CN108715591B - 用作光敏剂的近红外吸收卟啉化合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种化合物,或其金属配合物,以式(I)所示。本发明所述的化合物可以用作卟啉光敏剂,以合成的四苯基卟啉为母体,通过还原加氢的方法来改变其吸收波长。此外,本发明所述化合物还通过引入聚乙二醇(PEG)和环糊精来改善卟啉化合物的亲水性。
Description
技术领域
本发明涉及生物医药领域,具体涉及一类用作光敏剂的近红外吸收卟啉化合物及其应用。
背景技术
癌症是影响人类健康的主要疾病之一,每年都有数百万人死于癌症。至今为止,化疗和放疗依然是除手术外最重要的治疗手段,但它们在杀伤肿瘤细胞的同时,对人体造成严重的毒副作用,而且药物的剂量限制性毒性导致药效更不明显。
近年来,光动力疗法(Photodynamic therapy,PDT)也逐渐成为临床诊断和治疗癌症的重要的手段之一。与治疗癌症的其它传统疗法(如手术、化疗和放疗等方法)相比,光动力疗法具有特定的选择性和对人体侵袭性小等不可替代的优点,使其已成为癌症治疗的新兴手段。
光动力疗法是利用光动力效应进行疾病诊断和治疗的一种新技术。其基本要素是光敏剂、氧和光源(常用激光)。它是采用适当波长的光源照射使组织吸收的光敏剂受到激发,而激发态的光敏剂又把能量传递给周围的氧,生成活性极强的活性氧(ROS)。活性氧可以破坏肿瘤细胞,并通过诱导肿瘤血管停滞,促使恶性肿瘤组织发生坏死,进而达到治疗肿瘤的目的。
由于光敏剂只会对特定类型和波长的光响应产生细胞毒性,因此,光动力疗法具有相对能够选择性地杀伤局部原发和复发的肿瘤细胞,对健康组织基本没有损害或损害较小,毒副反应少等特点,故对年老体弱,不能手术或需静脉化疗的患者尤为适宜,尤其是对于那些用传统治疗方法无效或危险的晚期肿瘤患者,光动力疗法不失为一种理想的方法。因此,光动力疗法的发展可能给未来的癌症治疗带来新的机遇。
在光动力治疗的过程中,光敏剂作为能量的载体、反应的桥梁在光动力疗法中至关重要的决定性因素。光敏剂的种类、毒性、敏化效率、以及它在靶部位的选择性定位和聚集,都对光动力疗法产生重要的影响。根据光疗本身的要求,理想的光敏剂药物应当具有以下特点: (1)在红光区(600—900nm)有强的吸收;(2)三重态量子产率高;(3)在氧的存在下,激发的三重态的光敏剂可通过光敏反应产生活性氧,尤其是单重态氧;(4)选择性高;(5) 毒性高而暗毒性低;(6)能从正常组织中快速清除等。
目前临床正在使用或处于研究阶段的光敏剂,包括卟啉类、酞菁类、富勒烯类、氟硼二吡咯类、酚噻嗪类、亚甲基蓝和金属氧化物类等。其中,卟啉及其衍生物因具有大π键共轭环、在可见光的红区有强吸收、光穿透能力较强、单重态氧的量子产率高等特点,具备了最好的PDT药物应具备的条件,是最早、最广泛地被应用于肿瘤治疗的光敏剂。
在过去研究和临床使用中,卟啉及其衍生物被广泛地用作光敏剂,用于临床诊断和治疗恶性肿瘤,尤其血卟啉和光敏素。卟啉类光敏剂不仅以其独特的生物活性存在于自然界,而且因其结构具有奇异的性能,与癌细胞有特殊的亲和力,在医学研究中可做为检测癌症的光敏剂和抗癌药物。随着人们对卟啉类物质研究的不断深入,以卟啉类光敏剂为核心的光动力疗法也逐渐成为继手术、放疗和化疗之外的第四种成熟的癌症治疗方法。近年来,随着人们对卟啉类物质研究的不断深入,利用卟啉独特的结构和性能为核心进行功能分子的设计、合成及应用的研究,受到了化学、生物学、医学等领域的广泛关注。
除氧外,激发光的组织穿透深度是光动力治疗的另一个关键参数。光动力治疗的可达深度依赖于激发光的穿透深度,它高度依赖于组织的吸收和散射特性。由于光的穿透深度在不同的组织中有很大的不同。相比之下的穿透深度和大多数组织中光的波长有关。
然而,在传统的光动力治疗中,光敏剂通常被短波长光所激发,因此,它的组织穿透能力较差,成为治疗深层肿瘤的致命弱点。
研究表明:当光动力疗法中光敏剂的光吸收在红外/近红外区时,它保证了在组织传播过程中更深层的渗透和更少的衰减,可有效增加光动力治疗更深层次的肿瘤,提高光动力治疗效果。更重要的是,由于其自身光强度低,对正常细胞和活生物体的光毒性也会降低。
然而,目前已知的卟啉类光敏剂仅在可见光的红区有强吸收。因此,设计与合成在红外/ 近红外区具有强吸收的卟啉类光敏剂以在治疗过程中增大光穿透组织的深度,是现今需要解决的问题。
发明内容
本发明的一个目的在于,提供一类可用作光敏剂的卟啉化合物,以合成的四苯基卟啉为母体,通过还原加氢的方法来改变其吸收波长。此外,本发明所述化合物还通过引入聚乙二醇(PEG)和环糊精来改善卟啉化合物的亲水性。
为解决上述问题,本发明提供一种化合物,或其金属配合物,以式(I)所示:
在本发明一实施例中,所述金属配合物以式(I-M)所示:
在本发明一实施例中,所述式(I)选自以下式(I-1)~(I-5)中的结构:
其中,Ra为-OH、-NH2;Rb为聚乙二醇链或β环糊精基团。
在本发明一实施例中,所述式(I-1)~(I-5)的化合物的金属配合物以式(I-1-M)~(I-5-M)所示:
其中,Ra为-OH、-NH2;Rb为聚乙二醇链或β环糊精基团;M为Zn,Mn,Fe或Pt。
在本发明一实施例中,所述可用作卟啉光敏剂的化合物以式(I-1)~(I-5)及式(I-1-M)~(I-5-M) 所示。
在本发明优选一实施例中,所述金属配合物以式(I-M-1)所示:
其中,Rb为聚乙二醇链或β环糊精基团。
在本发明一优选实施例中,所述用作卟啉光敏剂的化合物为化合物1~6,或其金属配合物M1~M6。
其中,n为48,M为Zn,Mn,Fe或Pt。并且优选地,所述M为Zn,n为48。
本发明还提供一种卟啉类光敏剂,所述卟啉类光敏剂以上述任意一种化合物或其金属配合物为有效成分;或者,所述卟啉类光敏剂即为上述任意一种化合物或其金属配合物;或者,所述卟啉类光敏剂包含上述任意一种化合物或其金属配合物。
实验表明,本发明获得的卟啉类光敏剂的吸收波长最大吸收波长均大于730nm,位于近红外区域,能进一步深度穿透生物组织。同时,本发明所述化合物合成工艺简单廉价,且具有容易功能化、毒副作用低、光毒性明显等特点。因此,本发明所述的卟啉类光敏剂在光动力治疗中有潜在的应用。
