（化学工艺专业论文）单臂β取代卟啉光敏剂合成及其生物活性研究.pdf

at h e s i ss u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o r t h ed e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g s t u d y o n s y n t h e s i so fs i n g l e a r m e dp s u b s t i t u t e d p o r p h y r i n sa n d t h e i r b i o l o g i c a lp h o t o s e n s i t i v i t y m a j o r c h e m i c a lt e c h n o l o g y c a n d i d a t e d e n gp e n g x i n g s u p e r v i s o r p r o f h u a n gq i m a o w u h a ni n s t i t u t eo f t e c h n o l o g y w u h a n h u b e i4 3 0 0 7 4 e 凡c h i n a m a y 2 0 1 0 摘要 摘要 本文以2 稍基四苯基卟啉及其c uo r n i 配合物为原料与2 一萘酚反应 制备了4 个单羟基萘基伊取代卟啉 其萘基e 的羟基与1 6 溴己烷反应合 成了4 个单臂伊取代卟啉 利用该单臂卟啉 桥连吡啶锚盐合成了4 个单臂伊 取代阳离子卟啉 桥连具有抗癌作用的生物活性小分子姜黄素以及和厚朴酚合 成了1 2 个天然产物活性小分子桥连卟啉 对这1 6 个新型光敏药物进行了结构 表征并测试它们的光敏生物活性 主要工作如下 1 对u 哨基四苯基卟啉及其c uo r n i0 i 配合物的合成方法做了改进 利用2 一萘酚分别与2 稍基四苯基卟啉及其c u n i 配合物反应制备单羟 基萘基伊取代取代卟啉 并在理论分析的基础上对其合成过程做了优化 2 以2 2 羟基萘基 5 1 0 1 5 2 0 四苯基卟啉及其c u0 i n i0 i z n0 1 配合物7 8 9 1 0 为原料 分别和1 6 溴己j 皖反应合成了4 个单臂伊取 代卟啉1 l 1 2 1 3 1 4 利用其单臂化学桥连吡啶筠盐合成了4 个伊取代阳 离子卟啉1 5 1 6 1 7 1 8 通过核磁共振光谱 红外光谱 紫外 可见光谱 元素分析和质谱对新化合物的结构进行了表征 3 测定了卟啉化合物1 6 1 7 1 8 的单线态氧产生能力 分别在光照和无 光照条件下对比测试了1 5 1 6 1 7 1 8 的抗菌活性及对d n a 的切割能力 发现除铜配体的1 5 外 其它卟啉化合物1 6 1 7 1 8 都表现出很好的光敏抗菌 效果和d n a 切割能力 且高浓度时对e b 具有明显的竞争抑制作用 通过紫 外光谱法研究1 5 1 6 1 7 1 8 与c t d n a 的相互作用及结合能力 结果表明 它们与c t d n a 体现为自堆积的外部键合作用模式 4 对2 萘酚及1 萘酚与2 硝基四苯基卟啉及其c u 回 n i0 i 配合物反 应产物的同分异构体卟啉进行了生物活性测试比较了同分异构体卟啉光敏生 物滑f 生差异 并利用c h e m 3 d 的m m 2 分子力场计算方法讨论了 对同分异构 体卟啉的优势空间构象 实验结果显示 同分异构体卟啉的空间构象的非平面 化程度相当 生物光敏活性差异也不明显 5 利用4 个单臂伊取代卟啉1 1 1 2 1 3 1 4 化学桥连姜黄素以及和厚 武汉工程大学硕上学位论文 朴酚合成了1 2 个卟啉化合物2 3 3 4 通过核磁共振光谱 红外光谱 紫外 可 见光谱 元素分析和质谱对新化合物的结构进行了表征 探讨了其切割d n a 作用能力以及与d n a 的作用模式 实验结果显示 姜黄素以及和厚朴酚对 d n a 无明显切割作用 天然产物活性小分子桥连卟啉与d n a 为外部结合作 用 在不光照条件下无切割作用 在光照条件下体现较好的切割作用 关键词 单臂伊取代卟啉 阳离子卟啉 姜黄素 和厚朴酚 合成 结构修 饰 光敏活性 i nt h i sd i s s e r t a t i o n t h es y n t h e s i so fs i x t e e np o r p h y r i n sa r ed e m o n s t r a t e d 2 n i t r o t e t r a p h e n y l p o r p h y r i na n d i t sc u 回 n i c o m p l e x e sw e r et a k e na sm a t e r i a l t or e a c tw i t h2 n a p h t h o lf o r m i n gf o u rh y d r o x y lg r o u pi f s u b s t i t u t e dp o r p h y r i n s w h i c h b r i d g ew i t h1 6 d i b r o m o h e x a n eb ym a k