专利名称：环糊精修饰单层石墨及其超分子复合物和制备方法及用途的制作方法
环糊精修饰单层石墨及其超分子复合物和制备方法及用途
技术领域：
本发明属于药物及基因载体领域，涉及环糊精修饰单层石墨及其超分子复合物的制备 方法及用途。背景技术：
单层石墨是由spZ碳原子组成的二维结构体。由于单层石墨具有良好韧性和导电导热的性
能，其作为一种新型的炭素材料在各种材料领域具有非常广泛的应用价值，特别是单层石墨 在生物领域的应用。由于单层石墨的大共轭体系，相比于碳纳米管作为药物载体的应用具有 显著的效果。单层石墨通过与具有共轭体系的药物分子通过兀堆积作用，可以将非水溶性的抗 癌药物分子引入到水体系之中。为进一步扩大单层石墨在生物领域的应用，对其进行功能化 修饰显得尤为必要。单层石墨边沿的羧基及芳环损坏处的羟基为单层石墨的功能化修饰提供
了反应位点。近期美国斯坦福大学的Dai等人在石墨边沿修饰PEG高分子后，将非水溶性的抗 癌药物分子SN38成功引入到水溶液当中，该体系于生理条件下能稳定的存在，并且展示了优 良的细胞抗癌效果。图11为PEG修饰石墨作为非水溶性抗癌药物SN38的载体结构图。
环糊精作为一种由糖单元构成的生物兼容性大环化合物，在生物领域具有独特的应用。 在以前的报道中，环糊精被广泛用作非水溶性的药物分子与基因载体。
发明内容
本发明公开了一种环糊精修饰单层石墨及其超分子复合物和制备方法及用途。 一种金刚垸多胺化合物，结构式为C24H51N7034+，结构为
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上述的金刚烷多胺化合物的合成步骤如下，合成路线如图IO所示
在氮气氛围下，丙烯酸甲酯与1-金刚垸胺按质量比为50: l在甲醇溶液中溶液中室温反应24小时，减压蒸馏除去溶剂及过量的丙烯酸甲酯；所得固体溶于甲醇，在氮气氛围中滴入 与1-金刚烷胺质量比为30: l的乙二胺；室温搅拌反应48小时，溶剂以及过量乙二胺通过减 压蒸馏除去；剩余黏稠物溶解在甲醇中，继续加入50倍l-金刚烷胺质量的丙烯酸甲酯，室温 搅拌反应24小时，减压蒸馏除去溶剂及过量丙烯酸甲酯；所得固体通过硅胶柱纯化分离；纯 化后的固体进一步溶解在甲醇溶液中，将30倍l-金刚烷胺质量的乙二胺在氮气氛围下滴入， 室温搅拌反应48小时，减压蒸馏除去溶剂及过量乙二胺，得到金刚垸多胺衍生物。
将金刚垸衍生物与溶液按质量比为4: 1在1 M的HC1水溶液中搅拌反应24小时得到水 溶性铵正离子衍生物。
一种环糊精修饰单层石墨，其组成为平均每一百个石墨单层上的碳原子中约有五个碳 原子与环糊精相连，结构为
上述的环糊精修饰单层石墨的制备步骤如下
将6-乙二胺-p-环糊精与通过Hummers方法制备所得的单层石墨通过l-乙基-(3-二甲
基氨基丙基)碳二亚胺催化在水溶液中进行酰胺縮合，6-乙二胺-P-环糊精单层石墨1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺质量比为10: 1: 1，首先在超声振荡下反应1小时，
随后搅拌反应12小时，加入0.5 mL巯基乙醇终止反应；所得化合物通过0.22 nm聚四 氟乙烯微孔膜进一步纯化，得到环糊精修饰单层石墨。
一种环糊精修饰单层石墨/金刚烷多胺超分子复合物，其结构为
<image>image see original document page 5</image>
上述的环糊精修饰单层石墨/金刚烷多胺超分子复合物的制备步骤包括
在超声振荡下，将等质量比的权利要求1所述的金刚烷多胺化合物加入到权利要求3所述的环糊精修饰单层石墨的饱和溶液中，室温搅拌24小时以上，所得溶液通过0.22 nm聚 四氟乙烯微孔膜纯化处理得到环糊精修饰单层石墨/金刚烷多胺超分子复合物。
所述的环糊精修饰单层石墨在生物领域及基因载体领域的应用，环糊精修饰单层石 墨可以与药物或基因形成超分子复合物，作为一种新型的药物和基因载体。
所述的环糊精修饰单层石墨/金刚垸多胺超分子复合物的应用，由于铵正离子对DNA 的凝聚作用，作为一种新型的DNA凝聚剂。
