（有机化学专业论文）四吡咯化合物的激光光解研究.pdf

四毗咯化合物的激光光解研究四吡咯化合物的激光光解研究摘要光动力疗法是一种有巨大潜力的医疗方法，因其双重选择性( 选择性富集和选择性光照激活) ，使得它和般的医疗方法相比，具有疗效高、副作用小、方法简便、见效快等优点。其作用过程为：( 1 ) 选择一种对病体组织适合的光敏剂。( 2 ) 将光敏剂引入体内( 通常为静脉注射) 并在组织间分布。( 3 ) 当光敏剂在靶体和非靶体中的浓度比达到最大时，用光敏剂所需的光照射靶体，光敏剂被激发为高能量的激发单线态，激发单线态经能级跃迁变为激发三重态，其中激发三重态可以直接作用于靶体，氧化靶体，或者与组织中的0 2 发生反应，生成大量的活性氧，通过活性氧作用于靶体，从而达到治疗的效果。因此，在光动力治疗过程中，光敏剂的选择至关重要。叶绿素衍生物和四苯基卟吩衍生物绝大多数都有优良的光敏特性，且制备成本较低，都属于四吡咯类化合物，因而我们希望通过对它们的激光光解研究，了解四吡咯类光敏剂的性质，从而可以有目的的合成和选择所需的具有实用价值的四吡咯类光敏剂。我们的主要工作如下：1 从蚕沙中提取叶绿素，以叶绿素a 为原料，合成了m g 一紫红素一1 8 。2 合成了四( 间氯苯基) 卟吩。3 首次使用快速激光光解技术对m g 一紫红素一1 8 、四( 间氯苯基) 卟吩，四吡咯化合物的激光光解研究2 ，7 ，1 2 ，1 8 一四甲基一3 ，8 一二( 卜甲氧基) 乙基一1 3 ，1 7 一二 3 一二( 2 一氯乙基) 氨基 丙基卟啉( 简称卟啉异丁醚氮芥) 进行了研究，确定了他们在光解后发生的变化4 确定了这三种化合物在无氧以及有氧条件下光敏剂激发态的化学退激过程。通过上述研究，发现四( 间氯苯基) 卟吩在激光光解后发生了光电离，而m g 一紫红素一1 8 、卟啉异丁醚氮芥则生成了长寿命的激发三重态，通过对三种化合物结构的比较，认为四( 间氯苯基) 卟吩的光电离是因为间氯苯基的强推电子效应所致。m g 一紫红素一1 8 、卟啉异丁醚氮芥生成的激发三重态能够与0 2 反应完成化学退激过程，这说明m g 一紫红素一1 8 、卟啉异丁醚氮芥能够成为新的光动力药物。对三种化合物结构进行比较，结合光谱形成机理，发现m g 一紫红素一1 8 在四吡咯环上因共轭两个羰基而多出了两个吸收峰，这将使m g 一紫红素一1 8 在光动力治疗中拥有更多合适的光源。总之，我们对m g 一紫红素一1 8 、四( 间氯苯基) 卟吩，卟啉异丁醚氮芥进行了激光光解研究，通过它们结构以及光敏性质的比较，为如何有目的的合成和选择所需的四毗咯光敏剂提供了部分理论依据。关键词：光动力疗法，m g 一紫红素一1 8 ，四( 问氯苯基) 卟吩，卟啉氮芥，激光光解，四吡咯化合物四吡咯化合物的激光光解研究l a s e rf l a s hp h o t o l y s i so ft e t r a p y r r o l ec o m 口o i 栅sa bs t r a c tp h o t o d y n a m i ct h e r a p y ( p d t ) i san e wp r o m i s i n gt r e a t m e n tm o d a l i t yw i t hm a n ya d v a m a g e ss u c ha sg o o dt r e a t m e n te 伍c i e n c y ，m i n o rs i d ee f f e c t s ，s i m p l ec o n d i t i o n sf o rt r e a t m e n t ，e ta 1 i tn e e d su n d e r g ot h ef o l l o w i n gp r o c e d u r e f i r s t l y ，as u i t a b l ep h o t o s e n s i t i z e rf o rp a t h o l o g i c a lt i s s u e si sc h o s e n t h e n ，t h ep h o t o s e n s i t i z e ri sd i r e c t e di n t ot h eb o d 弘u s u a l l yb yt h ei n t r a v e n o u si n je c t i o n ，a n ds u b d i v i d e di nt h et is s u e so fn i d u s f i n a l l y ；、v h e nt h ec o n c e n t r a t i o nr a t i oo fp h o t o s e n s i t i z e rb e t w e e nt h et a 略e tt i s s u e sa n dn o l l 】q a lt i s s u e sr e a c h e dap e d k ，t h ep h o t o s e n s i t i z e ri si 1 1 r a d i a t e dw i t ht h em a t c h e dl a s e ra n de x c i t e dt