在本发明中,通过对卟啉环本身改性来改变,以四苯基卟啉为母体,通过还原加氢的方法来改变其吸收波长,使得获得的化合物具有较长的最大吸收波长、较高的单线态氧产率、光毒性明显和暗毒性低等特点。此外,在本发明中,在四苯基卟啉母体中引入聚乙二醇(PEG) 和环糊精,用以改善化合物的亲水性,使得获得的卟啉类光敏剂有望在光动力疗法中得到应用。
附图说明
图1为化合物1的紫外-可见光吸收光谱;
图2为化合物2的紫外-可见光吸收光谱;
图3为化合物3的紫外-可见光吸收光谱;
图4为化合物4的紫外-可见光吸收光谱;
图5为化合物5的紫外-可见光吸收光谱;
图6为化合物6的紫外-可见光吸收光谱;
图7为在光照条件下卟啉光敏剂1产生的1O2对捕获剂DPBF紫外-可见光吸收的影响;
图8为在光照条件下DPBF的紫外-可见光最大吸收值随光照时间的变化;
图9为MTT法测定的卟啉光敏剂5和卟啉光敏剂的细胞暗毒性;
图10为MTT法测定的卟啉光敏剂5和卟啉光敏剂的细胞光毒性。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例,证明本发明可以实施,所述实施例可以向本领域中的技术人员完整介绍本发明,使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现,本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在本发明实施例中,核磁共振氢谱(1HNMR)是在Bruker AV400Spectrophotometer上测得的,工作频率为400MHz,四甲基硅烷作为内标,样品溶解在氘代氯仿中。
实施例1.化合物1及卟啉光敏剂1
在本实施例中,提供化合物1,可作为卟啉光敏剂1。所述化合物1结构为
所述化合物1的合成路径为:
所述化合物1的具体制备方法包含以下步骤:
(1)苯甲醛与吡咯按摩尔比1:1的比例在丙酸中140℃回流反应4小时,冷却后加入甲醇结晶,经过滤,硅胶柱层析分离后得到5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP);
称取苯甲醛(10.6g,0.1mol)和200mL丙酸于500mL三口烧瓶中,在室温下搅拌溶解,然后接入冷凝管回流。然后在氮气保护下逐滴地加入新鲜的刚蒸馏过的吡咯(7mL,0.1mol)。再将反应混合物加热回流4h,然后冷却到室温。然后通过减压蒸馏浓缩丙酸,冷却后加入150mL甲醇,低温(-20℃)过夜,析出紫色固体,通过抽滤得到紫色粗产物,并用甲醇洗涤。最后使用氯仿/甲醇(95:5,v/v)作为洗脱液,通过硅胶柱层析提纯产物,产物即为 5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP),产率为25%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.88(m,8H, β-CH),8.21(m,8H,5,10,15,20-Ar-o-H),7.75(m,12H,10,15,20-Ar-m-and p-H),-2.77(s,2H, -NH-)。
(2)在氮气保护下,将无水碳酸钾以及步骤(1)中得到的5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP) 溶解于无水吡啶中。随后加入对甲苯磺酰肼,105℃回流避光反应24小时。反应结束后,再次在氮气保护下加入对甲苯磺酰肼,室温反应8小时后,加入乙酸乙酯和水回流1小时,待溶液冷却后有机相分别用2mol/L的盐酸、磷酸、水饱和碳酸氢钠溶液洗涤萃取,干燥后旋蒸除去溶剂,将得到的粗产物固体硅胶柱层析分离后,获得化合物1,即为本发明所述的近红外光吸收的卟啉光敏剂化合物1;
在氮气保护下,无水碳酸钾(1.1g,8mmol)以及步骤(1)中得到的5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP,0.5g,0.8mmol)溶解于40mL无水吡啶中。随后加入对甲苯磺酰肼(1.5g,8mmol),105℃回流避光反应24h。反应结束冷却后,再次在氮气保护下加入对甲苯磺酰肼(1.5 g,8mmol),室温反应8h后,加入乙酸乙酯/水(2:1,300mL)回流1h,待溶液冷却后有机相分别用2mol/L的盐酸、68%磷酸溶液、水、饱和碳酸氢钠溶液依次洗涤萃取3次,溶液经无水硫酸钠干燥后旋蒸除去溶剂。将得到的粗产物固体硅胶柱层析分离,使用二氯甲烷/正己烷 (1:1,v/v)作为洗脱液。真空干燥后得到化合物1,即为近红外光吸收的卟啉光敏剂化合物1,产率为65%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.52-8.02(m,4H,β-CH),7.88-7.69(m,8H,5, 10,15,20-Ar-o-H),7.65-7.52(m,12H,5,10,15,20-Ar-m-and p-H),4.13-3.96(m,8H,β-CH2), -1.38and-1.42(s,2H,-NH-)。
实施例2.化合物2及卟啉光敏剂2
在本实施例中,提供化合物2,可作为卟啉光敏剂2。所述化合物2结构为
所述化合物2的合成路径为:
所述化合物2的具体制备方法包含以下步骤:
(1)按照对羟基苯甲醛:苯甲醛:吡咯的摩尔比为1:3:4(即,对羟基苯甲醛:苯甲醛:吡咯=1:3:4)的比例,在丙酸中140℃回流反应4小时,冷却后加入甲醇结晶,经过滤,硅胶柱层析分离后得到5-(4-羟基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉(TPP-OH);
