CN114671780B - 一种基于柱芳烃的共价有机聚合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于柱芳烃的共价有机聚合物及其应用,本发明以乙氧基柱[5]芳烃为原料通过多步有机合成反应将其中一个苯环单元上的两个乙氧基替换为苯氨基,合成了具有刚性支柱的偶联柱[5]芳烃P5NH2,并利用该柱芳烃与聚集诱导发光基元B4CHO制备了共价有机聚合物P5COFs。P5COFs中存在两种空腔,柱芳烃的空腔可以络合靶向基团,共价有机聚合物(COFs)的空腔可以用来负载抗癌药物,在靶向分子的诱导下能有效地将负载的药物送入肿瘤细胞,同时聚集诱导发光基元B4CHO能够实时监测药物在体内的情况,实现诊疗一体化。

Description

一种基于柱芳烃的共价有机聚合物及其应用
技术领域
本发明属于生物医药技术领域,具体涉及一种基于柱芳烃的共价有机聚合物及其应用。
背景技术
共价有机聚合物(COFs)作为新兴的多孔功能性材料,由轻元素(H、C、N、O、B)组成,并通过可逆缩合反应以共价键连接。与通过配位键建立的金属有机骨架(MOF)相比,COF具有重量优势和更高的稳定性。此外,COFs还具有高孔隙率、巨大的比表面积和可设计的有序结构等特点。这些特性使得COFs在能量存储、气体吸附和分离、有机多相催化和化学/生物传感器等方面有着广泛的应用。在最近的几项研究中,纳米级COFs体系被证明是潜在的药物载体,已成功负载了布洛芬、5-氟尿嘧啶或卡托普利等化学药物。
大环化合物,例如环糊精、冠醚、杯芳烃、葫芦素和环烷,已经成为主体-客体化学中不可或缺的部分。柱芳烃是该领域中一类相对较新的大环化合物,其结构与杯芳烃类似,由亚甲基桥连接n个对苯二酚醚或对苯二酚单元的对位构成。自其被发现以来一直稳步发展,已在液晶、人工跨膜通道、纳米颗粒合成及感应中得到应用。当在COFs中引入柱芳烃后,COFs往往会因为柱芳烃优异的主客体化学性质和刚性疏水空腔而对环境条件的变化很敏感,包括pH、光、温度、压力、氧化还原条件、金属阳离子、阴离子、阳离子、溶剂等。因此,柱芳烃的引入可实现COFs更广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于柱芳烃的共价有机聚合物及其应用。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种基于柱芳烃的共价有机聚合物,所述基于柱芳烃的共价有机聚合物结构式如下式所示:
上述基于柱芳烃的共价有机聚合物在制备肿瘤诊疗试剂中的应用。
一种肿瘤诊疗试剂,包括上述基于柱芳烃的共价有机聚合物。
进一步地,还包括靶向基团和抗癌药物。
更进一步地,所述靶向基团为靶向基团BIO,所述抗癌药物为DOX。
本发明的有益效果:本发明以乙氧基柱[5]芳烃为原料通过多步有机合成反应将其中一个苯环单元上的两个乙氧基替换为苯氨基,合成了具有刚性支柱的偶联柱[5]芳烃P5NH2,并利用该柱芳烃与聚集诱导发光基元B4CHO制备了共价有机聚合物P5COFs。P5COFs中存在两种空腔,柱芳烃的空腔可以络合靶向分子5-(氨基维生素)戊胺(BIO),COFs的空腔可以负载抗癌药物盐酸阿霉素(DOX),在靶向分子BIO的诱导下能有效地将负载的药物送入肿瘤细胞,同时聚集诱导发光基元B4CHO能够实时监测药物在体内的情况,实现诊疗一体化。
附图说明
图1为P5NH2在CDCl3中的核磁共振氢谱;
图2为P5NH2在CDCl3中的核磁共振碳谱;
图3为P5NH2和B4CHO溶于DMSO与反应时间相关的核磁共振氢谱;
图4为实施例制备的P5COFs的SEM图;
图5为实施例制备的P5COFs的粒径分布图;
图6为实施例制备的P5COFs的TEM图;
图7为实施例制备的P5COFs的生物相容性数据图;
图8为实施例制备的P5COFs的抗肿瘤活性数据图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明,但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下,对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换,均属于本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法及未说明配方的试剂均为按照本领域常规条件。
实施例1
1、偶联氨基柱[5]芳烃P5NH2的制备
化合物1-1的合成:将4.45g乙氧基柱[5]芳烃(5.00mmol)溶于100mL二氯甲烷,再加入20mL浓度为0.25M硝酸铈铵水溶液,室温反应20min。反应结束后加入饱和NaHCO3水溶液萃取,有机层用无水Na2SO4干燥,旋转蒸发除去有机溶剂,柱层析(按照体积比为乙酸乙酯∶石油醚=1∶80)得到化合物1-1。