h 呜u s eo f t h e a c t i v eh y d r o x y lg r o u pc o m i n g i n t of o u rs i n g l e a r m e dp s u b s t i t u t e dp o r p h y r i nc o m p o u n d s t h ef o u rs i n g i e a r m e d i f s u b s t i t u t e dp o r p h y r i n s 晰d g e dw i t hp y r i d i l a i u m t of o r mi f s u b s t i t u t e dc a t i o n i c p o r p h y r i n s t h ef o u rs i n g l e a r m e dp s u b s 6 t u t e dp o r p h y r i nr e a c t e dw i t hc u r c u m i n a n dh o n o k i o lr e s p e c t i v e l yt of o r mt w e l v en o v e lp o r p h y r i nc o m p o u n d s 嘶d g e d w i t hm o l e c u l a rw i t hb i o l o g i c a la c t i v i t y m o r e o v e r t h ep h o t o s e n s i f i v i t i e st e s to ft h e s i x t e e np o r p h y f i n sw a sc a r r i e do u ta n dt h e yw e r es t r u c t u r a l l ye 溅 t h ew o r ki sc o m p o s e da sf o l l o w s 1 m n i t r a t i o np r o c e s so f p o r p h y r i nt os y n t h e s i z e2 n i t r o t e t r a p h e n y l p o r p h y r i n a n di t sc u n i c o m p l e x e sw a so p t m a t z 缸2 2 h y d r o x y n a p h t h y l 5 1 0 15 2 0 t e t r a p h e n y l p o r p h y r i n sa n di t sc u n i z n 0 i c o m p l e x e sw e r eo b t a i n e d t h r o u g ht h e 删m 捌r e a c t i o no f p n i l r o t e t r a p h e n y l p o r p h y r i na n d i t sc u n i c o m p l e x e sw i t h2 n a p h t h 0 1 t h ep r o c e s s w a si m p r o v e db ym 饯加e t i c a la n a l y s i s 2 2 2 h y d r o x y n a p h t h y l 5 10 15 2 0 t e t r a p h e n y l p o r p h y r i n sa n d i t sc u z no r c o m p l e x e s w e r et a k e na ss t a r t i n gm a t e r i a l t o r e a c tw i t h 1 6 d i b r o m o h e x a n e f o r m i n g4s i n g l e a r m e dp s u b s t i t u e dp o r p h y r i nc o m p o u n d s11 1 2 1 3 1 4 w h i c hb f i d g e dw i t hp y r i d i n i u mt of o r mi f s u b s t i t u t e d c a t i o n i c p o r p h y r i n s l 5 1 6 1 7 1 8 t h e yw e r es t r u c t u m l l yc h a m c t e r i z e db y i r u v 1 hn m r m sa n de l e m e n t a la n a l y s i s 3 t h e t e s to n c a p a b i l i t yo fs i n g l e to x y g e np r o d u c t i o n f o rc a t i o n i cp o r p h y r i n s16 1 7 1 8h 勰b e e ni m p l e m e n t e t h ec l e a v a g ea b u i t yt e s to f1 5 1 6 1 7 1 8o nd n a b y g e le l