ot h ee x c i t e ds i n 9 1 e t s t a t e ( s 1 ) w h i c hc a nb ec o n v e r l | e dt ot h ee x c i t e dt r i p l e t s t a t e( t1 ) b yi n t e r s y s t e mc r o s s i n g t h e nt h ee x c i t e dt r i p e t s t a t e ( t1 ) d i r e c t l yd a m a g et h et a 唱e tt i s s u eo ri n d i r e c t l yd a m a g et h et a 玛e tt i s s u et h r o u g ht h er e a c t i v eo x y g e n i cs p i c e sg e n e r a t e db yr e a c t i n gw i t h0 2 a c c o r d i n gt ot h o s em e n t i o n e da b o v e ，w ek n o wt h a tc h o o s i n gar i g h t3四吡咯化合物的激光光解研究p h o t o s e n s i t i z e ri sc m c i a lt ot h ep d t m o s to ft h ec h l o r o p h y ld 嘶v a t i v e sa n dt e t r a p h e n y lp o 叩h y r i nd e r i v a t i v e sh a v eg r e a tp h o t o s e n s i t i v i t y ，t h e i rp r i m ec o s ti sr e l a t i v l yc h e 印，a n dt h e ya r eb o t ht e t r 印y r r o l ec o m p o u n d s s ow ed e c i d et os t u d yt h el a s e rf i a s hp h o t o l y s i so ft h e s et w ot e t r 印y n o l ec o m p o u n d sa n de x p e c tt ol ( n o wt h ep h o t o s e n s i t i cp r o p e r t yo ft e t r 印y r r o l ec o m p o u n d ss oa st os e a r c ha n dc h o o s em ec y c l i ct e t r a p y r r o l ep h o t o s e n s i t i z e rm o r ee x a c t l y o u rm a j o rr e s e a r c hi sc o n s i s t e dw i t ht h ef o l l o w i n g s ：( 1 ) m g p u 巾u r i n - 18w a ss y n t h e s i z e df 如mc h la ( 2 ) t e t r a ( m e s o c h l o r o p h e n y l ) p o 印h y r i nw a ss y n t h e s i z e d ( 3 ) t h el a s e rn a s hp h o t o l y s i so fm g p u 印u r i n - 18 ，t e t r a ( m e s o - c h l o r o p h en y l ) p o 印h y r i na n d2 ，7 ，12 ，18 一t e t r a m e t h y l 一3 ，8 一b i s ( 1 一i s o - b u t o x y l ) e t h y l - 1 3 ，1 7 - b i s 3 - b i s ( 2 - c h l o r o e t h y l ) a m i n o - p r o p y l p o 叩h yr i n ( p o 叩h y r i n n i t r o g e nm u s t a r d s ) w e r es t u d i e da n dt h ep r o d u c t so fp h o t o a c t i v a t i o nw e r ed e t e n n i n e d ( 4 ) t h ed e c a ym e c h a n i s m sa n dd e c a yc o e m c i e n tu n d e rt h e0 2s a t u r a t e dc o n d i t i o na n dt h en 2s a t u r a t e dc o n d i t i o nw e r ed e t e r m i n e d f r o mt h ee x p e r i m e n tw ef o u n dt h a ta f b e ri r r a d i a t e