化合物1-2的合成:将1.00g化合物1-1(1.20mmol)溶于100mL二氯甲烷,再加入20mL浓度为0.15M的连二亚硫酸钠水溶液,室温反应4h。反应结束后加入饱和NaCl水溶液萃取,有机层用无水Na2SO4干燥,旋转蒸发除去有机溶剂,得到化合物1-2。
化合物1-3的合成:将1.00g化合物1-2(1.20mmol)溶于100mL二氯甲烷,再加入4mL吡啶和4mL三氟甲磺酸酐,30℃反应12h。反应结束后旋转蒸发除去有机溶剂,柱层析(按照体积比为乙酸乙酯∶石油醚=1∶50)得到化合物1-3。
化合物P5NH2的合成:将1.10g化合物1-3(1.00mmol)、0.76g的4-氨基苯硼酸(5.55mmol)和0.18g的Pd(PPh3)4(0.16mmol)加入到50mL THF中,再加入30mL浓度为0.20M的K2CO3水溶液,80℃反应24h。反应结束后用水和盐水洗涤,有机层用无水Na2SO4干燥,旋转蒸发除去有机溶剂,柱层析(按照体积比为乙酸乙酯∶石油醚=1∶30)得到化合物P5NH2
如图1所示为P5NH2在CDCl3中的核磁共振氢谱,表明该物质所含氢原子数与种类符合预期。
如图2所示为P5NH2在CDCl3中的核磁共振碳谱,表明该物质所含碳原子数与种类符合预期。
2、发光基元B4CHO的制备
将3.2g化合物1(5mmol)、3.35g的4-甲酰基苯硼酸(22.5mmol)、8.29g碳酸钾(60mmol)和285mg的Pd(PPh3)4(0.25mmol)溶于110mL甲苯/水/乙醇的混合溶剂中(甲苯、水与乙醇的体积比为10:1:1)氮气保护下100℃反应72h,冷却至室温后将混合物浓缩,然后用DCM萃取后柱层析(正己烷:DCM=1:1),得到B4CHO。
3、基于柱芳烃的COF材料制备
在10mL玻璃瓶中称3mg的B4CHO(0.004mmol),7.9mg偶联氨基柱[5]芳烃P5NH2(0.008mmol),溶于1mL DMSO(二甲基亚砜)中,在烘箱中120℃加热12h,反应结束后离心去上清液,取固体烘干得基于柱芳烃的共价有机聚合物材料,命名为P5COFs,具有如下式的结构:
如图3所示为P5NH2和B4CHO溶于DMSO随反应时间延长的核磁共振氢谱,当反应时间为0h时,醛基和氨基的峰较明显,随着反应时间的延长,醛基和氨基逐渐反应,醛基的峰慢慢变小,直到反应时间为10h时醛基的峰消失,证明反应的完成。
基于柱芳烃的COF材料P5COFs的表征:
如图4所示为制得的P5COFs的扫描电镜(SEM)图,由图中可以得到P5COFs产物直径为300nm左右,这同时可以根据图5中的粒径分布图可以得到,大部分产物粒径在303.3nm。
如图6所示为制得的P5COFs的透射电镜(TEM)图,表明制备的P5COFs是粒径在300nm左右的球形。
基于柱芳烃的COF材料P5COFs生物相容性效果测试:
通过将P5COFs、BIO、DOX分散在去离子水中并搅拌24小时可让P5COFs负载DOX并与5-(氨基维生素)戊胺络合,12小时后离心去上清液,将固体真空干燥。并用Hela细胞进行生物相容性实验测试。将COFs分散于培养基(高糖DMEM基液+10%牛血清+5%青霉素)内配成不同浓度的溶液后对细胞进行培养,进而观察细胞在不同浓度下的存活率。
图7中显示了纯COFs和络合了靶向分子的COFs调配不同浓度的培养基在分别培养细胞24小时和48小时的情况下细胞的存活率,可以看到随着浓度的增大细胞的存活率在逐渐的降低,但即使在最大浓度的情况下细胞的存活率依然在80%以上,由此说明该材料属于低毒性材料。
图8为络合BIO和负载DOX后的COFs与纯DOX分别进行的细胞活性研究MTT图,其显示了纯DOX和络合了靶向分子以及DOX的COFs调配不同浓度的培养基在分别培养细胞24小时和48小时的情况下细胞的存活率,可以看到随着药物浓度的增大细胞的存活率在逐渐的降低,同时络合靶向分子并负载了DOX的COFs可以有效的治疗肿瘤HeLa细胞,在最大浓度下,它对细胞的治疗效果优于纯DOX的对照组和只负载了DOX的COFs的对照组。
首先,COFs以及络合靶向分子以后的COF-Bio显示了很好的生物相容性,而进一步负载DOX分子后,相对于纯DOX,本发明的材料显示了更高的肿瘤细胞杀伤性。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于柱芳烃的COF材料,其结构式如下式所示:
2.权利要求1所述基于柱芳烃的COF材料在制备肿瘤诊疗试剂中的应用。
3.一种肿瘤诊疗试剂,其特征在于:包括权利要求1所述基于柱芳烃的COF材料。
4.根据权利要求3所述的肿瘤诊疗试剂,其特征在于:还包括靶向基团和抗癌药物。
5.根据权利要求4所述的肿瘤诊疗试剂,其特征在于:所述靶向基团为5-(氨基维生素)戊胺,所述抗癌药物为盐酸阿霉素。
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