(2)在氮气保护下,将无水碳酸钾以及步骤(1)中得到的5-(4-羟基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉(TPP-OH)溶解于无水吡啶中。随后加入对甲苯磺酰肼,105℃回流避光反应24小时。反应结束后,再次在氮气保护下加入对甲苯磺酰肼,室温反应8小时后,加入乙酸乙酯和水回流1小时,待溶液冷却后有机相分别用2mol/L的盐酸、磷酸、水饱和碳酸氢钠溶液洗涤萃取,干燥后旋蒸除去溶剂,将得到的粗产物固体硅胶柱层析分离后,获得化合物2,即为本发明所述的近红外光吸收的卟啉光敏剂化合物2;
在氮气保护下,无水碳酸钾(1.1g,8mmol)以及步骤(1)中得到的5-(4-羟基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉(TPP-OH,0.8mmol)溶解于40mL无水吡啶中。随后加入对甲苯磺酰肼(1.5g,8mmol),105℃回流避光反应24h。反应结束冷却后,再次在氮气保护下加入对甲苯磺酰肼(1.5g,8mmol),室温反应8h后,加入乙酸乙酯/水(2:1,300mL)回流1h,待溶液冷却后有机相分别用2mol/L的盐酸、68%磷酸溶液、水、饱和碳酸氢钠溶液依次洗涤萃取3次,溶液经无水硫酸钠干燥后旋蒸除去溶剂。将得到的粗产物固体硅胶柱层析分离,使用二氯甲烷/正己烷(1:1,v/v)作为洗脱液。真空干燥后得到化合物2,即为近红外光吸收的卟啉光敏剂2,产率为70%。
实施例3.化合物3及卟啉光敏剂3
在本实施例中,提供化合物3,可作为卟啉光敏剂3。所述化合物3结构为
所述化合物3的合成路径为:
所述化合物3的具体制备方法包含以下步骤:
(1)苯甲醛与吡咯按摩尔比1:1的比例在丙酸中140℃回流反应4小时,冷却后加入甲醇结晶,经过滤,硅胶柱层析分离后得到5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP);
称取苯甲醛(10.6g,0.1mol)和200mL丙酸于500mL三口烧瓶中,在室温下搅拌溶解,然后接入冷凝管回流。然后在氮气保护下逐滴地加入新鲜的刚蒸馏过的吡咯(7mL,0.1mol)。再将反应混合物加热回流4h,然后冷却到室温。然后通过减压蒸馏浓缩丙酸,冷却后加入150mL甲醇,低温(-20℃)过夜,析出紫色固体,通过抽滤得到紫色粗产物,并用甲醇洗涤。最后使用氯仿/甲醇(95:5,v/v)作为洗脱液,通过硅胶柱层析提纯产物,产物即为 5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP),产率为25%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.88(m,8H, β-CH),8.21(m,8H,5,10,15,20-Ar-o-H),7.75(m,12H,10,15,20-Ar-m-and p-H),-2.77(s,2H, -NH-)。
(2)步骤(1)中得到的5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP)溶于三氟乙酸中,再加入亚硝酸钠室温反应5min后,加水淬灭反应。然后,分别用饱和碳酸氢钠溶液和饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,硅胶柱层析分离得到5,10-二(4-硝基苯基)-15,20-二苯基卟啉与5,15-二(4-硝基苯基)-10,20-二苯基卟啉的混合物;
称取步骤(1)中得到的5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP,0.8g,1.3mmol)于100mL圆底烧瓶中,加入50mL三氟乙酸室温搅拌15min使之充分溶解。随后称取亚硝酸钠(0.74g,10.6mmol)加入反应瓶中,混合搅拌反应6min。之后将反应液转移至150mL冰水中淬灭反应,并用二氯甲烷(3×100mL)萃取有机相,然后分别用饱和碳酸氢钠溶液和饱和氯化钠溶液各洗涤萃取有机相3次,经无水硫酸钠干燥后过滤,旋干溶剂后,将粗产物以二氯甲烷/石油醚(2:1,v/v)为洗脱剂通过硅胶柱纯化,得到5,10-二(4-硝基苯基)-15,20-二苯基卟啉与5,15-二(4-硝基苯基)-10,20-二苯基卟啉的混合物,真空干燥后得到紫色混合产物0.48g,产率为60%。
5,10-二(4-硝基苯基)-15,20-二苯基卟啉:1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.91(d,4H, β-CH),8.82(d,4H,β-CH),8.69(m,6H,15,20-Ar-m-and p-H),8.39(m,4H,15,20-Ar-o-H),8.12 (m,4H,5,10-Ar-o-H),7.70(m,4H,5,10-Ar-m-and p-H),-2.79(s,2H,-NH-)。
5,15-二(4-硝基苯基)-10,20-二苯基卟啉:1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.90(d,4H, β-CH),8.77(d,4H,β-CH),8.65(m,6H,15,20-Ar-m-and p-H),8.41(m,4H,15,20-Ar-o-H),8.20 (m,4H,5,10-Ar-o-H),7.81(m,4H,5,10-Ar-m-and p-H),-2.79(s,2H,-NH-)。
(3)在氩气保护下,将步骤(2)获得的5,10-二(4-硝基苯基)-15,20-二苯基卟啉与5, 15-二(4-硝基苯基)-10,20-二苯基卟啉的混合物加入浓盐酸搅拌30min后,加入氯化亚锡于 65℃反应2小时。反应结束冷却后加水淬灭反应,并加入氨水至溶液pH值等于8左右。然后,用饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,硅胶柱层析分离得到5,15-二 (4-氨基苯基)-10,20-二苯基卟啉(NH2-TPP-NH2);