利用环糊精对单层石墨进行修饰，结合二者所具有的特点，开发出新型的功能化材料。
在DNA凝聚剂中，含铵正离子的生物降解的高分子化合物对DNA的凝聚行为尤为重要。 基于以上原因，我们合成了环糊精修饰单层石墨，利用P-环糊精对金刚烷衍生物的强键合能 力，通过将金刚垸修饰的多胺化合物能有效地引入到含p-环糊精的超分子体系形成超分子复 合物。
本发明的环糊精修饰单层石墨及其超分子复合物可以应用于生物以及基因载体领域。 采用原子力显微镜检测超分子复合物与小牛胸腺DNA的作用，结果表明线状DNA在与 超分子复合物作用后，形貌表现为具有一定尺度分配的纳米颗粒。
本发明中所得产品经&NMR， FT-IR，热重分析，原子力显微镜，光电子能谱等手段进 行了证明，如图l-9所示。
本发明具体描述如下
将6-乙二胺-p-环糊精与通过Hummers方法制备所得的单层石墨通过l-乙基-(3-二甲 基氨基丙基)碳二亚胺催化在水溶液中进行酰胺縮合，6-乙二胺-P-环糊精单层石墨1-
乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺质量比为10: 1: 1.首先在超声振荡下反应1小时，
随后搅拌反应12小时，加入0.5 mL巯基乙醇终止反应。所得化合物通过0.22 pm聚四 氟乙烯微孔膜进一步纯化，得到环糊精修饰单层石墨。
在超声振荡下，将等质量比的金刚烷多胺化合物加入环糊精修饰单层石墨的饱和溶液中。 室温搅拌24小时，所得溶液通过0.22 pm聚四氟乙烯微孔膜纯化处理得到环糊精修饰单 层石墨/金刚垸多胺超分子复合物。
在DNA凝聚过程当中，将等质量的DNA加入到超分子复合物饱和水溶液当中，DNA的 结构由线状化合物变成具有15nm高、100-250nm宽的纳米颗粒。所得纳米颗粒座落于单层石 墨上。
本发明中所设计的环糊精修饰单层石墨及其超分子复合物，合成路线简单，反应条件 温和，后处理简单方便，适于放大合成。利用单层石墨与环糊精的双重载体效应，可以作为一种新型的药物和基因载体，在生物领域具有广阔的应用前景。
图l环糊精修饰单层石墨的傅立叶变换红外谱图。
图2环糊精修饰单层石墨的热重分析图。
图3单层石墨及环糊精修饰单层石墨的原子力显微镜图像。
图4单层石墨、环糊精修饰单层石墨及超分子复合物的光电子能谱全谱。
图5环糊精修饰单层石墨及超分子复合物的光电子能谱Nls谱图。
图6单层石墨的光子电子能谱Cls谱图。
图7环糊精修饰单层石墨的光电子能谱Cls谱图。
图8超分子复合物的光电子能谱Cls谱图。
图9超分子复合物凝聚DNA的原子力显微镜图像。
图IO为金刚垸多胺化合物的合成路线图。
图11为PEG修饰石墨作为非水溶性抗癌药物SN38的载体结构图。具体实施方式
下面通过实例对本发明做进一步的说明 实施例1
环糊精修饰单层石墨的合成
将6-乙二胺-p-环糊精与通过Hummers方法制备所得的单层石墨通过EDC催化在水 溶液中进行酰胺縮合，6-乙二胺-P-环糊精，单层石墨和EDC质量分别为200mg, 20mg和 20mg.首先在超声振荡下反应1小时，随后搅拌反应12小时，加入0.5 mL巯基乙醇终 止反应。所得化合物通过0.22 pm聚四氟乙烯微孔膜进一步纯化，得到环糊精修饰单层 石墨。 实施例2
金刚浣多胺衍生物的合成
在氮气氛围中，将50mL丙烯酸甲酯滴入含有lg 1-金刚烷胺的50 mL甲醇溶液中室温反 应24小时，减压蒸馏除去溶剂及过量的丙烯酸甲酯。所得固体溶于10 mL甲醇，在氮气氛围 中滴入30mL乙二胺。室温搅拌反应48小时，溶剂以及过量乙二胺通过减压蒸馏除去。剩余 黏稠物溶解在10 mL甲醇中，将50 mL丙烯酸甲酯在氮气氛围中滴入，室温搅拌反应24小 时，减压蒸馏除去溶剂及过量丙烯酸甲酯。所得固体通过硅胶柱纯化分离。纯化后的固体进 一步溶解在甲醇溶液中，将30mL乙二胺在氮气氛围下滴入，室温搅拌反应48小时，减压蒸馏除去溶剂及过量乙二胺，得到金刚垸多胺衍生物。
将200 mg金刚垸衍生物在50 mL 1 M的HC1水溶液中搅拌反应24小时得到水溶性铵正 离子衍生物。 实施例3