db y3 55 ml a s e r ，t e t r a - ( m e s o - c h l o r o p h e n y l ) - p o 印h y r i nw a sp h o t o i o n a z e db u tm g - p u 印u r i n 一18a n dp o i p h y r i nn i t r o g e nm u s t a r d sp r o d u c e dt h ee x c i t e dt r i p l e t - s t a t e b yc o m p a r i n gt h es t m c m r e so ft h et h r e ec o m p o u n d s ，w eh a da no p i n i o nt h a tt h ep h o t o i o n a z a t i o no ft e t r a 一( m e s o - c h l o r o p h e n y l ) - p o 叩h y r i nw a sc a u s e db yt h e4四n 比咯化合物的激光光解研究s t r o n ge l e c t r o nd o n a r t i n go fm e s o - c h l o r o p h e n y l t h ee x c i t e dt r i p l e t s t a t ec a i lr e a c tw i t h3 0 2w h i c hs h o w e st h a tm g - p u 印u r i n - 18a n dp o 叩h y r i nn i t r o g e nm u s t a r d sa r ea b l et ob e c o m en e wp h o t o d y n 锄i cd n j g s a c c o r d i n gt om em e c h a n i s mo fu vs p e c t r u ma n dt h es t r u c t u r e so ft h et h r e ec o m p o u n d s ，t h eo c c u r r e n c eo f觚oe x t r aa b s o r p t i o nb a n d so fm g p u 叩u r i n - 18w a sd u et ot w oe x t r ac o n j u g a t e dc a r b o n y lg r o u p s t h et w oe x t r aa b s o 巾t i o nb a n d ss u g g e s tt h a tm g p u r p u r i n 一18w i l lh a v em o r es u i t a b l el i g h ts o u r c e si np d t i ns h o i r t ，w es t u d i e dt h ep h o t o l y s i sp r o p e r t yo ft h r e et e t r 印y 1 1 r o l ec o m p o u n d s b yc o m p a r i n gt h e i rs t m c t u r e sa n dp h o t o s e n s i t i v ep r o p e l r t i e s ，w ep r o v i d e ds o m ei n f o m a t i o nf o rs e a r c h i n ga n dc h o o s i n gs u i t a b l et e t r 印y r r o l ep h o t o s e n s i t i z e r s k e yw o i t d s ：p h o t o d y n 锄i ct h e r a p y ，m 童- p u 印u r i n l8 ，p o 印h y r i nn i t -r o g e nm u s t a r d s ，( m e s o c h l o r o p h e n y l ) 一p o 印h y r i n ，l a s e r f l a s hp h o t o l y s i s ，t e t r 印y r r o l ec o m p o u n d s东华大学学位论文原创性声明一?本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：，7 群日期：r 伽年f _ 月凇日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、：缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密囱。学位论文作者签名：日期：协7 年7 月9 日指导教师签名：日期：争哆) 年四毗咯化合物的激光光解研究第一章前言1 1 光动力治疗方法及光敏剂简介1 1 1 光动力疗法简介及其原理光动力疗法( p h o t o d y n a m i ct h e r a p y ，简称p d t ) 是一种正在研究发展中的新技术，是将光与药物相结合用以治疗疾病的医学方法。