e c t r o p h o r e s i s a n d a n t i b a c t e r i a la c t i v i t yo ns t a p k y l o c o e e u a 饿矿研岱u n d e rp h o t o i r r a d i a t i o na n dd a r kc i r c u m s t a n c e sh a v eb e e nc a r r i e do u tr e s p e c t i v e l y t h er e s u l t s s h o wt h a tc a t i o n i cp o r p h y r i n s 呻 z n i o f r e e b a s e e x h i b i th i 曲p h o t oc l e a v a g e 武汉工程大学硕 学位论文 a b i l i t yo nd n a 锄dp h o t o c y t o t o x i c i t ya g a i n s ts 配p h y l o c o c c u sa n g u s i na d d i t i o n a t h i 曲c o n c e n t r a t i o n 15 16 17 1 8p r e v e n tt h ee bf r o ms m l n 堍d n a s ou v v i s s p e c t r a lm e a s u r e m e n t so fp o r p h y r i n c td n aw e r ec o n d u c t e dt oe x p l o r et h e i r i n t e m c t i o nm o d e sw i t ht h er e s u l to fs e l f s t a c k e do u t s i d eb h a d i n ga n de l e c t r o s t a t i c 4 2 n a p h t h o la n d1 n a p h t h o lr e a c t e dw i t h2 n i t r o t e t r a p h e n y lp o r p h y r i na n di t s c u0 1 n i0 1 c o m p l e x e sr e s p e c t i v e l yw i t ht h ep r o d u c to fp o r p h y r i ni s o m e r s b i o l o g i c a lt e s to nt h ep o r p h y r mi s o m e r sh a sb e e nc a r r i e do u tt oc o m p a r et h e p h o t o s e n s i t i v ed i f f e r e n c e sb e t v g e e nt h e m m m 2o fc h e m 3 dw a sa p p l i e df o rt h e e n e r g y m i n i m i z e ds t r u c t u r ea n a l y s i s t h er e s u l t ss u g g e s tt h a tt h e i rp h o t o s e n s i t i v e d i f f e r e n c e sb e t e e np o r p h y r i ni s o m e r si st i n y 5 t h ef o u rs i n g l e a r m e d s u b s t i t u t e dp o r p h y r i nc o m p o u n d sb d d g e dw i t h c u r c u m i na n dh o n o k i o lr e s p e c t i v e l yt of o r mt w e l v en o v e lp o r p h y r i nc o m p o u n d s 2 3 3 4 a l lo ft h e mw e r es t r u c t u r a l l yc h 黜a c t e l 切e db y 弋u v 1 hn m r m sa n d e l e m e n t a la n a l y s i s m o r e o v e r t h e i rp h o t oc l e a v a g ea b i l i t yt e s to nd n a a l o n gw i t h u v v i ss p e c t r a lm e a s u r e m e n t so fp o r p h y r i n c td n aw e r ec a r r i e do u ta n dr e s u l t s d e m o n s t r a t et h a tp o r p h y r i nb r i d g e dw i t hm o l e c u l a rw i t hb i o l o g i c a la c t i v i t yh a v e