称取步骤(2)获得的5,10-二(4-硝基苯基)-15,20-二苯基卟啉与5,15-二(4-硝基苯基)-10,20-二苯基卟啉(0.7g,1mmol)加入100mL Schlenk瓶中,在氩气保护下,取浓盐酸30mL加入瓶中搅拌20min,之后加入氯化亚锡(2.2g,10mmol)。气球保压,65℃反应2h。反应结束后将反应液转移至100mL冰水中淬灭反应,并加入氨水中和至pH值为8左右,以二氯甲烷为萃取剂,饱和氯化钠溶液萃取有机相,无水硫酸钠干燥后旋干溶剂,粗产物以二氯甲烷/丙酮(50/1:v/v)为洗脱剂,硅胶柱层析分离提纯,获得5,15-二(4-氨基苯基)-10,20-二苯基卟啉。产率22.1%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.89(d,4H,β-CH),8.82(d,4H, β-CH),8.21(m,4H,15,20-Ar-o-H),8.01(m,4H,5,10-Ar-o-H),7.79(m,6H,15,20-Ar-m-andp-H),7.06(m,4H,5,10-Ar-m-H),4.05(s,4H,-NH2),-2.78(s,2H,-NH-)。
(4)在氮气保护下,将无水碳酸钾以及步骤(3)中得到的5,15-二(4-氨基苯基)-10,20- 二苯基卟啉(NH2-TPP-NH2)溶解于无水吡啶中。随后加入对甲苯磺酰肼,105℃回流避光反应24小时。反应结束后,再次在氮气保护下加入对甲苯磺酰肼,室温反应8小时后,加入乙酸乙酯和水回流1小时,待溶液冷却后有机相分别用2mol/L的盐酸、磷酸、水饱和碳酸氢钠溶液洗涤萃取,干燥后旋蒸除去溶剂,将得到的粗产物固体硅胶柱层析分离后,获得化合物 3,即为本发明所述的近红外光吸收的卟啉光敏剂化合物3;
在氮气保护下,将无水碳酸钾(1.1g,8mmol)以及步骤(3)中得到的5,15-二(4-氨基苯基)-10,20-二苯基卟啉(0.51g,0.8mmol),溶解于40mL无水吡啶中。随后加入对甲苯磺酰肼(1.5g,8mmol),105℃回流避光反应24h。反应结束冷却后,再次在氮气保护下加入对甲苯磺酰肼(1.5g,8mmol),室温反应8h后,加入乙酸乙酯/水(2:1,300mL)回流1h,待溶液冷却后有机相分别用2mol/L的盐酸、68%磷酸溶液、水、饱和碳酸氢钠溶液依次洗涤萃取3次,溶液经无水硫酸钠干燥后旋蒸除去溶剂。将得到的粗产物固体硅胶柱层析分离,使用二氯甲烷/正己烷(2:1,v/v)作为洗脱液。真空干燥后得到化合物3,即为近红外光吸收的卟啉光敏剂化合物3。产率为75%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.66-8.08(m,4H, β-CH),8.11-7.92(m,4H,15,20-Ar-o-H),7.82-7.76(m,4H,5,10-Ar-o-H),7.67-7.51(m,6H,15, 20-Ar-m-and p-H),7.01-6.92(m,4H,5,10-Ar-m-H),4.24-4.06(m,8H,β-CH2),4.02(s,4H,-NH2), -1.38and-1.43(s,2H,-NH-)。
实施例4.化合物4及卟啉光敏剂4
在本实施例中,提供化合物4,可作为卟啉光敏剂4。所述化合物4结构为
所述化合物4的合成路径为:
所述化合物4的具体制备方法包含以下步骤:
(1)对羟基苯甲醛与吡咯按摩尔比1:1的比例在丙酸中140℃回流反应4小时,冷却后加入甲醇结晶,经过滤,硅胶柱层析分离后得到5,10,15,20-四羟基苯基卟啉(TPP-(OH)4);
(2)在氮气保护下,将无水碳酸钾以及步骤(1)中得到的5,10,15,20-四羟基苯基卟啉 (TPP-(OH)4)溶解于无水吡啶中。随后加入对甲苯磺酰肼,105℃回流避光反应24小时。反应结束后,再次在氮气保护下加入对甲苯磺酰肼,室温反应8小时后,加入乙酸乙酯和水回流1小时,待溶液冷却后有机相分别用2mol/L的盐酸、磷酸、水饱和碳酸氢钠溶液洗涤萃取,干燥后旋蒸除去溶剂,将得到的粗产物固体硅胶柱层析分离后,获得化合物4,即为本发明所述的近红外光吸收的卟啉光敏剂化合物4;
在氮气保护下,将无水碳酸钾(1.1g,8mmol)以及步骤(1)中得到的5,10,15,20-四羟基苯基卟啉(TPP-(OH)4,0.8mmol),溶解于40mL无水吡啶中。随后加入对甲苯磺酰肼(1.5g,8mmol),105℃回流避光反应24h。反应结束冷却后,再次在氮气保护下加入对甲苯磺酰肼(1.5g,8mmol),室温反应8h后,加入乙酸乙酯/水(2:1,300mL)回流1h,待溶液冷却后有机相分别用2mol/L的盐酸、68%磷酸溶液、水、饱和碳酸氢钠溶液依次洗涤萃取3次,溶液经无水硫酸钠干燥后旋蒸除去溶剂。将得到的粗产物固体硅胶柱层析分离,使用二氯甲烷/正己烷(2:1,v/v)作为洗脱液。真空干燥后得到化合物4,即为近红外光吸收的卟啉光敏剂化合物4。产率为65%。
实施例5.化合物5及卟啉光敏剂5
在本实施例中,提供化合物5,可作为卟啉光敏剂5。所述化合物5结构为
所述化合物5的合成路径为:
所述化合物5的具体制备方法包含以下步骤:
(1)苯甲醛与吡咯按摩尔比1:1的比例在丙酸中140℃回流反应4小时,冷却后加入甲醇结晶,经过滤,硅胶柱层析分离后得到5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP);
称取苯甲醛(10.6g,0.1mol)和200mL丙酸于500mL三口烧瓶中,在室温下搅拌溶解,然后接入冷凝管回流。然后在氮气保护下逐滴地加入新鲜的刚蒸馏过的吡咯(7mL,0.1mol)。再将反应混合物加热回流4h,然后冷却到室温。然后通过减压蒸馏浓缩丙酸,冷却后加入150mL甲醇,低温(-20℃)过夜,析出紫色固体,通过抽滤得到紫色粗产物,并用甲醇洗涤。最后使用氯仿/甲醇(95:5,v/v)作为洗脱液,通过硅胶柱层析提纯产物,产物即为 5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP),产率为25%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.88(m,8H, β-CH),8.21(m,8H,5,10,15,20-Ar-o-H),7.75(m,12H,10,15,20-Ar-m-and p-H),-2.77(s,2H, -NH-)。