光动力现象的发现已经有1 0 0 年的历史。但直到上世纪7 0 年代，光动力疗法才得到了迅速的发展并在以后被应用于临床，并且取得了另人瞩目的成就。光动力疗法与手术治疗、化疗和放疗等相比，具有独特之处，它的治疗过程需要光敏剂和光，具有双重选择性，即定向激光照射与光敏剂在病灶区域选择性富集，使得它更易将药物作用点控制在病灶部位，因而具有了选择性高，副作用小，方法简便，见效快等优点。光动力疗法的作用原理为：利用特定波长的光照射一定的光敏物质后产生的一系列化学、物理、生物反应进行诊断和治疗疾病的一种新方法。光动力过程是一冷光化学反应，需要氧、光敏剂和激光的作用。生物组织中的内源性或外源性光敏物质受到相应波长( 可见光、近红外光或紫外光) 光照射时，会吸收光子能量，由基态变成激发态，处于激发态的光敏物质很不稳定，能够迅速经过物理退激或化学退激过程释放出能量而返回基态，化学退激过程是指其高反应活性的激发态直接作用于细胞组织或者与组织中的氧发生反应，生成大量活性氧( 单线态氧、超氧阴离子自由基、羟自由基、过氧化氢等) ，其中最主要的是单线态氧，然后通过一些氧化过程如氧化核酸上的碱基【l 】，氧化蛋白质中的某些氨基酸( 主要是胱氨酸和色氨酸)【2 】，氧化细胞膜内的不饱和脂肪酸3 】等过程而完成光动力治疗。光动力疗法的作用机理包括了三个层次，首先是光敏剂吸收光能后产生光毒性物质，其次是这些毒性物质破坏生物大分子，最后导致细胞和组织的破坏，产生生物学效应。具体如下【4 】：在光动力过程中，首先基态光敏剂吸收光子的能量后，由基态跃迁至激发单重态( 寿命1 1 0 0 0n s ) ，尔后激发单重态通过放射荧光的形式释放能量回到基态，该过程不发生光动力效应；或者激发单重态经过系间窜越生成激发三重态( 寿命1 1 0 0 0p s ) ，处于激发三重态的敏化剂可进行以下两种形式的反应：四吡咯化合物的激光光解研究( 1 ) 经过氢原子或电子转移，直接同底物或溶剂反应，生成有活性的反应中间产物，这些活性中间产物与细胞组织发生作用，完成光动力效应，此类型反应叫类型i ( t y p ei ) 反应：见图卜1 。( 2 ) 与组织中的氧发生反应，将能量转移给分子氧，形成活性氧，主要是单线态氧，单线态氧是高活性的氧化剂，可使底物被氧化，而完成光动力治疗，此型反应叫类型i i ( t y p ei i ) 反应。见图1 1 。图l - 1 光敏剂作用的作用机理两类反应的活性中间产物统称活性氧( r - e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s ，r o s ) ，活性氧除了单线态氧、超氧阴离子、羟自由基、过氧化氢外，还包括脂质过氧化的中间产物l o 、l o o 和l o o h 。也有人还把臭氧0 3 和几种氮的氧化物包括在内。1 1 2 光动力治疗的基本过程【5 j光动力治疗的基本过程如下：( 1 ) 选择一种对病体组织具有选择性的光敏剂。( 2 ) 将光敏剂引入体内( 通常为静脉注射) 并让它在组织间进行分布。( 3 ) 当光敏剂在靶体和非靶体中的浓度比达到最大时，用敏化剂所需的光照射靶体，通过产生各种有损于细胞功能的活性氧和氧化物，使靶体遭受破坏。在此基本过程中，可以看出光敏剂选择的恰当与否会直接影响到光动力治疗的成败，因而在光动力治疗中，选择一种恰当的光敏剂至关重要。1 1 3 光动力疗法的历史尽管早在4 0 0 0 年前古埃及人就通过口服含光敏剂的植物后，通过光照来治疗白癜风，但有关光动力疗法的科学探索则始于二十世纪初。在二十世纪的前4 0 余年中，人们通过对某些染料( 丫啶橙、伊红等) 和粗品血卟啉( h p ) 的研究，发现4四吡咯化合物的激光光解研究了光动力疗法中的一些重要现象、作用和基本规律，为现代光动力疗法奠定了基础。此后，光动力疗法的发展更主要的则是技术方面的突破、应用方法的改进和作用对象的拓展。这一时期的重要事件有：1 8 4 1 年，s c h e r e r 用浓硫酸处理干血粉得到不含铁的代色产物，后来被h o p p e - s e y l e r 称为血卟啉( h a e m a t o p o 叩h y m ，h p ) 。1 8 9 7 年化学家r a a b 做了一个非常经典的实验，它发现丫啶( a c r i d i n e ) 和草履虫同时光照于太阳下时，丫啶对草履虫呈现毒性作用。1 9 2 5 年p o l i c 矾发现卟啉的光毒性作用，奠定了现代利用以卟啉为基础的色素作为p d t 药物的基础【6 1 。1 9 4 2 年，a u t e r 和f i g g e 给大鼠注射h p 后，观察到h p 能优先在肿瘤组织等新生组织中富集，当用紫外光照射时肿瘤区产生桔红色荧光，当用日光照射时可以损伤肿瘤组织。这是人类首次发现h p 对肿瘤组织光敏杀伤作用。在二十世纪5 0 年代，人们开始将光动力反应用于肿瘤的早期诊断，称之为肿瘤荧光定位诊断( t l 珊o r p h o t o l o c a t i z a t i o n ) ，标志着光动力疗法开始进入了临床实用阶段。同期还研制开发出血卟啉衍生物( h p d ) 。