CN116023282B

CN116023282B - 一种共价有机框架材料及其配体和它在药物传递中的应用

Info

Publication number: CN116023282B
Application number: CN202310322819.9A
Authority: CN
Inventors: 赵礼义; 李衍初; 许名飞
Original assignee: Jilin Zhuo Cai Xin Yan Technology Co ltd
Current assignee: Jilin Zhuo Cai Xin Yan Technology Co ltd
Priority date: 2023-03-30
Filing date: 2023-03-30
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2043-03-30
Also published as: CN116023282A

Abstract

一种共价有机框架材料及其配体和它在药物传递中的应用。本发明属于生物医药材料领域。本发明的共价有机框架材料COF‑ET40具有易制备、孔径可调、热稳定性较高的特点。在给药实验中，表现出高负载能力和高效的药物释放行为，成功证明了共价有机框架材料COF‑ET40在生物医学领域的应用前景。

Description

一种共价有机框架材料及其配体和它在药物传递中的应用

技术领域

本发明属于生物医药材料领域，具体涉及一种共价有机框架材料及其配体和它在药物传递中的应用。

背景技术

药物递送系统（Drug Delivery System，DDS）是指在空间、时间及剂量上全面调控药物在生物体内分布的技术体系。其目标是在恰当的时机将适量的药物递送到正确的位置，从而增加药物的利用效率，提高疗效，降低成本，减少毒副作用。药物递送系统是医学、工学（材料、机械、电子）及药学的融合学科，其研究对象既包括药物本身，也包括搭载药物的载体材料、装置，还包括对药物或载体等进行物理化学改性、修饰的相关技术。通常是指给药后能在机体内缓慢释放药物，使血液中或特定部位的药物浓度能够在较长时间内维持在有效浓度范围内，从而减少给药次数，并降低产生毒副作用的风险。

随着纳米技术和纳米医学的迅速发展，人们致力于构建纳米药物控释和靶向传递系统，提高药物的缓释性能、药物靶向性、疗效，减少药物的毒副作用。目前，许多具有特殊功能的新材料被研究应用于药物传递。例如，多肽与聚多肽材料、多孔硅和聚乳酸复合材料、仿生壳聚糖泡沫材料等。其中，基于介孔材料的药物递呈系统是目前研究最多的一类药物传递载体系统，极具发展前景。

共价有机框架材料（Covalent-Organic Frameworks, COF）是一类新型的多孔有机材料，具有明确的结构、高比表面积、结构可调性强以及成本低廉等多种优势，被广泛应用于气体分离、质子传输、催化以及光电材料领域。同时，由于共价有机框架材料具有明确的孔隙孔径和良好的热稳定性，因此也被认为是药物传递中最具潜力的材料。而如何获得兼具高载药能力和高效药物释放行为的共价有机框架材料一直是本领域研究的重点和攻克的难题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种使共价有机框架材料兼具高载药能力和高效药物释放行为的配体、基于该配体的共价有机框架材料，以及该共价有机框架材料在药物传递中的应用。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：

本发明的目的之一是提供一种共价有机框架材料配体，所述配体具有以下结构：

。

本发明的目的之二在于提供一种上述配体的制备方法，所述配体的制备方法按以下步骤进行：

S1：在微波反应瓶中依次加入2-氨基-5-氯-4-氟苯酚、四羟基二硼、乙酸钾、X-Phos Pd G2（氯(2-二环己基膦基-2',4',6'-三异丙基-1,1'-联苯基)[2-(2'-氨基-1,1'-联苯)]钯(II)）、X-Phos（2-双环己基膦-2',4',6'-三异丙基联苯），于惰性气氛下加入乙醇并于80℃下反应，采用气相色谱法监测直到原料反应完全，反应结束后进行过滤，洗涤，浓缩，萃取，合并有机相后洗涤，干燥，浓缩，得到中间体；

S2：向容器中依次加入四氢呋喃/甲苯混合溶剂、四溴四苯甲烷、S1得到的中间体、氢氧化钠，搅拌均匀后加入双三苯基磷二氯化钯，在氮气保护下，于100℃反应36小时，反应结束后旋干溶剂，将粗产物溶解在甲醇中，过滤后甲苯重结晶，再真空干燥，得到配体。

进一步限定，S1中2-氨基-5-氯-4-氟苯酚、四羟基二硼、乙酸钾、X-Phos Pd G2与X-Phos的摩尔比为1：3：3：0.005：0.01。

进一步限定，S2中四溴四苯甲烷、S1得到的中间体、氢氧化钠与双三苯基磷二氯化钯的摩尔比为1：4：15：0.05。

进一步限定，S2中四氢呋喃/甲苯混合溶剂的体积与四溴四苯甲烷摩尔量的比为14mL：0.5mmol，其中所述四氢呋喃/甲苯混合溶剂中四氢呋喃与甲苯的体积比为1:1。