(2)步骤(1)中得到的5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP)溶于三氟乙酸中,再加入亚硝酸钠室温反应5min后,加水淬灭反应。然后,分别用饱和碳酸氢钠溶液和饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,硅胶柱层析分离得到5,10-二(4-硝基苯基)-15,20-二苯基卟啉与5,15-二(4-硝基苯基)-10,20-二苯基卟啉的混合物;
称取步骤(1)中得到的5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP,0.8g,1.3mmol)于100mL圆底烧瓶中,加入50mL三氟乙酸室温搅拌15min使之充分溶解。随后称取亚硝酸钠(0.74g,10.6mmol)加入反应瓶中,混合搅拌反应6min。之后将反应液转移至150mL冰水中淬灭反应,并用二氯甲烷(3×100mL)萃取有机相,然后分别用饱和碳酸氢钠溶液和饱和氯化钠溶液各洗涤萃取有机相3次,经无水硫酸钠干燥后过滤,旋干溶剂后,将粗产物以二氯甲烷/石油醚(2:1,v/v)为洗脱剂通过硅胶柱纯化,得到5,10-二(4-硝基苯基)-15,20-二苯基卟啉与 5,15-二(4-硝基苯基)-10,20-二苯基卟啉的混合物,真空干燥后得到紫色混合产物0.48g,产率为60%。
5,10-二(4-硝基苯基)-15,20-二苯基卟啉:1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.91(d,4H, β-CH),8.82(d,4H,β-CH),8.69(m,6H,15,20-Ar-m-and p-H),8.39(m,4H,15,20-Ar-o-H),8.12 (m,4H,5,10-Ar-o-H),7.70(m,4H,5,10-Ar-m-and p-H),-2.79(s,2H,-NH-)。
5,15-二(4-硝基苯基)-10,20-二苯基卟啉:1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.90(d,4H, β-CH),8.77(d,4H,β-CH),8.65(m,6H,15,20-Ar-m-and p-H),8.41(m,4H,15,20-Ar-o-H),8.20 (m,4H,5,10-Ar-o-H),7.81(m,4H,5,10-Ar-m-and p-H),-2.79(s,2H,-NH-)。
(3)在氩气保护下,将步骤(2)获得的5,10-二(4-硝基苯基)-15,20-二苯基卟啉与5, 15-二(4-硝基苯基)-10,20-二苯基卟啉的混合物加入浓盐酸搅拌30min后,加入氯化亚锡于 65℃反应2小时。反应结束冷却后加水淬灭反应,并加入氨水至溶液pH值等于8左右。然后,用饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,硅胶柱层析分离得到5,15-二 (4-氨基苯基)-10,20-二苯基卟啉(NH2-TPP-NH2);
称取步骤(2)获得的5,10-二(4-硝基苯基)-15,20-二苯基卟啉与5,15-二(4-硝基苯基)-10,20-二苯基卟啉(0.7g,1mmol)加入100mL Schlenk瓶中,在氩气保护下,取浓盐酸30mL加入瓶中搅拌20min,之后加入氯化亚锡(2.2g,10mmol)。气球保压,65℃反应2h。反应结束后将反应液转移至100mL冰水中淬灭反应,并加入氨水中和至pH值为8左右,以二氯甲烷为萃取剂,饱和氯化钠溶液萃取有机相,无水硫酸钠干燥后旋干溶剂,粗产物以二氯甲烷/丙酮(50/1:v/v)为洗脱剂,硅胶柱层析分离提纯,获得5,15-二(4-氨基苯基)-10,20-二苯基卟啉。产率22.1%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.89(d,4H,β-CH),8.82(d,4H, β-CH),8.21(m,4H,15,20-Ar-o-H),8.01(m,4H,5,10-Ar-o-H),7.79(m,6H,15,20-Ar-m-andp-H),7.06(m,4H,5,10-Ar-m-H),4.05(s,4H,-NH2),-2.78(s,2H,-NH-)。
(4)将溴丙炔及步骤(3)获得的5,15-二(4-氨基苯基)-10,20-二苯基卟啉(NH2-TPP-NH2) 溶解于二甲基甲酰胺(DMF)中,并加入无水碳酸钾,80℃反应24h。冷却后饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,硅胶柱层析分离得到5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20- 二苯基卟啉(≡-TPP-≡);
在氮气保护下,将无水碳酸钾(221mg,1.6mmol)和步骤(3)中得到的5,15-二(4-氨基苯基)-10,20-二苯基卟啉(100mg,0.16mmol)溶于20mL DMF中充分溶解。随后加入溴丙炔(190mg,1.6mmol)的DMF溶液2mL,80℃反应24h。冷却后以二氯甲烷为萃取剂饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,二氯甲烷为洗脱剂硅胶柱层析分离得到5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20-二苯基卟啉。产率为91%。1H NMR(400MHz,CDCl3), δppm:8.89(d,4H,β-CH),8.82(d,4H,β-CH),8.21(m,4H,15,20-Ar-o-H),8.01(m,4H,5, 10-Ar-o-H),7.79(m,6H,15,20-Ar-m-and p-H),7.06(m,4H,5,10-Ar-m-H),3.75(s,4H, -NH-CH2-C≡),2.51(s,2H,-C≡CH),-2.78(s,2H,-NH-)。