这是人类在光敏剂研究方面取得的最关键进展，对于p d t 的发展和普及产生了至关重要的促进作用。此期间人们对对肿瘤的光动力治疗也进行了初步探索，但由于是采用普通光作为光动力反应的激发光源，强度不够，波长也不匹配，始终未能取得重大突破。这一时期的重要事件有：1 9 5 5 年，r a s s m u s s e n t a x d a l 给1 l 例肿瘤患者静脉注射总剂量为5 0 0 l o o o m g的h p ，其中8 例患者的肿瘤组织中桔红色荧光。这是光动力反应首次用于人体癌症的光动力诊断。1 9 5 6 年，s c h w a n y 用冰醋酸一硫酸处理市售的h p 二盐酸盐，制备得到一种复杂的混合卟啉制剂，将其称之为血卟啉醋硫酸盐，后来被称为血卟啉衍生物( h a e m a t o p o 印h y r i nd e r i v a t i v e s ，h p d ) ，并观察到h p d 在肿瘤组织的荧光定位特性显著好于h p 。h p d 至今仍然是临床上使用的主要光敏剂之一。1 9 6 1 年和1 9 6 4 年，l i p s o n 先后报告5 0 例支气管肺癌和食道癌患者的h p d 诊断结果，阳性符合率在8 0 以上，并首次提出“荧光内窥镜诊断”的概念。1 9 6 6 年，l i p s o n 首先提出了利用h p d 的光敏化作用来治疗肿瘤的设想，并给四毗咯化合物的激光光解研究一位乳腺癌患者进行了光动力治疗，注射h p d 数小时后，用白光照射胸壁上的转移乳腺癌，发现肿瘤部分坏死。但此研究结果未能引起人们的关注。1 9 6 8 年，g r e g o r i e 等报告了对2 2 6 例肿瘤患者的诊断结果，恶性肿瘤1 7 3 例( 包括乳腺癌、宫颈癌、喉癌、肺癌、基底细胞癌、皮肤鳞癌、食道癌、黑色素瘤和视网膜母细胞瘤等) ，其中有1 3 2 例可以看到典型的桔红色荧光，阳性符合率为7 6 3 。7 0 年代完成了h p d 光动力治癌的动物试验和临床过渡。8 0 年代，人们在探索改进和推广h p d 肿瘤作荧光定位诊断的同时，初步研究阐明了h p d 的化学组成和肿瘤光生物活性成分。8 0 年代，国外光敏素i i 问世，而我国研制成功相当予h p d 和光敏素i i 两种组成但又有不同的h p d 【7 名】并独立研制成功新型血卟啉光敏剂癌光啉( p s d 0 0 7 ) 【9 _ 14 1 。1 1 4 光动力疗法的现状目前国际上已经丌展光动力治疗( p d t ) 的主要地区如下：美国：1 、伊利诺斯州e l kg r o v e l l a g ea l e x i a n 兄弟医疗中心；2 、匹兹堡a 1 1 e 曲e n y 综合医院；3 、圣路易斯b a m e sj e w i s h 医院；4 、塔尔萨美国癌症治疗中心；5 、洛衫机世纪城市医院；6 、纽约哥伦比亚p r e s b y t e r i a i l 医疗中心：7 、伊云斯顿e v a n s 协nn w 医院；8 、歌珊综合医院：9 、底特律亨利福特医院：1 0 、马里兰州西尔弗斯普林圣十字架医院；1 1 、印第安纳波利斯印地安那大学医疗中心；1 2 、格里维尔l e oj e l l l ( i n s 癌症中心；1 3 、罗彻斯特m a y o 医院；1 4 、杰克逊维尔m a y o 医院；1 5 、休斯顿m da n d e r s o n 癌症中心；1 6 、查尔斯顿南卡罗林那医科大学；1 7 、坦帕湾m o 航t 癌症中心；1 8 、路易斯维尔诺顿保健所；1 9 、哥伦布俄亥俄州医疗中心；2 0 、芝加哥r u s hp r e s b y t e r i a l l s tl u k e s 医疗中心：2 1 、阿克伦s u i l l 】m a 健康机构；2 2 、锡拉库扎s u n yu p s t a t e 医疗中心；2 3 、克利夫兰大学医院；2 4 、巴尔的摩马里兰医学院；2 5 、西雅图华盛顿医疗中心大学；2 6 、麦迪逊威斯康星医院：2 7 、堪萨斯城退伍军人事务处医疗中心：2 8 、里士满维吉尼亚联邦大学健康机构。英国：l 、曼彻斯特c h r i s t i e 医院；2 、伦敦k i n g s 大学医院；3 、曼彻斯特啪肋e n s h a w e 医院；4 、格洛斯特g i o u c e s t e r s h i r e 皇家医院；5 、斯旺西m o 币s t o n 医院；6 、伦敦国家医疗激光中心：7 、古尔y o r k s h i r e 激光中心：8 、格拉斯哥g a r t n a v e l医院：9 、敦提n i n e w e l l s 医院；1 0 、诺丁汉阜后医疗中心。法国：l 、昂热尔c h ua n g e r s ；2 、里尔h u r i e z 医院，c h r u ；3 、贾特尔c h6四吡咯化合物的激光光解研究i n t e r c o m m u n a ld ec r e t e il ：4 、鲁昂c h a r l e sn i c o l l e 医院；5 、巴黎s a i n ta n t o i n e 医院；6 、波尔多s a i n t a n d r e 医院；7 、c l a 肌扒a n t o i n eb e c l e r e 医院；8 、斯特拉斯堡h h a u t e p i e n e 医院；9 、格勒诺布尔c h u 一医院n o r d ；1 0 、里昂l ac r o i xr o u s s e 医院；l l 、c l a n i l 眦m i l i t a j r ed ep e r c v 医院；1 2 、南锡a l e x i sv a u t n 中心；1 3 、尼斯p a s t e u r医院。