本发明的目的之三在于提供一种基于上述配体的共价有机框架材料，所述共价有机框架材料具有如下结构单元：

。

本发明的目的之四在于提供一种上述共价有机框架材料的制备方法，所述制备方法按以下步骤进行：

把均苯四甲酸二酐、上述配体、均三甲苯、N-甲基吡咯烷酮、异喹啉加入容器中，在77 K下快速冷冻，然后抽真空并密封，随后在160℃下加热5天，过滤、洗涤后浸入无水四氢呋喃8 h，每隔2 h更换一次溶剂，最后在85℃的真空中去除溶剂，得到共价有机框架材料。

进一步限定，均苯四甲酸二酐与配体的摩尔比为1：10。

进一步限定，配体的摩尔量与均三甲苯、N-甲基吡咯烷酮、异喹啉的体积的比为0.2mmol：1mL：0.2mL：0.02mL。

本发明的目的之五在于提供一种上述共价有机框架材料的应用，所述共价有机框架材料作为药物载体用于药物传递。

本发明与现有技术相比具有的显著效果：

本发明所制备的新型共价有机框架材料COF-ET40，在给药实验中，共价有机框架材料COF-ET40作为载体载药，表现出高负载能力和高效的药物释放行为，具体优点如下：

（1）本发明中所涉及到的共价有机框架材料COF-ET40具有易制备、孔径可调、热稳定性较高的特点；

（2）在给药实验中，表现出高负载能力和高效的药物释放行为，成功证明了共价有机框架材料COF-ET40在生物医学领域的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例的共价有机框架材料的制备路线图；

图2为本发明实施例得到的共价有机框架材料COF-ET40的红外表征；

图3为本发明实施例得到的共价有机框架材料COF-ET40的N₂吸附曲线；

图4为本发明实施例得到的共价有机框架材料COF-ET40的药物负载曲线；

图5是为本发明实施例得到的共价有机框架材料COF-ET40的药物释放曲线。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。

下述实施例中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

本发明所述“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

下述实施例中所用2-氨基-5-氯-4-氟苯酚（CAS：1191063-34-9）、四溴四苯甲烷（CAS：105309-59-9）、均苯四甲酸二酐（CAS：89-32-7）均从上海皓鸿生物医药科技有限公司直接采购获得。X-Phos Pd G2中文名称：氯(2-二环己基膦基-2',4',6'-三异丙基-1,1'-联苯基)[2-(2'-氨基-1,1'-联苯)]钯(II)、X-Phos中文名称：2-双环己基膦-2',4',6'-三异丙基联苯。

实施例：

共价有机框架材料COF-ET40的合成路线如说明书附图1所示。

具体的制备方法按以下步骤进行：

第一步、中间体的合成：

在微波反应瓶中依次加入2-氨基-5-氯-4-氟苯酚（0.2克, 1.5毫摩尔）、四羟基二硼（332.94毫克, 4.5毫摩尔）、乙酸钾（364.47毫克, 4.5毫摩尔）、X-Phos Pd G2（7.29毫克, 7.5微摩尔）、X-Phos（8.85毫克, 15微摩尔）之后密封，重复抽真空并充入氩气四次。随后通过注射器加入15毫升乙醇，将反应体系加热至80℃进行反应，采用气相色谱法监测直到原料反应完全。反应结束后，将反应体系冷却至室温，过滤，滤饼用乙酸乙酯冲洗，母液浓缩。之后将粗产物用乙酸乙酯和水的混合物萃取三次，每次20毫升（乙酸乙酯：水/v：v=1:1），合并有机相，有机相用20毫升盐水洗涤、硫酸钠干燥、浓缩，得到中间体。

核磁表征结果：

氢谱：¹H NMR (400 MHz, CDCl₃):δ7.84 (s, 1 H), 7.76 (s, 1 H), 7.54 (s, 2H),6.68 (s, 1 H), 4.13 (s, 2 H).

碳谱：¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃)δ157.47, 142.70, 140.69, 128.08, 127.44,107.57.

质谱表征结果：

ESI（m/z）：[M+H]^＋calcd. for C₆H₇BFNO₃, 171.05；found, 171.89

元素分析测试结果：Calcd. for C₆H₇BFNO₃C, 42.16; H, 4.13; N, 8.19; O,28.08. Found: C, 42.25; H, 4.07; N, 8.54; O, 27.82.

根据以上分析数据可知，获得的中间体结构为：

。

第二步、配体的合成：

向50毫升三口瓶中依次加入14毫升四氢呋喃和甲苯（体积比=1:1）的混合溶剂、四溴四苯甲烷（0.31克，0.5毫摩尔）、第一步得到的中间体（1.60克，2.0毫摩尔）、氢氧化钠（0.29克，7.5毫摩尔），搅拌均匀后加入双三苯基磷二氯化钯（0.17克，0.25毫摩尔），随后立即氮气置换3次，在氮气保护下，于100℃反应36小时。反应结束后，旋干溶剂，将粗产物溶解在甲醇中，用布氏漏斗过滤、甲苯重结晶，随后在80℃真空下干燥10小时得产物0.14克，即为配体，收率为36%。

核磁表征结果：

氢谱：¹H NMR (400 MHz, DMSO):δ8.17 (s, 4 H), 7.73 (m, 8 H), 7.35 (s, 4H), 7.32 (m, 8 H), 6.87 (s, 4 H), 4.05 (s, 8 H).