p h o t oc l e a v a g ea b i l i t yo nd n a a n dm o d e r a t eo u t s i d ei n t e m c f i o nw i t hd n a k e y w o r d s s i n g l e a r m e df l s u b s t i t u t e dp o r p h y r i i l c a t i o n i cp o r p h y r i n c u r c u m i n h o n o k i o l s y n t h e s i s s m l c t l m o d i f i c a t i o n p h o t o s e n s i t i v i t y 目录 目录 摘 要 二 i a b s a a e t f j录 l i r 第1 章绪论 1 1 1 光动力疗法 p h o t t x i y n a m i ct h e r a p y p d t 与光敏剂 2 1 1 1p d t 治疗日中瘤的基本思想 3 1 1 2 光敏剂的选择标准 3 1 1 3p d t 机j 里 4 1 2 卟啉类化合物作为光敏剂在p d t 中的应用研究 6 1 2 1 天然血卟啉衍生物在p d t 中的应用 6 1 2 2 应用于p d t 的卟啉光敏剂人工合成进展 7 1 2 3 卟啉修饰基团的取代位置 1 2 1 2 4 伊取代卟啉的非平面性质 1 3 1 3 论汶的立题思想及研究的主要内容 1 5 第2 章阳离子卟啉的合成 17 2 1 合j 或足各线 18 2 2 实验 抖j 分 2 0 2 2 1 仪器 蝴l j 2 0 2 2 2 原料 中间体及 产 物的合成 2 0 2 3 结果与讨论 2 8 2 3 1 f 减 i 粉 2 8 2 3 2 结构表征 3 5 第3 章阳离子卟啉的光敏活性研究 3 7 3 1 实验音匿分 3 8 3 1 1 测试仪器与试剂 3 8 3 1 2 阳离子卟啉产生单线态氧能力的测定 3 9 3 1 3 阳离子卟啉的光敏抗菌活性的测定 3 9 3 1 4 阳离子卟啉与d n a 的相互作用测定 4 2 3 2 结罘占 讨j 沦 4 3 3 2 1 阳离子卟啉产生单线态氧能力的测定 4 3 3 2 2 阳离子卟啉的光敏抗菌活性测定 4 4 3 2 3 阳离子卟啉与d n a 相互作用的测定 4 5 第4 章同分异构体卟啉的合成及其光敏生物活i 生差异的探讨 5 3 4 1 l j 9 j 5 i i 分 5 3 4 1 1 主要仪器与试剂 5 3 4 1 2 合两湛备线 5 4 4 2 同分异构体卟啉咣蘧捌的生物活性钡赋 5 7 4 3j l i i l i 讨论 5 7 4 3 1 同分异构体卟啉光敏剂的单线态氧产生能力的比较 5 7 4 3 2 同分异构体卟啉光敏剂的光敏 亢 菌活陛的比较 5 7 4 3 3 同分异构体卟啉对p b r 3 2 2 质粒d n a 的切割比较 5 9 4 3 4m m 2 分子力场计算同分异t 徘nt 啉的最优空间结构 5 9 第5 章单臂桥连生物分子卟啉光敏剂的合成及其与d n a 的作用研究 6 l 5 1 实验音匹分 6 l 5 1 1 主要仪器与试窃j 6l 5 1 2 合j 或足各线 6 2 5 2 卟啉光敏帮j 与p b r 3 2 2 质粒d n a 的切割作用 6 8 5 3 结果圭僦 6 8 5 3 1 合威涪阵分 6 8 5 3 2 生物活性测试部分 6 9 第6 章结论 81 j i l j j l l j i 缺 8 3 硕士期间已发表论文 9 5 致谢 9 7 第1 章绪论 卟啉化学研究是当今化学 医学 材料学和信息学等多学科交叉领域的热 门研究分支之一 卟啉化合物广泛存在于自然界的生命体中 是各种细胞生物 的生物功能大分子的核心组成部分 如镁卟啉构成光合作用中心的叶绿素 铁 卟啉形成生命体血液中的主要成分血红素 钻卟啉是生物体新陈代谢不可或缺 的微量有机物质维生素b 1 2 的主要结构 它们在生物体内扮演着一系列重要 生物化学反应的角刨1 2 1 同时 人们很早就认识到卟啉化合物因为其特殊的结 构从而表现出独特的生理活性 探索研究卟啉的理化性质及其在生命体特别是 生物细胞中的作用机理为人类所掌握利用 并能够将卟啉化合物实践应用于医 学 生物化学 材料化学 合成化学 能源利用等方面是近百年来人们不断追 求的目标 人们对卟啉化合物的合成及应用研究进行了孜孜不倦的追求 卟啉 的结构最早在1 9 2 9 年由f i s h e r t 和z e i l e 成功合成氯高铁卟啉后得到证实 卟 i 嫩p o r p h y r i n s 是以卟吩为大环母体并带有各种取代基的同系物或衍生物的总 称 例如1 1 a 所示的5 1 0 1 5 2 0 四苯基卟啉 t p p 卟啉的母核卟吩删i n e 环是由4 个吡咯环通过次甲基相连组成 其闭合环的1 8 个兀电子共轭体系符 合休克尔规则 4 l 2 所以卟吩具有芳香f 生和较好的稳定性 通常称吡咯环 上的2 3 7 8 1 2 1 3 1 7 1 8 位为 位 而5 1 0 1 5 2 0 位则为中 m e s o 位 如 图1 1 a 所示 