德国：1 、伍珀塔尔k l i n i 啪b a n n e n ；2 、波特洛普m 撕e n 医院；3 、门斯特m u i l s t e r 大学；4 、哈梅伦心e i s 心a n k e n h a u s 。加拿大：1 、t 1 1 el a s e r d e m l a t o l o g yi n s t i t u t e ；2 、t h en o i r t o nh o s p i t a lc a n c e r1 r e a t m e n tc e n t e r ；3 、s t m i c h a e l sh o s p i t a l ，t o r o n t o ，o n t a r i o ；4 、b r i g h a ma n dw 6 m e n sh o s p i t a l ，b o s t o n ；5 、t h eb o s t o nv a m c ；6 、b r i t i s hc o l u m b i ac a n c e ra g e n c y ，v a n c o u v e r b c 以及日本东京医科大学附属医院、荷兰阿姆斯特丹荷兰癌症研究所、意大利米兰肿瘤研究所、以色列拉马特甘s h e b at e lh a s h o m e r 医疗中心、澳大利亚新南威尔士消化道疾病中心等地。已经批准的临床应用有：在美国：食管癌辅助治疗，完全阻滞性肿瘤，部分阻滞性肿瘤，无法使用n d ：y a g治疗：微侵袭非小细胞肺癌，位于不适用手术或放疗部位的根治；阻滞性非小细胞肺癌辅助治疗。加拿大：同美国，另加上，适用两项辅助治疗但部分阻滞性食管癌并不限于不适用n d ：y a g 的患者，适用早期非小细胞肺癌，膀胱癌。1 1 5 光动力疗法在我国的发展我国在p d t 方面的研究较美国、日本等国起步稍迟，但进步较快。1 9 8 1 年7月北京同仁医院应用北京工业制药研究所研制的h p d 和北京市光电子技术研究所提供的激光器，诊治一例左下睑基底细胞癌患者获得成功，从而开创了国内p d t应用的先例。同年北京成立了“北京地区p d t 治疗协作组”，共有8 家医院参加，在1 9 8 2 年8 月至1 9 8 4 年1 2 月期间共采用p d t 治疗各种肿瘤患者4 2 l 例，总有效率达8 6 7 。p d t 诊治肿瘤曾被列为我国“六五”、“七五”科技重点攻关项目。国家投入了大量人力物力，从药物、设备、基础到临床做了大量研究，得到了举世瞩目的成就，同时也加快了p d t 专业队伍的建设和相关人才的培养，极大地促进了我国p d t 事业的发展和普及。经过多年的协作攻关，我国研制出临床需要的多种激光7四吡咯化合物的激光光解研究器，开发出癌卟啉、癌光啉和光卟啉等光敏剂，临床诊治患者达数千例以上，使我国成为p d t 病例数最多的国家。目前，我国在光敏剂开发、相关基础研究和临床应用等方面已形成自己的特色，某些领域已走在世界前列。1 1 6 光敏剂简介光动力疗法最根本的因素是光疗药物及光敏剂。根据光疗本身的要求，理想的光疗药物应具有以下特点：( 1 ) 三重态量子产率高。( 2 ) 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。( 3 ) 选择性高。( 4 ) 光毒性高而暗毒性低。( 5 ) 能从正常组织中快速清除。( 6 ) 容易大量合成，容易保存，且药物的配方简单。1 9 9 4 年，第一个卟啉类光动力抗癌药光敏素i i 被批准上市，用于治疗皮肤、食道、支气管、膀胱等多种不同的恶性肿瘤。美国、加拿大、日本、法国、荷兰等国家已批准使用光敏素i i 治疗食管癌，日本、法国、荷兰和德国批准使用治疗肺癌，在英国曾成功的治疗了易使老年人丧失视力的黄斑变性，欧美其他国家于2 0 0 0年推行了这一疗、法【15 1 。h p d 虽然从7 0 年代末开始在世界各地用于光动力治癌，但国外却一直未正式作为新药注册，8 0 年代初，我国先后有血卟啉( h p d 北京) ，癌光啉( p s d 0 0 7 ，上海) 和光卟啉三种混合卟啉制剂过渡临床试用，其中北京h p d( 商品名血卟啉钠) 已获得国家新药实验批准文号，p s d 0 0 7 于1 9 8 3 年由解放军总后勤部卫生部批准过渡临床试用。目前已用于临床的肿瘤光化学诊治药物主要是血卟啉类：包括以血卟啉为原料制得的h p d 及其分离成分，如光敏素i i ，h p s 及y h p d 和根据类似血卟啉( h p )的制备方法由氯化血红素直接制得的血卟啉光敏剂p s 0 0 1 及其分离组分p s d 0 0 7等。