(5)在氮气保护下,将步骤(4)获得的5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20-二苯基卟啉(≡-TPP-≡)溶于二氯甲烷和甲醇的混合溶液中,然后加入醋酸锌室温反应6h,饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,得到含锌5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20-二苯基卟啉;
在氮气保护下,将步骤(4)获得的5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20-二苯基卟啉(100mg, 0.14mmol)溶于二氯甲烷和甲醇的混合溶液中,然后加入醋酸锌(257mg 1.4mmol)室温反应6h,饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,得到含锌5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20-二苯基卟啉。产率为97%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.89(d,4H,β-CH), 8.82(d,4H,β-CH),8.21(m,4H,15,20-Ar-o-H),8.01(m,4H,5,10-Ar-o-H),7.79(m,6H,15, 20-Ar-m-and p-H),7.06(m,4H,5,10-Ar-m-H),3.75(s,4H,-NH-CH2-C≡),2.51(s,2H,-C≡CH)。
(6)在氮气保护下,将单叠氮聚乙二醇单甲醚(PEG-N3)及步骤(5)获得的含锌5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20-二苯基卟啉溶于二甲基甲酰胺(DMF)中,通气30min后,在氮气保护下加入五甲基二乙烯三胺(PMDETA)和溴化亚铜充分搅拌溶解,50℃反应48h。反应结束冷却后,用饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,通过透析法纯化并冻干后,硅胶柱层析分离得到双PEG修饰的TPP;
在氮气保护下,将单叠氮聚乙二醇单甲醚(PEG-N3,1.04g,0.52mmol)及步骤(5)获得的含锌5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20-二苯基卟啉(100mg,0.13mmol)溶于10mL二甲基甲酰胺(DMF)中,通气30min后,在氮气保护下加入PMDETA(90mg,0.52mmol)和溴化亚铜(75mg,0.52mmol)充分搅拌溶解,50℃反应48h。反应结束冷却后,用饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,随后根据分子量分别通过透析法(MWCO=3 500Da)去除未反应试剂。冻干后,二氯甲烷/甲醇(30:1,v/v)作为洗脱液过柱得到双PEG修饰的TPP(PEG-TPP-PEG),产率为77%。
(7)在氮气保护下,将无水碳酸钾以及步骤(6)中得到的双PEG修饰的TPP溶解于无水吡啶中。随后加入对甲苯磺酰肼,105℃回流避光反应24小时。反应结束后,再次在氮气保护下加入对甲苯磺酰肼,室温反应8小时后,加入乙酸乙酯和水回流1小时,待溶液冷却后有机相分别用2mol/L的盐酸、磷酸、水饱和碳酸氢钠溶液洗涤萃取,干燥后旋蒸除去溶剂,将得到的粗产物固体硅胶柱层析分离后,获得化合物5,即为本发明所述的近红外光吸收的卟啉光敏剂化合物5;
将步骤(6)中得到的双PEG修饰的TPP(0.8mmol)和无水碳酸钾(1.1g,8mmol),在氮气保护下,溶解于40mL无水吡啶中。随后加入对甲苯磺酰肼(1.5g,8mmol),105℃回流避光反应24h。反应结束冷却后,再次在氮气保护下加入对甲苯磺酰肼(1.5g,8mmol),室温反应8h后,加入乙酸乙酯/水(2:1,300mL)回流1h,待溶液冷却后有机相分别用2mol/L 的盐酸、68%磷酸溶液、水、饱和碳酸氢钠溶液依次洗涤萃取3次,溶液经无水硫酸钠干燥后旋蒸除去溶剂。将得到的粗产物固体硅胶柱层析分离,使用二氯甲烷/甲醇(30:1,v/v)作为洗脱液。真空干燥后得到化合物5,即为近红外光吸收的卟啉光敏剂化合物5。产率为54%
实施例6.化合物6及卟啉光敏剂6
在本实施例中,提供化合物6,可作为卟啉光敏剂6。所述化合物6结构为
所述化合物6的合成路径为:
所述化合物6的具体制备方法包含以下步骤:
(1)苯甲醛与吡咯按摩尔比1:1的比例在丙酸中140℃回流反应4小时,冷却后加入甲醇结晶,经过滤,硅胶柱层析分离后得到5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP);
称取苯甲醛(10.6g,0.1mol)和200mL丙酸于500mL三口烧瓶中,在室温下搅拌溶解,然后接入冷凝管回流。然后在氮气保护下逐滴地加入新鲜的刚蒸馏过的吡咯(7mL,0.1mol)。再将反应混合物加热回流4h,然后冷却到室温。然后通过减压蒸馏浓缩丙酸,冷却后加入150mL甲醇,低温(-20℃)过夜,析出紫色固体,通过抽滤得到紫色粗产物,并用甲醇洗涤。最后使用氯仿/甲醇(95:5,v/v)作为洗脱液,通过硅胶柱层析提纯产物,产物即为 5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP),产率为25%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.88(m,8H, β-CH),8.21(m,8H,5,10,15,20-Ar-o-H),7.75(m,12H,10,15,20-Ar-m-and p-H),-2.77(s,2H, -NH-)。