在分子水平上对卟啉的结构有着清晰地认识拉开了人们对卟啉 化学人工合成研究的序幕 人们开展了大量的人工合成卟啉研究工作1 3 1 人们 在卟啉的不同位置桥连不同的活性取代基 并且将卟啉环内的2 个氮原子上的 质子用不同金属离子取代络合生成不同的金属 b l 彬m e t a l l o p o r p h y r i n s 得到了 多种多样的人工合成卟啉化合物 并深入研究了它们的各种理化性质 4 将它 们广泛应用于超分子识别 d n a 探针 药物 催化及材料科学等研究领域 1 近年来 卟啉化合物作为光敏剂应用于光动力疗法 p h o t o d y n a m i ct h e r a p y p d t i 拘潜能研究比较活跃 9 武汉工程大学硕上学位论义 图1 15 1 0 1 5 2 0 四苯基卟啉及卟吩结构 f 嘻1 1t h e s l n 劬a e so f p o r p h y r i na n dp o r p h i n e 卟啉作为光敏剂应用于光动力疗法 p h o t o d y n a m i ct h e r a p y p d t 阳离子卟啉 合成以及伊取代卟啉合成的相关背景总结如下 1 1 光动力疗法 p h o t o d y n a m i ct h e r a p y p d t 与光敏剂 光动力疗法是指通过特定波段的可见光光辐射激发位于人体肿瘤或其它 病理性病变组织内部的光敏剂进行杀伤病变组织而达到治疗效果的一种新兴 治疗手段 在临床上一般是通过静脉注射对病变生物组织具有较强亲和能力的 光敏剂 利用光敏剂的选择i 生吸附的特性富集于病变区的组织细胞上 再使用 特定波段的可见光照射病变区组织 当光敏剂吸收可见光的光能后到达具有高 化学势能的激发态 激发态的光敏剂进一步将能量传递给周围环境中的氧生成 单线态氧等高活性氧 利用活性氧的氧化性氧化损伤病变组织细胞 p d t 作 为一种正在蓬勃发展中的新型治疗手段 不仅应用于临床上的癌症治疗 还越 来越广泛的应用于多种疾病的治疗研究l m l 2 1 自1 9 6 0 年1 l l l i p s o n 和s s c h w a n t 首次进行p d t 研究以来 针对p d t 在恶性肿瘤以及其它疾病中的作用机制和 临床应用进行了很多的研究探索 取得了许多令人瞩目的成蒯 其中 肿瘤 癌症的光动力治疗 是很多国家尤其是欧美日等发达国家正在如火如荼开 展研究的一种非侵入性临床治疗方法手段 相对现今的一些常规癌症治疗方 法 p d t 具有治疗效果明显 副作用小 创伤康复快等优点 因此具有非常 广阔的发展应用前景 目前 在欧美日等发达国家 光动力治疗已经作为 种 肿瘤治疗的技术 获得相关政府主管机构的审查批准 成为 种肿瘤诊断和治 疗的新手段 m 1 6 1 1 1 1p d t 治疗肿瘤的基本思想 p d t 满足三个基本要素 光敏剂 氧以及光辐射 其操作要求 1 寻求一种合适的光敏剂 能对肿瘤组织产生选择l 生富集吸附 光敏剂 对癌细胞的亲和能力远大于对正常组织细胞的亲和能力 且在肿瘤组织中的滞 留时间较长 并能通过光的照射对肿瘤组织产生有效的光损伤 2 利用静脉注射或体表涂抹光敏剂 依据于光敏剂以及肿瘤的种类等待 一定的平衡时间 让光敏剂在正常组织与肿瘤组织之间进行选择性吸附富集 3 用可见光照射肿瘤组织上的光敏剂 利用光敏剂产生的高活性氧优先 损伤肿瘤细胞上的生命功能分子达到杀伤肿瘤细胞的目的 1 7 2 0 所以 从以上几点分析可以看出对于肿瘤的光动力治疗来说 其关键是找 到一种合适高效的光敏剂 1 1 2 光敏剂的选择标准 理想的p d t 光敏剂应具备 1 在6 0 0 8 0 0 n m 的可见光区域有较强吸收 2 能量高t 9 4 k j m o l 的三重态光敏剂的量子产率高 3 单重态氧的量子产率高 4 注不光照时 注射到体内或涂抹于体表的光敏剂对正常组织细胞没有破坏作 用 5 y 芷肿瘤组织上与正常组织之间的选择性吸附平衡比要高 在肿瘤组织中 的滞留时间较长 一定的平衡时间之后 正常组织中的卟啉浓度要远低于在肿 瘤组织中的浓度 6 根据药物动力学的要求 多余的药物应能很快从体内排 泄 光敏剂的性质与结构密切相关 结构不同 光敏剂在生物体内的结合部位 不同 p d t 的作用机理也不同 效果也明显不同 1 2 2 1 2 2 1 武汉工程大学硕士学位论文 1 1 3p d t 机理 0 s 卜1s 3 s t y p eim e c h a n i s m 3 s 3 s s s s 一 s 3 s s u b s u b s s 3 0 2 s 0 2 s u b 3 0 2 o x i d a t i v ed a m a g e s u b 0 2 o x i d a t i v ed a m a g e t y p e i im e c h a n i s m 3 s 3 0 一0 s 1 0 2 s u b 10 2 o x i d a t i v e d a m a g e 0 s 售疑湖蝴1 s 幸傅卜黻单魏3 s 宰c 疆跷剃蜘s d 删阳离子自由戡 d 镦剂阴离子自由基 s 曲懒s 时倜渤阳离子自由基 氇国桶 听 氧阴离子自由翘1 0 2 蚴 图1 2p d t 治疗原理 1 2 t h em e c h a n i s mo