CN103073553B

CN103073553B - 水溶性萘菁基化合物、制备方法及作为光敏剂的应用

Info

Publication number: CN103073553B
Application number: CN201310030127.3A
Authority: CN
Inventors: 刘伟; 栾立强; 刘久荣; 丁兰兰; 施佳伟
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: CN103073553A

Abstract

本发明涉及水溶性萘菁基化合物、制备方法及作为光敏剂的应用。所示化合物具有式（I）的结构，是一种羧酸基修饰的水溶性萘菁金属配合物，具有良好的单线态氧发生率，低的细胞避光毒性和优异的光照下的光毒性，可作为近红外PDT光敏剂应用。本发明还提供所述化合物的制备方法，工艺简单，适用范围广。

Description

水溶性萘菁基化合物、制备方法及作为光敏剂的应用

技术领域

本发明涉及水溶性萘菁基化合物、制备方法及作为光敏剂的应用。

背景技术

光动力治疗（photodynamic therapy,PDT）是近几十年来发展起来的一种癌症治疗技术。该技术利用光激发癌细胞内部的光敏剂分子（photosensitizer,PS）产生高细胞毒性的单线态氧从而在细胞内部杀死癌细胞，而使正常组织免受伤害。它与手术、化疗和放疗等三大传统的治疗肿瘤手段相比，具有许多优点和特点。自上世纪70年代进入临床研究以来，PDT在恶性肿瘤的治疗中取得了令人瞩目的成就，已成为肿瘤防治研究中的一个十分活跃的领域。很多国家都开展了肿瘤PDT的研究，并使成千上万的癌症患者受惠于这一疗法。已知的PDT的光敏剂包括血卟啉衍生物（HpD）、卟啉、二氢卟酚、酞菁。CN101056642A(CN200580028184.1)公开了疏水性光敏剂(PS)的低浓度制剂以及用于光动力治疗(PDT)的改进方法。用于过度增生组织的光动力疗法的低浓度光敏剂制剂，包括间四-羟基-苯基二氢卟酚和醇赋形剂混合物，所述醇赋形剂混合物是3∶2体积比的丙二醇和乙醇混合物，其中所述间四-羟基-苯基二氢卟酚以0.8mg/ml的浓度存在。

作为PDT的光敏剂，卟啉及其衍生物一直以来发挥着领衔的作用。美国食品和医药管理局（FDA）唯一批准临床应用于肿瘤治疗的PDT光敏剂Photofrin,就是一种卟啉衍生物。目前为止，Photofrin已经广泛应用于治疗各种恶性肿瘤并取得了很大成功。但是，Photofrin却是一种血卟啉衍生物的混合物，其不仅结果成分复杂，而且最大吸收处于630nm使得其组织穿透能力低，从而不利于深层和较大的肿瘤的治疗。并且Photofrin在体内代谢慢，病人往往需要将近一个月的避光周期才能彻底消除皮肤光敏反应对人体的伤害，需要加以改进。CN1311186A(CN00111734.3)提供了由四种卟啉组成的次卟啉衍生物钠冻干制剂，各成分含量比稳定,作为一种肿瘤光动力治疗药物,其实验疗效优于目前临床使用的光动力治癌药物血卟啉衍生物(HpD)且毒性低。

近来关于新型的第二代光敏剂--近红外光敏剂的研发已成为光动力治疗领域的研究热点和迫切需求，近红外光敏剂可使吸收红移到最佳的治疗窗口（700-900nm）。萘菁类配合物是新的第二代光敏剂中的佼佼者。萘菁由于其在长波有很强的吸收（750-900nm），最大吸收相对于卟啉显著红移，在红光和近红外区吸收系数较Photofrin高出10-50倍，在该波段人体的透过率高，利用这一优点，可使PDT治疗深处和大个肿瘤。另外，萘菁是一种卟啉的合成衍生物，属于酞菁的同系物。由于酞菁类化合物的理化性质稳定，而且在体内的动力学作用比Photofrin快得多，经注射后1-3h内在肿瘤组织中达到最大值，并在24h内从体内清除干净，所以皮肤光敏反应只是短暂的。因此，萘菁类光敏剂具有卟啉类光敏剂不可比拟的优势，是最具有应用前景的近红外光敏剂之一。但是，由于萘菁类配合物的合成工艺较复杂和溶解性差等特点，限制了人们对该类化合物的应用。因此，关于萘菁光敏剂的报道还十分少见。尤其是对于水溶性的萘菁光敏剂的研究，迄今未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种水溶性萘菁基化合物、制备方法及作为光敏剂的应用。

