寿命测试。LD1的磷光寿命谱图如图9所示；LD2的磷光寿命谱图如图10所示；LD3的磷光寿命谱图如图11所示；LD4的磷光寿命谱图如图12所示。通过磷光寿命测试发现，LD1与LD3磷光寿命可达3000 ns，LD2与LD4磷光寿命可达200 ns。
实施例11
利用三联吡啶钌配合物[Ru(bpy)3]2+做参比试剂（在CH3CN 溶液中的Φ Δ =0.56），1,3-二苯基异苯并呋喃（DPBF）做光氧化受体。在进行测量时，使用紫外-可见光谱仪将待测化合物与[Ru(bpy)3]2+ 在可见光的吸收交点位于420nm处，吸光度在0.2~0.3 之间，保证它们在同一浓度、同一激发波长下进行测试。将DPBF溶液在420 nm处的吸光度调整至1.0左右，然后将其与配好的待测化合物或参比试剂[Ru(bpy)3]2+混合加入到石英比色皿中。利用波长为420nm的单色激发光源激发，当照射5 s或10 s后，利用紫外-可见光谱仪来检测待测化合物或参比试剂溶液在420 nm处的吸收变化。测试完毕后，拟合其在420 nm处的吸收与照射时间的变化，求出斜率。单重态氧的量子产率(Φ Δ)可由以下公式来计算。
Φ Δ (IrIII)=Φ Δ (RuII) × {[s(IrIII) × F(RuII)]/ [s(RuII) × F(IrIII)]
式中，Φ表示单线态氧量子产率；s表示DPBF随时间增加吸光度值逐渐减小的斜率；F表示吸光度校正因子（F = 1-10-OD，OD为光敏剂的吸光度值）。如图13示出了化合物LD1、LD3与DPBF的混合溶液在420nm处吸光度与光照时间变化曲线图，经计算，LD1、LD3的1O2的量子产率Φ Δ (IrIII)均为42%。
实施例12
通过标准MTT法评估化合物LD1-LD4在黑暗条件与光照条件下的细胞毒性。将A549 细胞接种到 96 孔细胞培养板，置于 5% CO2，95%湿度，温度为 37 ℃的培养箱内进行培养 24 h。然后每个孔用 100 mL PBS 洗涤，再将含有不同浓度的 LD1-LD4的 10% PBS高糖培养基加入孔内继续放入培养箱内培养，孵育12 h。之后，使用白光照射10 min，光照完成后，将所有孔培养基替换成新鲜培养基，继续孵12 h。然后移走每个孔内的培养基，再加入含有5 mg/mL 的 MTT培养基继续培养 4 h。黑暗条件下细胞毒性测试不需要光照操作。实验结果表明，LD1-LD4均表现出了优异的光动力治疗效果，在黑暗条件下互为对映体的双螺旋结构细胞毒性相差无几，IC50 均大于500 μM，而在光照条件下， LD1-LD4均具有显著的A549 细胞毒性。
Claims (4)
1.一种手性双核Ir(Ⅲ)金属-有机双螺旋结构化合物，其特征在于，该化合物的结构式为：[M]+X-；
[M]+选自如下结构：
X-为阴离子，所述阴离子选自PF6 -、BF- 4、CF3SO- 4，阴离子X-所带负电荷数等于阳离子[M]+所带正电荷数。
2.根据权利要求1所述的一种双核Ir(Ⅲ)金属-有机手性双螺旋结构化合物的制备方法，其特征在于：所述化合物通过手性Ir(Ⅲ)配合物构筑模块L1与手性二胺D1或者手性Ir(Ⅲ)配合物构筑模块L2与手性二胺D2反应得到；
所述手性Ir(Ⅲ)配合物构筑模块L1选自如下结构：
所述手性Ir(Ⅲ)配合物构筑模块L2选自如下结构：
其中，X-的定义同结构式中的定义；
所述手性二胺D1为1R,2R-环己二胺；
所述手性二胺D2为1S,2S-环己二胺。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将L1与D1或者L2与D2按照1:1.2～2.5的摩尔比投料，加入体积比为1:1.5～2.5的乙腈和甲苯混合溶液中，加入对甲苯磺酸，在100℃～120℃条件下反应12～24h，反应液冷却至室温，除去溶剂，得黄色固体；
2)将步骤1得到的黄色固体重新使用体积比为1:3～5的甲醇和二氯甲烷混合溶剂溶解、乙醚扩散，结晶得到所述的化合物。
4.根据权利要求1所述的一种手性双核Ir(Ⅲ)金属-有机双螺旋结构化合物在制备光动力治疗药物中的应用。
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