f p d t 如图1 2 所示 p d t 的基本机理是 利用光敏剂对靶细胞的选择性富集 的特性 然后利用特定波长的光源照射激发光敏剂 光敏剂吸收光子能量从稳 定的基态跃迁到活跃的第一激发单重态 再经过能级衰变后变化到能量较低且 寿命较长的三重激发态 接下来经历t y p ei 和t y p e 两种光化学反应机理 损伤病变靶细胞 t y p ei 型反应机理是三重态的光敏剂与底物分子通过氢原子 或电子的转移 产生底物以及光敏剂的自由基或自由基离子 这些自由基或自 由基离子可与周围环境中的氧反应生成氧化物而损伤底物 t y p ei i 型机理是三 重态的光敏剂将能量传递给环境周围的基态氧生成受激发的单重态氧 受激发 的单态氧是一种能与生命分子中的一些氧化敏感基团 如不饱和脂肪酸 氨基 酸 核酸 作用导致其被氧化失活的高反应活性物质 在光动力治疗中 这两 第l 章绪论 l 心t il o l r z 一鼍一 矿r 一滞渊 4 蛋氨酸 s m e c h 2 c h 2 r n h c h c o r o s m e i c h 2 c h 2 r n h c h c o r 图l 3 单线态氧与某些生物分子的反应 i 嗨1 3t h e i n t e r a c t i o no f s i n g l e t o x y g e n w i t hs o m eb i o m o l e c u l a r 同时 光敏剂对具有决定细胞增殖作用的遗传物质d n a 和r n a 的磷酸 二脂键的切割破坏等杀伤作用 致使肿瘤细胞d n a 不能稳定复制 转录 表 武汉工程大学硕士学位论文 达 合成肿瘤细胞生长所必需的生长因子 从而达到抑制和损伤肿瘤细胞的作 用1 2 6 1 1 2 卟啉类化合物作为光敏剂在p d t 中的应用研究 对于在p d t 治疗中所所采用的光敏剂人们做了大量的理论与实践研究筛 选工作 其中研究最多的也较为成熟的当属卟啉类化合物光敏剂 2 4 以下是用 于p d t 治疗的卟啉类化合物光敏剂研究的回顾 1 2 1 天然血卟啉衍生物在p d t 中的应用 血卟啉q 踟a 鲫 o 呐河n m 是从人体血液中提取的一种非金属卟啉光敏 剂 是一系列卟啉衍生物的混合物 呈酸 碱两性 为暗红色 溶于已醇和氯 仿 不溶于水 它对氧化剂 光 超声及妖 y 射线敏感 但血卟啉的很多 金属配合物化学性质稳定 其主要成分为图1 4 q b 的 1 血卟啉的生物特性主 要表现为特异性聚集 它能被癌细胞吸收和滞留 因为癌细胞对血卟啉的亲和 力比正常细胞大1 0 倍 血卟啉在癌细胞中的浓度远大于正常组织 且滞留时间 较长 经过4 8 彳2 h 之后 正常组织中的血卟啉已完全清除 而血卟啉几乎全部 滞留于癌细胞中1 2 7 2 9 l 对于血卟啉衍生物选择性富集于恶性肿瘤的机理 人们对此有多种解释 有的观点认为肿瘤组织缺少卟啉及其前体的合成血红蛋白酶 这样导致肿瘤组 织缺少卟啉并且需要大量摄入外源卟啉 也有日本学者研究认为肿瘤组织中含 有 癌脂 物质的聚集 它对非金属卟啉具有很强的亲和性 另外也有研究人 员发现血卟啉衍生物能与肿瘤组织中的低密度脂蛋白受体结合 因为恶性肿瘤 中的低密度脂蛋白受体比正常组织中多得多 所以肿对肿瘤组织的亲和性比 正常组织要强 最近有报道认为 d 在肿瘤组织中的浓度较正常组织要高的原 因不是 d 选择性吸附肿瘤组组织 而是因为肿瘤中的肿的排泄时间比正常 组织要长 2 9 1 血卟啉衍生物是最早应用于p d t 治疗与诊断的卟啉类光敏剂 在p d t 月中瘤 治疗以及诊断领贼占有重要地位 2 0 世纪6 0 年代 l i p s o n 等科研人员研究 种 血卟啉的衍生物 h e m a t o p o r p h y r i nd e r i v a t i v e s h p d 后发现其对恶性肿瘤有很 强的亲和性 且在肿瘤组织中能滞留较长时间 可以利用较小的剂量就诊断和 第l 章绪论 治疗肿瘤癌症3 0 1 于丽等研究合成了一种 血卟啉单甲西轴锄a 1 0 舯呻河n m o n o m e t h y le t h e r h m m e 的主要成分 组分单一 性能稳定 活性氧产量高的 卟啉光敏剂 可作为光动力杀伤肿瘤第二代光敏剂 通过实验表明 h m m e 有在体内代谢快 皮肤光敏感时间短等特点 3 1 2 2 1 蔡宏等利用p t 方法研究 h m m e 对兔耳细胞作用发现 h m m e p d t 是通过破坏细胞内的细胞器 内质 网 核糖体 以及细胞的能量产生中心线粒体 从而破坏了蛋白质的合成 到抑制细胞增殖的目的 3 3 1 而作为一种肿瘤癌症的定位诊断工具 通过静脉注 射到癌症患者身上 由于 d 的荧光有长的长波辐射 因此在紫外光下能清晰 的确认肿瘤组织的位置 3 0 1 r 2 c h o h m e r 2 c h o a c m e r 2 c h o h m e r 1 c h c h 2 r 2 c h c h 2 图l 一4 血卟啉衍生物 r i g 1 4t h e o f h e m e 1 2 2 应用于p d t 的卟啉光敏剂人工合成进展 由于天然卟啉结构复杂 成分混杂 分离提纯困难 已不能满足当今对于 光敏剂的研究需求 所以 人们从现代化学理论出发利用现代合成技术设计合 