本发明的技术方案如下：

一种如式（I）所示的水溶性萘菁基化合物：

式中，R表示-H或-Br；M代表金属离子，M=Zn²⁺,Ni²⁺,Mg²⁺,Pd²⁺,Al³⁺或Cu²⁺。

所述M进一步优选为Zn²⁺。

根据本发明，所述的水溶性萘菁基化合物是一种羧酸基修饰的水溶性萘菁金属配合物。具有良好的单线态氧发生率，低的细胞避光毒性和优异的光照下的光毒性。

根据本发明，所述的水溶性萘菁基化合物的制备方法，包括步骤如下：

（1）以6-溴-2,3-萘二腈或6,7-二溴-2,3-萘二腈为起始原料，在碱性条件下于N，N-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中，与4-羟基苯甲酸甲酯反应，制备6-[(4-甲酸甲酯）苯氧基]-2,3-萘二腈或6-溴-7-[(4-甲酸甲酯）苯氧基]-2,3-萘二腈；反应温度80-130℃，搅拌反应18-20h。

（2）将步骤（1）的6-[(4-甲酸甲酯）苯氧基]-2,3-萘二腈或6-溴-7-[(4-甲酸甲酯）苯氧基]-2,3-萘二腈作为反应物，在直链醇R₁OH溶剂中与金属盐反应，金属盐为M的氯化盐、醋酸盐或硫酸盐，催化剂为1,8-二氮杂二环-双环(5,4,0)-7-十一烯（DBU），氮气保护下，在150-200℃温度下搅拌反应1-3h，制备如下式（II）的金属四苯酯基取代萘菁配合物，

R表示-H或-Br，R₁表示-C_nH_2n+1(n=5,6,7或8)，M为Zn²⁺,Ni²⁺,Mg²⁺,Pd²⁺,Al³⁺或Cu²⁺；

（3）将步骤（2）的产物，溶于四氢呋喃（THF）中，然后滴加到水/甲醇的NaOH饱和溶液中，升温至40-45℃，搅拌反应15-30h；减压下除去有机溶剂，然后用HCl溶液中和至pH=3，所得沉淀过滤、洗涤，真空干燥得固体产品，即为式（I）的水溶性萘菁基化合物。

根据本发明的方法，优选的，步骤（1）中6-溴-2,3-萘二腈或6,7-二溴-2,3-萘二腈与4-羟基苯甲酸甲酯的摩尔比为1:2～5。

根据本发明的方法，步骤（1）中的碱性条件是加入K₂CO₃。每毫摩尔反应物6-溴-2,3-萘二腈或6,7-二溴-2,3-萘二腈，K₂CO₃用量为3-10mmol。

根据本发明的方法，优选的，步骤（1）中，每毫摩尔反应物6-溴-2,3-萘二腈或6,7-二溴-2,3-萘二腈，N，N-二甲基甲酰胺（DMF）用量为10-30mL。

根据本发明的方法，优选的，步骤（2）中，反应物6-[(4-甲酸甲酯）苯氧基]-2,3-萘二腈或6-溴-7-[(4-甲酸甲酯）苯氧基]-2,3-萘二腈与金属盐的投料摩尔比为1：0.25～2。

根据本发明的方法，优选的，步骤（2）中，R₁OH溶剂为正戊醇、正庚醇或正辛醇。

根据本发明的方法，优选的，步骤（2）中，每毫摩尔6-[(4-甲酸甲酯）苯氧基]-2,3-萘二腈或6-溴-7-[(4-甲酸甲酯）苯氧基]-2,3-萘二腈：催化剂的用量为0.2-0.8mL，R₁OH溶剂的用量为5-15mL。

根据本发明的方法，优选的，步骤（3）中，水/甲醇的体积比为水：甲醇=1:5-10。

根据本发明的方法，优选的，步骤（3）中，每毫摩尔四苯酯基取代萘菁配合物，四氢呋喃（THF）的用量为15-60mL,水/甲醇的NaOH饱和溶液用量为500-1000mL。