具体如下：( 1 ) h p d 及其分离组分卟非姆纳( p o r f i m e rs o d i 啪)h p d 是最早用于光疗的卟啉化合物，2 0 世纪8 0 年代和9 0 年代初有大量研究报道【1 6 - 17 1 ，并于1 9 9 4 年以商品名光敏素( p h o t o 衔n ) 被批准临床应用【1 引。( h p d 由8四吡咯化合物的激光光解研究血卟啉h p 与乙酸一硫酸混酸反映后又与稀氢氧化钠水溶液反应而得到。b o n n e t t等实验证明，h p d 原料是由9 种不同的卟啉组成的混合制剂，其注射剂则因其中的5 种酯在配制中遇碱水解而只剩下血卟啉( h e m a t o p o 印h y r i n ，h p ) ，原卟啉( p p ) 和一对羟乙基一乙烯基次卟啉( h v d ) 的位置异构体。k e s s e l 等研究了h p d 各成分的肿瘤定位作用。因此，只能从b o i u l e t t 未检出的未知成分亦即d o u 曲e r t y 等以后研究证明的h p d 肿瘤光生物活性成分或借非选择性肿瘤定位作用来解释h p d 的肿瘤光动力治疗作用。鉴于h p 、h v d 、p p 等不仅光敏化力较强，生物半排期亦较长，故在使用中正常组织会发生持久的光毒反应。m o 玎i s 等对合成得到的d h e 进行了肿瘤光生物活性测定，结果表明，d h e 可因醚键的连接方式不同而呈不同的肿瘤光生物活性，与光敏素i i 活性相当的d h e 只是其中的微量组分，b y m e 等在光敏素i i 中分离得到一种借c = c 双键连接的卟啉二聚体及其相应的三聚体具有与h p d 相当的肿瘤光生物活性，由上可知，与h p d 相比，光敏素i i 的主要特点是对肿瘤无定位作用的光敏化卟啉含量相对较低。( 2 ) 癌光啉( p h o t o c a r c i n o 血，p s d 0 0 7 )p s d 0 0 7 是8 0 年代初许德余等人独立研制成功的一种新型混合卟啉制剂。它是由血卟啉单甲醚、甲氧基乙基乙烯基次卟啉、血卟啉二甲醚、h p 、h v d 和p p等6 种卟啉所组成，作为肿瘤光生物活性成分，前三种卟啉含量占8 0 以上。h p 、h v d 、p p 等对肿瘤无选择性定位作用的光敏化卟啉含量占2 0 。p s d 一0 0 7 的肿瘤光生物活性至少不低于光敏素i i 而明显高于h p d ，对正常组织的光毒反应则远低于后者。8 0 年代扬州研制的光卟啉h p d 是一种与光敏素i i 类似的混合卟啉制剂。据报道它是由血卟啉、原卟啉、h v d 以及占总量约1 4 的d h e 组成。上述药物均是复杂的混合卟啉制剂，这不仅限制了作用机制的研究，而且对其转化为法定新药带来了困难。此外，由于其组成成分具有与血卟啉相同的基本分子骨架，它们在红光区低吸收和由此造成的对光动力深度的限制。因此，8 0 年代后期开始，光动力治癌新药的研究重点转向了在红光区具有高吸收率的单体化合物。由于肿瘤荧光定位诊断和光动力治疗建立在不同的理论基础之上，长期以来形成的同一药物兼具诊断和治疗两种功能的老观念即将成为历史，今后面对的将是研究和发展独立的肿瘤荧光定位诊断剂和光动力治疗药物的新时期。目前已有一组第二代光敏剂问世，包括氨基酮戊酸( a l a ) 、m t h p c 、初卟啉9四吡咯化合物的激光光解研究锡、亚甲兰和甲苯胺蓝、z i l p c 和a l p c 、苯卟啉衍生物等。第二代光敏剂部分克服了第一代光敏剂的缺点，表现为光敏期短，作用光波较长，因而作用深度增加，产生的单线态氧也较多，对肿瘤更有选择性。1 2 6 1 第一代光敏剂( 1 9 6 1 1 9 8 3 ) 简介虽然人们很早就认识到血卟啉的光毒性，但对其深入的认识直到五十年代才有了进展。五十年代，s c h w a l t z 发现的实验中起作用的不是血卟啉的单分子，而是血卟啉的共聚混合物。到了六十年代，l i p s o n 和他的同事们接着的工作对血卟啉的混合物进行了进一步的提纯，制得了血卟啉衍生物h p d 。这是真正意义上的第一个光疗药物。到了八十年代，d o u 曲e r r t y 等将它发展为h p d 。第一代光敏剂本身具有缺陷如选择性不强，在体内停留时间长，副作用大。而且，使药物活化的激发光最大波长不在理想范围内，穿透力不强等缺点。由于h p d本身的这些缺陷，因而促使人们去寻找和研究新的光敏剂，以期提高光动力治疗的效果。1 2 6 2 第二代光敏剂( 19 8 0 一) 简介在八十年代初，有关改进光敏剂的工作就取得了很大的进展。由于h p d 在光疗中所做的杰出贡献，人们将其称为第一代光敏剂而将新出现的光敏剂称为第二代光敏剂。主要有以下几种：1 四苯基卟啉及其衍生物：四苯基卟啉是最容易合成的卟啉类化合物，这使得它成为开发p d t 药物的非常有用的前体而引起了人们的广泛关注。一系列四苯基卟啉的衍生物被合成出来进行研究，并取得了很多成果。同时，人们也认识到不对称的四苯基卟啉衍生物也具有特殊的生物活性。有关此类化合物的报道层出不穷。但此类化合物在长波方向的吸收光的能力不强。2 二氢卟吩类光敏剂：这一类化合物主要包括叶绿素类和细菌卟吩。是卟啉结构中一个吡咯环上的双键被还原后的产物。这类化合物具有很好的光物理性质，在可见区吸收波长长且吸收强。从理论角度讲，这类化合物表现出了适合p d t 药物的特性，具有开发成p d t药物的巨大潜力。