成了大量光敏剂 并针对它们的光敏f 生做了系统的研究工作 人们对卟啉的改性修饰主要集中在三个方向 通过偶联方式合成双卟啉以 及多聚卟啉 连接 些具有亲水或者亲脂的生物分子合成卟啉 离子型卟啉 包括阳离子型卟啉和阴离子型卟啉 双卟啉以及多聚卟啉主要是通过烷氧醚键 碳碳键 酰胺键等将两个或两 个以上的卟啉进行化学桥连 武汉工程人学硕上学位论文 女hl i t t l e 和吴萱阶等报道合成的中位通过长链烷氧醚键相连的双卟啉阳5 其结构如图1 5 所示 o c h 2 n o f i g 1 5t h es m l c t u 陀o f p o r p h y r i nd i m m e rc o n j u g a t e db ya l k o x yb o n d e m m ad a h l s t e d t 等报道合成的中位通过c c 键桥连的双卟啉阑 其结构如 图l 6 所示 盯 j e 甜心泛 图1 6 碳碳键桥连双卟啉的结构式 f 嘻1 6t h e s t r u c t u r e so f p o r p h y r i nd i m m e rc o n j u g a t e db yc cb o n d 8 一 第1 章绪论 如果在卟啉化合物分子上连接一些亲脂类的结构简单的生物小分子 可以 增强卟啉化合物在通过血液的运输到达人体中脂肪蛋白部位富集吸收 也可以 选择性地在一些类固醇受体上富集 例如图1 7 所示的两亲性卟啉化合物 其 结构为一边连接亲水性的糖 增强卟啉在血液中的溶解性 另一边连接有类固 醇 有较好的选择富集性阳 另外 有报道将甾酮或黄体酮连接到卟啉分子上 因为乳腺癌细胞上有丰 富的类固醇受体 所以此类修饰的卟啉分子可以在乳腺癌细胞上吸附1 3 8 其结 构如图l 一8 所示的卟啉化合物 图1 名卟啉光敏剂桥连甾酮 f i g 1 8t h es 岫l c n o f p o r p h y r i nc o n j u g a t e dw i l h e s t m n e 通过糖单元可以增加化合物水溶性的特点 由此出发是寻找新型卟啉光敏 武汉丁程大学硕 t 学位论文 剂的另一条较实用的途径 最近有关连接糖基到卟啉分子上的报道较为热烈 证实卟啉连有糖单元其光动力治疗 活j 陛跷5 j 巾 蚓如图1 9 所示 r 1 r 1 r 1 r 2 h 霹q 降哆 h o h 图1 9 些糖修饰卟啉的化合物 f i g 1 9t h e 妯仙船o f p q 蛐c o l j j 黜e dw i m 西嘲 f 离子型卟啉如阳离子型卟啉 主要是吡啶翁盐卟啉和铵基卟啉 吡啶基卟 啉由于吡啶上的l 位取代而形成带正电的筠盐离子 康敬万等将5 1 0 1 5 2 0 四 4 郫 一溴代丙氧基 苯基 卟啉与吡啶在无水氯仿中回流反应得到吡啶鲻盐阳离 子卟啉5 1 0 1 5 2 0 i 四睁邻 丙氧基吡啶溴化盐 苯基 i 啉 f f 4 3 1 如图1 1 0 a 所示 1 9 8 2 年 b e t t e l h e i m 等将卟啉上的氨基离子化合成了水溶性很好的离子 型卟啉m e s o 四洚三甲铵基苯基 卟啉 t a p p 图l 一1 0b 嗍 r r r r c h 2 c h 2 c b r r r r 盼岔融 图1 1 0 两种典型的阳离子卟啉 f 唔1 1 0t h e s t r u c t u r e so f c a t i o n i cp o r p h y r i n 阴离子型卟啉如磺酸基和羧基等负电基团修饰的卟啉 1 9 7 1 年 f l e i s c h e r 等用浓硫酸磺化四苯基卟啉1 p p 得到磺酸化四苯基卟啉t s p p 4 5 1 此后人们 运用该法合成了系列的磺酸基卟啉衍生物闱 如图1 11 所示 由于磺酸基有 较大的空间位阻 所以磺化反应一般发生在四苯基卟啉的苯环上的对位 r r r r 审o r x 岭 审 x s 0 3 s o a s o a s 0 3 武汉工程人学硕上学位论文 1 2 3 卟啉修饰基团的取代位置 卟啉修饰基团的取代位置一般有中位取代和 位取代 中位取代卟啉一般 由吡咯和各种不同取代苯甲醛合成 一些中位取代卟啉的结构如图1 1 2 所示 的 2 阽飞夕 o t h p p 3 r 旬删即 旬 州p p t 辨 删 图l 1 2 几种中位取代1 1 卜啉 i 嗨l 一1 2t h e s m c t u r c so f m c s o s u b s d t u t c dp o r p h y r i n 伊取代卟啉方法较多 如可通过取代吡咯或联吡咯缩合合成伊取代 o g o s h i 等先合成带有取代吡咯环 然后四个吡咯与醛在酸性条件下缩合成环形 成一分子在四个 位都带有三氟甲基的铜金属卟啉 如图1 1 3 4 刀 由于此方法 需要先合成带有取代基的吡咯环 所以合成步骤较长且复杂 最终卟啉的产率 不高 c u o a c 2 a c o h r e f l u x 图1 1 3 取代卟啉的结构 i i 毽l 一1 3t h es t r 晖衄岱 堆s u b s l 捌p 0 删聊血 1 2 第1 章绪论 又如通过取代反应 在卟啉环上直接引入伊取代基 再通过伊取代基功 能团转化合成伊取代卟啉 1 9 8 