根据本发明的方法，优选的，步骤（3）中，HCl溶液的浓度为1-3M。

化合物的亲水性是决定其生物相容性和生物活性的重要因素，所以本发明的合成方法通过取代基的引入而增加萘菁的溶解性和亲水性。制备方法步骤简单，产物单一且易提纯。

本发明依据萘菁环上取代基的不同，以萘菁前置配体邻二氰基萘作为起始原料，6-溴-2,3-萘二腈或6,7-二溴-2,3-萘二腈，其结构式分别如下：

反应式如下：

（1）以6-溴-2,3-萘二腈（1a）为起始原料

或者，

（2）以6,7-二溴-2,3-萘二腈（1b）为起始原料

本发明所述的水溶性萘菁基化合物作为近红外吸收光动力治疗（PDT）光敏剂的应用。

本发明的优良效果：

1．作为近红外光动力治疗光敏剂。本发明的水溶性萘菁光敏剂在750-800nm间有强的吸收,此波段处于人体的最佳的治疗窗口（700-900nm）范围内,属于典型的近红外吸收光敏剂的范畴。所以,该类水溶性萘菁配合物将是最具应用潜力的近红外光动力治疗光敏剂之一。

2．本发明合成了亲水性萘菁。本发明的羧酸基取代萘菁不仅在常规溶剂中具有很好的溶解性，解决了萘菁类配合物的的溶解性差和分离提纯难的问题，而且由于羧酸基团的引入，使得其具有良好的亲水性质，从而增加了萘菁类光敏剂的生物相容性和生物活性。本发明的水溶性萘菁解决了疏水性萘菁的生物相容性差、配方困难的缺点。从而进一步避免了由于助溶剂的加入而造成的对人体的伤害：如肝肾毒性，特异性过敏反应和代谢缓慢的缺点。

3．产品高单线态氧产率。本发明的水溶性萘菁具有极高的单线态氧产率，其在有机溶剂中单线态氧产率可以达到0.66，而且其在癌症细胞的光毒性试验中表现出了良好的细胞杀死率，即光毒性。显示其作为近红外光敏剂的优势。

附图说明

图1是实施例1中所得四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌的红外光谱。

图2是实施例1中所得四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌的紫外可见吸收光谱。

图3是实施例2中所得四-溴-四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌的红外光谱。

图4是实施例2中所得四-溴-四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌的紫外可见吸收光谱。

图5是实施例1中所得四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌单线态氧产率测试，以DPBF为淬灭剂。

图6是实施例2中所得四-溴-四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌的单线态氧产率测试，以DPBF为淬灭剂。

具体实施方式

下面结合实施例、附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

（1）6-[(4-甲酸甲酯）苯氧基]-2,3-萘二腈（2a）制备

称取1g(3.9mmol)6-溴-2,3-萘二腈(1a)和2g（13mmol）4-羟基苯甲酸甲酯，以及6g K₂CO₃溶解在DMF（80mL）中，在130℃下搅拌反应20h。然后将混合液倒入到冰水中得棕色沉淀。过滤后，将固体溶解在氯仿中，以水反复洗涤三次。收集有机层并在减压下除去有机溶剂，粗品用硅胶柱色谱分离后得黄色固体，产率22%。¹H NMR(300MHz,CDCl₃),δ(ppm):3.94(S,3H,CH₃),7.14(d,2H,Ar-H,J=8.7),7.38(d,1H,Ar-H,J=2.4Hz),7.56(dd,1H,Ar-H,J₁=2.4Hz,J₂=9.0Hz),8.0(d,1H,Ar-H,J=9.0Hz),8.12(d,2H,Ar-H,J=8.7Hz),8.18(s,1H,Ar-H),8.33(s,1H,Ar-H).¹³C NMR(300MHz,CDCl₃)δ(ppm):52.25,108.96,111.14,114.03,115.69,115.84,119.39,124.29,126.87,129.80,131.09,132.14,134.67,134.75,135.57,158.54,159.15,166.17.MS(ESI)m/z 329.56；(M+H⁺)(理论计算值：329.32)。