(2)步骤(1)中得到的5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP)溶于三氟乙酸中,再加入亚硝酸钠室温反应5min后,加水淬灭反应。然后,分别用饱和碳酸氢钠溶液和饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,硅胶柱层析分离得到5,10-二(4-硝基苯基)-15,20-二苯基卟啉与5,15-二(4-硝基苯基)-10,20-二苯基卟啉的混合物;
称取步骤(1)中得到的5,10,15,20-四苯基卟啉(TPP,0.8g,1.3mmol)于100mL圆底烧瓶中,加入50mL三氟乙酸室温搅拌15min使之充分溶解。随后称取亚硝酸钠(0.74g,10.6mmol)加入反应瓶中,混合搅拌反应6min。之后将反应液转移至150mL冰水中淬灭反应,并用二氯甲烷(3×100mL)萃取有机相,然后分别用饱和碳酸氢钠溶液和饱和氯化钠溶液各洗涤萃取有机相3次,经无水硫酸钠干燥后过滤,旋干溶剂后,将粗产物以二氯甲烷/石油醚(2:1,v/v)为洗脱剂通过硅胶柱纯化,得到5,10-二(4-硝基苯基)-15,20-二苯基卟啉与 5,15-二(4-硝基苯基)-10,20-二苯基卟啉的混合物,真空干燥后得到紫色混合产物0.48g,产率为60%。
5,10-二(4-硝基苯基)-15,20-二苯基卟啉:1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.91(d,4H, β-CH),8.82(d,4H,β-CH),8.69(m,6H,15,20-Ar-m-and p-H),8.39(m,4H,15,20-Ar-o-H),8.12 (m,4H,5,10-Ar-o-H),7.70(m,4H,5,10-Ar-m-and p-H),-2.79(s,2H,-NH-)。
5,15-二(4-硝基苯基)-10,20-二苯基卟啉:1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.90(d,4H, β-CH),8.77(d,4H,β-CH),8.65(m,6H,15,20-Ar-m-and p-H),8.41(m,4H,15,20-Ar-o-H),8.20 (m,4H,5,10-Ar-o-H),7.81(m,4H,5,10-Ar-m-and p-H),-2.79(s,2H,-NH-)。
(3)在氩气保护下,将步骤(2)获得的5,10-二(4-硝基苯基)-15,20-二苯基卟啉与5, 15-二(4-硝基苯基)-10,20-二苯基卟啉的混合物加入浓盐酸搅拌30min后,加入氯化亚锡于 65℃反应2小时。反应结束冷却后加水淬灭反应,并加入氨水至溶液pH值等于8左右。然后,用饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,硅胶柱层析分离得到5,15-二 (4-氨基苯基)-10,20-二苯基卟啉(NH2-TPP-NH2);
称取步骤(2)获得的5,10-二(4-硝基苯基)-15,20-二苯基卟啉与5,15-二(4-硝基苯基)-10,20-二苯基卟啉(0.7g,1mmol)加入100mL Schlenk瓶中,在氩气保护下,取浓盐酸30mL加入瓶中搅拌20min,之后加入氯化亚锡(2.2g,10mmol)。气球保压,65℃反应2h。反应结束后将反应液转移至100mL冰水中淬灭反应,并加入氨水中和至pH值为8左右,以二氯甲烷为萃取剂,饱和氯化钠溶液萃取有机相,无水硫酸钠干燥后旋干溶剂,粗产物以二氯甲烷/丙酮(50/1:v/v)为洗脱剂,硅胶柱层析分离提纯,获得5,15-二(4-氨基苯基)-10,20-二苯基卟啉。产率22.1%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.89(d,4H,β-CH),8.82(d,4H, β-CH),8.21(m,4H,15,20-Ar-o-H),8.01(m,4H,5,10-Ar-o-H),7.79(m,6H,15,20-Ar-m-andp-H),7.06(m,4H,5,10-Ar-m-H),4.05(s,4H,-NH2),-2.78(s,2H,-NH-)。
(4)将溴丙炔及步骤(3)获得的5,15-二(4-氨基苯基)-10,20-二苯基卟啉(NH2-TPP-NH2) 溶解于二甲基甲酰胺(DMF)中,并加入无水碳酸钾,80℃反应24h。冷却后饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,硅胶柱层析分离得到5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20- 二苯基卟啉(≡-TPP-≡);
在氮气保护下,将无水碳酸钾(221mg,1.6mmol)和步骤(3)中得到的5,15-二(4-氨基苯基)-10,20-二苯基卟啉(100mg,0.16mmol)溶于20mL DMF中充分溶解。随后加入溴丙炔(190mg,1.6mmol)的DMF溶液2mL,80℃反应24h。冷却后以二氯甲烷为萃取剂饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,二氯甲烷为洗脱剂硅胶柱层析分离得到5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20-二苯基卟啉。产率为91%。1H NMR(400MHz,CDCl3), δppm:8.89(d,4H,β-CH),8.82(d,4H,β-CH),8.21(m,4H,15,20-Ar-o-H),8.01(m,4H,5, 10-Ar-o-H),7.79(m,6H,15,20-Ar-m-and p-H),7.06(m,4H,5,10-Ar-m-H),3.75(s,4H, -NH-CH2-C≡),2.51(s,2H,-C≡CH),-2.78(s,2H,-NH-)。