它们所存在的缺点各不相同，如有的具有长期皮肤光敏性，有的稳定性差。l o四毗咯化合物的激光光解研究3 合成烷基卟啉衍生物：就是指在吡咯环上有各种取代基的卟啉化合物。这类化合物的代表是八乙基红紫素锡。这是一个光疗性能很好的化合物，它在光疗中不伤正常组织，且皮肤光敏性反应小。其作用机理是引起细胞膜的损伤。但总的说来，此类化合物的缺点也很突出，合成步骤长且产率低，产物稳定性差。4 其它卟啉化合物：主要包括卟啉与一些小分子如类固醇、类脂、多肽、核苷、核苷酸、小分子糖等的配合物。经研究发现，此类化合物可大大提高卟啉光敏剂对肿瘤细胞的选择性。因而引起人们广泛关注。这方面的工作正处于探索阶段。大多数第二代光敏剂的研究都集中在四毗咯体系，结合其它光敏剂的实验来看，这一现象似乎有点奇怪。尽管我们还不能下结论认为其它光敏剂不值得去研究，但很明显，大环四吡咯体系对p d t 一定具有某种优越性，其优越性表现在它们都能有效产生单重态氧，在无光的时候是无毒的。另外，它们相当稳定。新开发的第二代光敏剂一般能从身体很快的清除。光敏剂具有光漂白性质，也是一个值得考虑的因素。1 2 四吡咯化合物简介已经研究和使用的大多数光敏剂都属于四毗咯化合物。四吡咯化合物是一类具有卟吩核的大环化合物的总称。四吡咯化合物广泛存在于自然界中，如动物体内的血红素( 图1 2 ) 和植物体内的叶绿素( 图1 3 ) 等。在许多生物过程中起着关键作用。作为血蛋白和肌红蛋白的辅基，血卟啉在生物体内氧的输送和储存中起着核心作用，而含有血卟啉单元的细胞色素，在光合作用的电子输送链中起到单电子载体的作用。植物体中同样也存在很多类四吡咯化合物。例如，四吡咯环中的一个吡咯环被还原，就得到一种四吡咯化合物绿素类化合物，如图卜3 所示的叶绿素a 就是其中的一种。进一步还原一个吡咯环，得到另外一种四吡咯化合物一菌绿素。毫无疑问，四吡咯类化合物在自然界中具有相当独特的作用。由于四吡咯化合物具有独特的结构与性能，因而广泛的应用于分析化学、医药化学、生物化学、以及光催化化学等各个领域。四吡咯化合物的激光光解研究图1 2 血红素图1 3 叶绿素a该类化合物的共同结构是卟吩核，卟吩是由1 8 原子、1 8 电子组成的大7 c 体系的平面性分子，具有芳香性，有两个共振结构：图1 4 卟吩核的共振结构这种结构有两个环外双键，利用环内的n h 官能团离域。四个吡咯环之间的碳( 5 ，l o ，1 5 ，2 0 位) 被称作中位碳。其余8 个被取代的碳称作外环碳，与较大的金属离子生成配位化合物时，其原平面的大环会发生一些扭曲。四吡咯化合物都是高熔点、深色固体，大多数不溶于水和碱，但能溶于无机酸，溶液有荧光，对热十分稳定。在溶液中，四吡咯化合物并不是只以单体形式存在，而是自发聚集为二聚集和多聚集。自聚集是四吡咯化合物类化合物的一种重要行为。实验表明，在生物体内，四吡咯化合物的聚集体有很重要的作用。例如，被称为“特殊对( s p e c i a lp a i r ) ”的细菌叶绿素二聚体就是细菌反应中心的主要电子提供者。和单体相比，叶绿素和细菌叶绿素的聚集体的性质( 包括吸收光谱和氧化还原电势) 有很大改变。对于卟啉分子来说，驱使单体成为二聚体的主要原因是：- 相互作用、静电作用，氢键，属于非共价弱相互作用力，其和共价键作用有很大区别：1 、共价作用主要用来形成经典分子，而非共价作用主要用来构筑超分子。2 、形成共价键的各原子间要有原子轨道的重叠，而形成非共价键的各原子间不要求有1 2四吡咯化合物的激光光解研究轨道重叠，因为它们的吸引力主要取决于构成非共价键的模块的电子性质。3 、共价键键长一般小于2 a ，而非共价键的作用范围通常为在几个a 。四吡咯化合物最显著的化学特性是其易于和金属离子形成1 ：l 的配合物，卟啉与周期表中各类金属元素( 包括稀土金属元素) 的配合物都已经得到，大多数具有生理功能的吡咯色素都以金属配合物形式存在，如镁元素存在与叶绿素中，铁元素存在于血红素中。1 3 激光光解技术简介激光光解时间分辨吸收光谱装置是利用皮秒或纳秒级脉冲激光束作为激励光源照射样品，引发体系中靶分子的激发或电离等快速反应过程，所产生的瞬态粒子通常在紫外及可见光区域有光吸收，利用这种特性，使用白光作为检测光源并用快速光电转换及记录装置将光信号转换成电信号，从而跟踪分析瞬态粒子的生成、转换以及衰变等过程。该时间分辨技术是利用最先进的物理手段去研究化学原初反应过程，为了解体系的动态反应机理及快速反应动力学研究提供强有力的研究手段。国际上在2 0 世纪六十年代出现了微秒级脉冲辐解技术，开始了快速反应动力学的研究。其中溶剂化电子的发现是其最为重要的研究成果，它证实了人们先前的推测并极大地促进了化学自由基反应机理的研究。随着激光器技术与电子学技术的发展，随后在国际上出现了纳秒级、皮秒级与飞秒级激光光解时间分辨吸收光谱装置，为快速反应动力学的研究提供了强有力的研究手段。快速反应动力学过程研究是当今世界科学最重要的前沿课题之一，它可观察许多的快速反应作用过程，可以探索一些以前无法研究的自然过程及现象。可用于超快化学反应动力学过程等的研究，例如振荡弛豫、激发态、超激发态、分子分裂和分子内电荷与能量传递、自由基反应等过程。为化学、生物学、环境科学等学科的研究提供一个了解其作用过程