（2）四[(4-甲酸庚酯）苯氧基]萘菁锌(3a)的制备

将3g（8mmol）6-[(4-甲酸甲酯）苯氧基]-2,3-萘二腈(2a)和二水合醋酸锌0.7g(3mmol)以及催化量的1,8-二氮杂二环-双环(5,4,0)-7-十一烯（DBU）溶解在正庚醇(50mL）中。氮气保护下，将反应混合物加热至190℃搅拌反应3h.将反应混合物冷却至室温并加入甲醇使产物析出，过滤出沉淀并以甲醇洗涤。粗品以硅胶色柱色谱分离得深绿色固体，产率28%。¹HNMR（THF-d8,300MHz,25℃,TMS,ppm）δ:=0.94(m,12H,CH₃),1.30-1.56(m,32H,CH₂),1.84-1.89(m,8H,CH₂),4.40(t,8H,J=6.4Hz,OCH₂),7.46(br,8H),7.55(br,4H),7.91(br,4H),8.26(br,8H),8.37(br,4H),9.14-9.23(m,8H).UV-Vis(DMF):λmax(nm)=762,726,680,344,389.MS(MALDI-TOF)m/z 1714.10；(M+H⁺)(理论计算值：1714.64)。

（3）四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌(4a)制备

称取0.1g四[(4-甲酸甲酯）苯氧基]萘菁锌(3a)溶解在THF(2mL)中，然后逐滴加入到水/甲醇（1:10）的NaOH饱和溶液中（50mL）。将反应混合物升温至45℃，搅拌反应16h。减压下除去反应混合物中的有机溶剂，然后以1M的HCl进行中和，直至pH=3。所得沉淀过滤并以清水进行洗涤，真空中干燥得深绿色固体，即四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌，产率98%。¹H NMR(THF-d8,400MHz,25℃,TMS,ppm)δ7.58(m,8H,Ar-H),7.66-7.69(br,4H,Ar-H),8.02(br,4H,Ar-H),8.38(m,8H,Ar-H),8.48-8.51(br,4H,Ar-H),9.23(br,4H,Ar-H),9.33(br,4H，Ar-H),10.95(br,4H，COOH).λmax(nm)=762,725,681,344,392.MS(MALDI-TOF)m/z 1321.82(m+)(理论计算值：1321.21)。

单线态氧产率测试：1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)是最常用的单线态氧捕获剂，其可以选择性的与单线态氧快速反应分解为1,2-联苯甲酰苯。用分光光度计测定DPBF在415nm的吸光度的减少量即可以测量单线态氧的含量。本实施例中选用DPBF为单线态氧捕获剂，将四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌和DBPF同时溶解在DMF中，并施以光照，通过测定不同光照时间下，DPBF在415nm处的吸收减少量从而可以计算出四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌在该条件下的单线态氧产率。计算得四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌单线态氧产率为0.66，高于标准物酞菁锌的单线态氧产率0.56，如图5所示。

实施例2：

（1）6-溴-7-[(4-甲酸甲酯）苯氧基]-2,3-萘二腈（2b）制备

称取1g(3.0mmol)6，7-二溴-2,3-萘二腈（2b）和1.7g（11mmol）4-羟基苯甲酸甲酯，以及10g K₂CO₃溶解在DMF（80mL）中，在85℃下搅拌反应20h.然后将混合液倒入到冰水中得棕色沉淀。过滤后，将固体溶解在氯仿中，以水反复洗涤三次。收集有机层并在减压下除去有机溶剂，粗品在甲醇中重结晶的白色固体，产率75%。¹H NMR(300MHz,CDCl₃,25℃,TMS):δ=3.95(s,3H,CH₃),7.13(s,1H,Ar-H),7.16(s,1H,Ar-H),7.30(s,1H,Ar-H),8.13(d,J=2.4Hz,2H,Ar-H),8.16(s,1H,Ar-H),8.26(s,1H,Ar-H),8.33ppm(s,1H,Ar-H);¹³C NMR(75MHz,CDCl₃,25℃,TMS):δ=52.30,110.14,111.36,114.92,115.41,115.46,119.18,120.29,127.28,130.30,132.26,133.29,133.98,134.40,134.64,155.45,158.86,166.07ppm;HRMS(ESI)m/z 424.0304.[M+NH₄]⁺(理论计算值424.0291)。