(5)在氮气保护下,将步骤(4)获得的5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20-二苯基卟啉(≡-TPP-≡)溶于二氯甲烷和甲醇的混合溶液中,然后加入醋酸锌室温反应6h,饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,得到含锌5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20-二苯基卟啉;
在氮气保护下,将步骤(4)获得的5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20-二苯基卟啉(100mg, 0.14mmol)溶于二氯甲烷和甲醇的混合溶液中,然后加入醋酸锌(257mg 1.4mmol)室温反应6h,饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,得到含锌5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20-二苯基卟啉。产率为97%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δppm:8.89(d,4H,β-CH), 8.82(d,4H,β-CH),8.21(m,4H,15,20-Ar-o-H),8.01(m,4H,5,10-Ar-o-H),7.79(m,6H,15, 20-Ar-m-and p-H),7.06(m,4H,5,10-Ar-m-H),3.75(s,4H,-NH-CH2-C≡),2.51(s,2H,-C≡CH)。
(6)在氮气保护下,将单叠氮β环糊精(CD-N3)及步骤(5)获得的含锌5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20-二苯基卟啉溶于二甲基甲酰胺(DMF)中,通气30min后,在氮气保护下加入五甲基二乙烯三胺(PMDETA)和溴化亚铜充分搅拌溶解,50℃反应48h。反应结束冷却后,用饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,通过透析法纯化并冻干后得到双环糊精修饰的TPP;
在氮气保护下,将单叠氮β环糊精(CD-N3,603mg,0.52mmol)及步骤(5)获得的含锌5,15-二(4-丙炔基苯胺)-10,20-二苯基卟啉(100mg,0.13mmol)溶于10mL二甲基甲酰胺(DMF)中,通气30min后,在氮气保护下加入PMDETA(90mg,0.52mmol)和溴化亚铜(75mg,0.52mmol)充分搅拌溶解,50℃反应48h。反应结束冷却后,用饱和氯化钠溶液洗涤萃取有机相,干燥后旋蒸除去溶剂,随后根据分子量分别通过透析法(MWCO=1 000Da) 去除未反应试剂。冻干后,二氯甲烷/甲醇(40:1,v/v)作为洗脱液过柱得到双环糊精修饰的 TPP(CD-TPP-CD),产率为68%。
(7)在氮气保护下,将无水碳酸钾以及步骤(6)中得到的双环糊精修饰的TPP溶解于无水吡啶中。随后加入对甲苯磺酰肼,105℃回流避光反应24小时。反应结束后,再次在氮气保护下加入对甲苯磺酰肼,室温反应8小时后,加入乙酸乙酯和水回流1小时,待溶液冷却后有机相分别用2mol/L的盐酸、磷酸、水饱和碳酸氢钠溶液洗涤萃取,干燥后旋蒸除去溶剂,将得到的粗产物固体硅胶柱层析分离后,获得化合物6,即为本发明所述的近红外光吸收的卟啉光敏剂化合物6;
将步骤(6)中得到的双环糊精修饰的TPP(CD-TPP-CD,0.8mmol)和无水碳酸钾(1.1g,8mmol),在氮气保护下,溶解于40mL无水吡啶中。随后加入对甲苯磺酰肼(1.5g,8 mmol),105℃回流避光反应24h。反应结束冷却后,再次在氮气保护下加入对甲苯磺酰肼(1.5 g,8mmol),室温反应8h后,加入乙酸乙酯/水(2:1,300mL)回流1h,待溶液冷却后有机相分别用2mol/L的盐酸、68%磷酸溶液、水、饱和碳酸氢钠溶液依次洗涤萃取3次,溶液经无水硫酸钠干燥后旋蒸除去溶剂。将得到的粗产物固体硅胶柱层析分离,使用二氯甲烷/甲醇(40:1,v/v)作为洗脱液。真空干燥后得到化合物6,即为近红外光吸收的卟啉光敏剂化合物6。产率为49%。
实施例7.验证实验
1.光吸收特性
以赛默飞世尔科技有限公司生产的紫外-可见分光光度计测量实施例1至实施例6的化合物1至化合物6的紫外-可见吸收光谱。仪器型号为Evolution 220UV-Vis,光谱扫描范围从300 nm到800nm。获得如图1至图6所示的紫外-可见吸收光谱,从而获得了本发明所述卟啉光敏剂1至卟啉光敏剂6的光吸收特性。
2.产生单线态氧的性能
以DPBF为单线态氧捕获剂,测定光照时单线态氧的产生,获得了图7所示的在光照条件下卟啉光敏剂1产生的1O2(单线态氧)对捕获剂DPBF紫外-可见光吸收的影响示意图,以及,图8所示的光照条件下DPBF的紫外-可见光最大吸收值随光照时间的变化示意图。
3.细胞暗毒性与细胞光毒性;
为了进一步研究本发明所述卟啉光敏剂在光动力治疗中的应用,发明人还进行了体外细胞的实验。以人肺癌细胞A549为研究对象,采用MTT法测试细胞毒性,通过分光光度酶标仪测定吸光度。
以A549细胞为研究对象,用MTT法分别测定卟啉光敏剂5和卟啉光敏剂6(最高卟啉浓度40μg/mL)在无光照条件和光照条件下的细胞毒性,获得图9所述的卟啉光敏剂5和卟啉光敏剂6的细胞暗毒性,以及,图10所述的卟啉光敏剂5和卟啉光敏剂6的细胞光毒性。如图9和图10所示的,实验结果表明:在无光照条件下,本发明所述的卟啉光敏剂5和卟啉光敏剂6都没有细胞毒性,细胞成活率在90%以上;在光照条件下,本发明所述的卟啉光敏剂 5和卟啉光敏剂6都体现了明显的细胞毒性,两种化合物实验中最高浓度的细胞成活率都不高于35%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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