4 年 c r o s s l e y 等利用n 2 0 4 作为硝化剂 与系列的金属卟啉硝化反应 后经硅胶柱层析分离得脯基金属卟啉 后来他们再以苯酚钠作为亲核试剂 系列脯基金属卟啉为底物 在以熔融的苯酚为溶剂的体系中反应 得到伊 羟基取代金属p 1 啉t 2 1 如图1 一1 4 所示 n 2 0 1 4 避光 无水c h 2 c 1 2 a t m c u n i m n z n 等 图1 1 4 由脯基卟啉合成卢酚羟基取代卟啉 f 嘻1 1 4 t h e s y n f l a c s i so f f s u b s 在t u t e dp o r p h y d n 1 2 4 伊取代卟啉的非平面性质 中位取代卟啉的合成报道较为多见 但在卟啉的声位桥连阳离子取代基 1 3 a 一 洲太 而m 由i l 武汉丁程大学硕士学位论文 和生物分子的合成研究则鲜见报道 天然卟啉无一例外的都是伊取代卟啉 所以人工合成伊取代卟啉的结构更接近于天然卟啉构象 1 1 具有更为特殊的光 物理光化学及生物学特性陬4 9 e 取代卟啉的合成研究更具现实意义 在应用 于p d t 方面具有更广阔的前景 把空间位阻较大的基团连接到卟啉大环的边缘 位 由于取代基的位阻 作用使卟啉非平面化 近来各种伊取代卟啉不断涌现 这些研究报道 卟啉 大环平面扭曲的程度随着 位取代基的不同而变化 进而影响卟啉的两个最 高占有轨道a l u 和a 2 u 的能量 从而使伊取代卟啉表现出特殊的光物理化学性 质与功台拶 1 伊取代卟啉的紫外一可见吸收光谱红移 卟啉非平面扭曲后 i 7 1 吸收带红移 即s o r e tb 带一般在4 2 0 n m 例如四 苯基卟啉铜 即哟的s o r e tb 带吸收峰值为4 2 4 n m 其对应的伊取代硝基四 苯基卟啉锹c h c u a y p 的s o r e tb 带吸收峰值为4 2 8 n m 有4 n m 的红移 b a r k i g i a 等研究指出这种因卟啉非平面化引起的红移的大小变化与扭曲程度 成一定的比例关系 但不是一种线性关系1 5 1 1 长波吸收光谱区的q 带 其红移的范围大于b 带 例如 四苯基卟啉镍 0 r n y p 的q o 峰值为5 61 n m 而其对应硝化产物伊取代硝基四苯基卟啉镍 n o r n i t p p 的q o 峰值在5 8 2 n m 这种红移导致卟啉大环的电子占有轨道 a l u n 勉 兀 轨道与空轨道列 之间的能量分化减小 除了红移以外 卟啉非 平面化也会伴随有吸收带变宽嘲o l 2 p y y 代卟啉的荧光量子产率降低 h o l t e n 和黄齐茂等分别对一些 取代卟啉的荧光光谱做了研究 证实在卟 啉非平面化后 它们的荧光量子产率降低 1 0 5 2 3 伊取代卟啉的电子顺磁共振征疆哟 r e e d 等认为卟啉的非平面性控制了顺磁金属配体和大环阳离子自由基之 间的磁偶合 非平面 生的卟啉与阳离子产生反铁磁性的偶合 5 3 1 s h e l n u t t 等通 过对八乙基四苯基卟啉铜的e p r 光谱研究后证实了他们的观点1 5 4 1 r a v i k a n t h 等通过其他技术也证明了他们的观点网 4 伊取代卟啉的氧化还原电势 第l 章绪论 卟啉的非平面化对其本身的氧化以及还原电势影响是现今研究地较透彻 的性质之一 f a j e r 和r a v i k a n t h 等研究证实卟啉的非平面构象比其对应的平面 构象更易氧化而更难还原 5 溯 5 伊取代卟啉的轴向配体亲和力 d e s b o i s 等在研究一系列捆扎血红素的0 2 和c o 的结合离去率后证明 随 着卟啉大环扭曲程度的增加 q 配体的离去率也随着降低 但c o 的离去率不 因为卟啉大环扭曲程度变化而变化 这就合理解释了人体内血红蛋白以及肌红 蛋白对q 和c o 的坌眙和释放机型5 7 1 3 论文的立题思想及研究的主要内容 从上分析我们可以看到 卟啉的非平面化是开发研究新型卟啉具有新的特 殊理化性质的突破e l 其中 卟啉的伊取代修饰是导致卟啉非平面化的一种 重要手段 在生物体内的卟啉类化合物都充分利用这种特性从而使得它们具有 特殊的光物理化学性质 所以 从仿生角度上 合成具有伊取代而引起的非 平面化卟啉有着相当重要的现实意义 在卟啉的2 位即 位引入大的取代基可以使卟啉非平面化 使卟啉具有 一些特殊的光物理化学性质 因此 伊取代卟啉的研究近年来受到广泛关注 黄齐茂等通过一系列的试验研究发现在醋酸和醋酐中 用硝酸盐作硝化剂 与四苯基金属卟啉硝化反应 可以区域选择性合成得到2 硝基取代金属卟啉 该方法具有操作简单 反应条件温和 反应过程容易控制 并且具有可批量合 成的特点 1 4 近年来通过以2 硝基卟啉为底物进行亲核取代反应 可合成多种2 取代卟 啉 如 n h 2 6 0 0 1 4 6 1 1 苯酚和苯氧基圈 烷基嘲 烷氧基嗍等 如c r o s s l e y 等利用系列脯基金属卟啉与苯酚钠反应 得到系列膳基取代金属卟啉 3 为卟啉的 位修饰提供了可能 研究表明 阳离子型卟啉及其金属化合物比阴离子型卟啉具有更优异的生 物活性 阳离子型卟啉不仅具有很高的仿酶活性 而且还具有抗病毒 抗细菌 的活性 6 良6 8 1 阳离子卟啉及其配合物在光敏作用下产生的活性氧也对