（2）四-溴-四[(4-甲酸庚酯）苯氧基]萘菁锌(3b)的制备

将3.3g（8mmol）6-溴-7-[(4-甲酸甲酯）苯氧基]-2,3-萘二腈(2b)和二水合醋酸锌0.7g(3mmol)以及催化量的1,8-二氮杂二环-双环(5,4,0)-7-十一烯（DBU）溶解在正庚醇(50mL）中。氮气保护下，将反应混合物加热至160℃搅拌反应1.5h.将反应混合物冷却至室温并加入甲醇使产物析出，过滤出沉淀并以甲醇洗涤。粗品以硅胶色柱色谱分离得深绿色固体，产率67%。¹H NMR(D8-THF,300MHz,25℃,TMS)δ=0.92(m,12H,CH3),1.29-1.55(m,32H,CH2),2.45(m,8H,CH2),4.40(m,8H,CH2),7.45(m,8H,Ar-H),7.90(t,J=10.8Hz,4H,Ar-H),8.26(m8H,Ar-H),8.70(t,J=11.0Hz,4H,Ar-H),9.08(m,8H,Ar-H).MS(MALDI-TOF)m/z2029.97;[M+](理论计算值：2029.28.)。

（3）四-溴-四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌(4b)制备

称取0.1g四[(4-甲酸甲酯）苯氧基]萘菁锌(3b)溶解在THF(3mL)中，然后逐滴加入到水/甲醇（1:10）的NaOH饱和溶液中（50mL）。将反应混合物升温至45℃，搅拌反应16h。减压下除去反应混合物中的有机溶剂，然后以1M的HCl进行中和，直至pH=3。所得沉淀过滤并以清水进行洗涤，真空中干燥得深绿色固体，即为四-溴-四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌，产率98%。¹H NMR(D₈-THF,400MHz，25℃,TMS)δ=7.43（br,8H,Ar-H）7.91(br,4H,Ar-H),8.27(br,8H,Ar-H)8.72(br,4H,Ar-H),9.12(br,8H,Ar-H)),10.81ppm(br,4H,-COOH);MS（MALDI-TOF）m/z 1636.96;[M⁺]:(理论计算值：1636.84.)

单线态氧产率测试：1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)是最常用的单线态氧捕获剂，其可以选择性的与单线态氧快速反应分解为1,2-联苯甲酰苯。用分光光度计测定DPBF在415nm的吸光度的减少量即可以测量单线态氧的含量。本实施例中选用DPBF为单线态氧捕获剂，将四-溴-四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌和DBPF同时溶解在DMF中，并施以光照，通过测定不同光照时间下，DPBF在415nm处的吸收减少量从而可以计算出四-溴-四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌在该条件下的单线态氧产率。计算得四-溴-四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁锌单线态氧产率为0.60，高于标准物酞菁锌的单线态氧产率0.56，如图6所示。

实施例3：中心离子为M_g ²⁺的萘菁配合物的合成

如实施例1所述，所不同的是，将步骤（2）中的二水合醋酸锌替换为等摩尔的四水合醋酸镁，获得所对应的四[(4-甲酸庚酯）苯氧基]萘菁镁。再用等摩尔的四[(4-甲酸庚酯）苯氧基]萘菁镁代替实施例1步骤（3）中的四[(4-甲酸庚酯）苯氧基]萘菁锌，所得产物为四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁镁。所得产物的结构，除萘菁中心的Zn替换为Mg外，其余结构与实施例1中所述的萘菁产物相同。

实施例4：中心离子为Ni²⁺的萘菁配合物的合成

如实施例2所述，所不同的是，将步骤（2）中的二水合醋酸锌替换为等摩尔的四水合醋酸镍，首先获得对应的四-溴-四[(4-甲酸庚酯）苯氧基]萘菁镍。再用等摩尔的四-溴-四[(4-甲酸庚酯）苯氧基]萘菁镍代替实施例2步骤（3）中的四-溴-四[(4-甲酸庚酯）苯氧基]萘菁锌，所得产物为四-溴-四[(4-甲酸）苯氧基]萘菁镍。所得产物的结构，除萘菁中心的Zn替换为Ni外，其余结构与实施例2中所述的萘菁产物相同。

Claims

1.一种如式（I）所示的水溶性萘菁基化合物在制备近红外吸收光动力治疗光敏剂方面的应用，

（I）

式中，R 表示-H或-Br； M 代表金属离子，所述的金属离子M=Zn²⁺, Ni²⁺, Mg²⁺, Pd²⁺, Al³⁺或Cu²⁺。