碳谱：¹³C NMR (100 MHz, DMSO)δ159.12, 148.78, 146.04, 140.08, 136.55,131.43, 130.72, 127.91, 116.27, 110.04, 66.17.

质谱表征结果：

ESI（m/z）：[M+H]^＋calcd. for C₄₉H₃₆F₄N₄O₄, 820.27；found, 821.26.

元素分析测试结果：Calcd. for C₄₉H₃₆F₄N₄O₄C, 71.70; H, 4.42; N, 6.83; O,7.80. Found: C, 71.58; H, 4.37; N, 6.91; O, 7.75.

根据以上分析数据可知，获得的配体结构为：

。

第三步、共价有机框架材料COF-ET40的制备：

把均苯四甲酸二酐（43.6毫克，0.02毫摩尔）、第二步得到的配体（38.1毫克，0.2毫摩尔）、1毫升均三甲苯、0.2毫升N-甲基吡咯烷酮、0.02毫升异喹啉加入到Pyrex管（外直径×内直径=10×8平方毫米）中，Pyrex管在77 K下快速冷冻，抽真空到0.15毫米汞柱，并进行火焰密封。密封后，Pyrex管的长度减少到13厘米。反应混合物在160℃下加热5天，得到棕色沉淀，过滤，并用20毫升无水四氢呋喃洗涤。洗涤后将产物浸入20毫升无水四氢呋喃8小时，每隔2小时更换一次溶剂，每次20毫升。随后在85℃的真空中去除溶剂，得到棕色粉末，即为共价有机框架材料COF-ET40。

元素分析测试结果：Calcd. for C₆₉H₃₂F₄N₄O₁₂C, 69.94; H, 2.72; N, 4.73; O,16.20. Found: C, 69.89; H, 2.85; N, 4.66; O, 16.81.

质谱表征结果：

ESI（m/z）：[M+H]^＋Calcd. for C₆₉H₃₂F₄N₄O₁₂, 1184.20；found, 1185.09.

根据以上分析数据可知，获得的共价有机框架材料COF-ET40结构为：

。

对本发明实施例得到的共价有机框架材料COF-ET40进行红外表征：

测试仪器为NEXUS 470型傅立叶变换红外光谱仪， KBr压片，测试结果如说明书附图2所示。由说明书附图2可知，在共价有机框架材料COF-ET40中，配体原有的N-H（3396、3157 cm^-1）消失、出现了新的键连C-N-C（1353 cm^-1），这也证明了分子COF-ET40的构建成功。

应用例：

将本发明实施例得到的共价有机框架材料COF-ET40作为药物载体用于药物传递，以布洛芬（IBU）作为模型药物（IBU是一种众所周知的非甾体抗炎药物，被广泛用于治疗炎症、疼痛和风湿病。然而，该药物具有较短的半衰期（2小时），这也是使其成为持续或控制药物传递的候选药物），将IBU载入共价有机框架材料COF-ET40的方法如下：

将250毫克COF-ET40溶解在10毫升0.1摩尔的IBU正己烷溶液中，搅拌2小时。反应结束后，过滤，滤饼用正己烷洗涤三次，每次5毫升，室温干燥，得到载有IBU的共价有机框架材料COF-ET40。

对共价有机框架材料COF-ET40负载药物前后分别进行N₂吸附测试，选择测试温度为77 K，测试结果如说明书附图3所示。测试结果显示。负载药物后的共价有机框架材料COF-ET40对N₂的吸附能力明显下降，这说明药物在共价有机框架材料COF-ET40上成功占据内孔，从而降低了N₂的吸附能力，这也证实了药物在共价有机框架材料COF-ET40内的成功负载。

进一步测定了COF-ET40的药物负载实验，测试结果如说明书附图4所示，从图中可以看出，得益于COF-ET40高的孔隙率和发达的孔道结构，IBU的负载量在0.8小时即达到了712.22µg·mg^-1，表明其具有较高的负载效率。

从共价有机框架材料COF-ET40中释放IBU的方法如下：

将载药后的COF-ET40放入瓶中，37℃下浸泡在2毫升模拟体液（SBF，pH=7.4，Fisher化学公司的标准缓冲溶液）中。在24小时后，用2毫升新鲜的SBF代替之前的溶液，然后采用紫外-可见分光光度法测定替换下来SBF中的药物浓度。释放持续进行到更换下来的SBF中未检测到IBU。

药物释放曲线如说明书附图5所示。由说明书附图5可知，对于负载IBU的共价有机框架材料COF-ET40，表现出良好的释放性能，并且大部分负载的IBU在4天以后被释放，总释放量可以达到最初负载IBU的97%。这可以说明，共价有机框架材料具有较好的释放性能。因此，共价有机框架材料能够作为载体来递送和释放负载的药物。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种共价有机框架材料配体，其特征在于，所述配体具有以下结构：

2.基于权利要求1所述的配体的共价有机框架材料，其特征在于，所述共价有机框架材料具有如下结构单元：

3.权利要求2所述的共价有机框架材料的应用，其特征在于，它作为药物IBU的载体应用。