本发明涉及的金刚浣多胺衍生物的核磁及质谱表征
&丽R (400 MHz, CDC13, TMS, ppm) S 1.55-1.66 (dd， 6H， H of methylene of adamantane), 1.819 (d， 《/ = 2.4 6H, H of methylene of adamantane), 2.10 (s， 3H， H of methylidyne of adamantane), 2.61-2.64 (t, 2H)， 2.76-2.79 (t, 4H), 3.06-3.09 (t, 4H), 3.19-3.23 (t， 2H)， 3.31-3.34 (t， 2H)， 3.42-3.48 (dd， 8H), 3.56-3.59 (t, 2H). MS (ESI): m/z 494.5 [M+H]+. 实施例4
单层石墨与环糊精修饰单层石墨对DNA的凝聚行为
将DNA按等质量比加入到单层石墨或环糊精修饰单层石墨的饱和水溶液当中，DNA保 持原有的线状结构，无法呈现凝聚后的纳米颗粒结构。 实施例5
超分子复合物对DNA的凝聚行为
将等质量的DNA加入到超分子复合物饱和水溶液当中，DNA的结构由线状化合物变成 具有15nm高、100-250nm宽的纳米颗粒。所得纳米颗粒座落于单层石墨上。
权利要求
1.一种金刚烷多胺化合物，其特征在于，结构式为C24H51N7O34+，结构为即
2. —种权利要求1所述的金刚烷多胺化合物的合成方法，其特征在于，合成步骤如下在氮气氛围下，丙烯酸甲酯与1-金刚烷胺按质量比为50: 1在甲醇溶液中溶液中室温反 应24小时，减压蒸馏除去溶剂及过量的丙烯酸甲酯；所得固体溶于甲醇，在氮气氛围中滴入 与1-金刚垸胺质量比为30: l的乙二胺；室温搅拌反应48小时，溶剂以及过量乙二胺通过减 压蒸馏除去；剩余黏稠物溶解在甲醇中，继续加入50倍l-金刚垸胺质量的丙烯酸甲酯，室温 搅拌反应24小时，减压蒸馏除去溶剂及过量丙烯酸甲酯；所得固体通过硅胶柱纯化分离；纯 化后的固体进一步溶解在甲醇溶液中，将30倍1-金刚垸胺质量的乙二胺在氮气氛围下滴入， 室温搅拌反应48小时，减压蒸馏除去溶剂及过量乙二胺，得到金刚垸多胺衍生物。将金刚垸衍生物与溶液按质量比为4: 1在1 M的HC1水溶液中搅拌反应24小时得到水 溶性铵正离子衍生物。
3. —种环糊精修饰单层石墨，其特征在于，其组成为平均每一百个石墨单层上的碳原子 中约有五个碳原子与环糊精相连，结构为
4.一种权利要求3所述的环糊精修饰单层石墨的制备方法，其特征在于，制备步骤如下:将6-乙二胺-P-环糊精与通过Hummers方法制备所得的单层石墨通过l-乙基-(3-二甲 基氨基丙基)碳二亚胺催化在水溶液中进行酰胺縮合，6-乙二胺-p-环糊精单层石墨1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺质量比为10: 1: 1,首先在超声振荡下反应1小时，随后搅拌反应12小时，加入0.5 mL巯基乙醇终止反应；所得化合物通过0.22 tim聚四 氟乙烯微孔膜进一步纯化，得到环糊精修饰单层石墨。
5.—种环糊精修饰单层石墨/金刚垸多胺超分子复合物，其结构为
6. —种权利要求5所述的环糊精修饰单层石墨/金刚垸多胺超分子复合物的制备方法，其特征在于制备步骤包括在超声振荡下，将等质量比的权利要求1所述的金刚烷多胺化合物加入到权利要求3所 述的环糊精修饰单层石墨的饱和溶液中，室温搅拌24小时以上，所得溶液通过0.22 pm聚 四氟乙烯微孔膜纯化处理得到环糊精修饰单层石墨/金刚烷多胺超分子复合物。
7. —种权利要求3所述的环糊精修饰单层石墨在生物领域及基因载体领域的应用， 其特征在于，环糊精修饰单层石墨可以与药物或基因形成超分子复合物，作为一种新型 的药物和基因载体。
8. —种权利要求5所述的环糊精修饰单层石墨/金刚垸多胺超分子复合物的应用，由 于铵正离子对DNA的凝聚作用，作为一种新型的DNA凝聚剂。
全文摘要
本发明属于药物及基因载体领域，涉及环糊精修饰单层石墨及其超分子复合物的制备方法及用途。本发明公开了一种环糊精修饰单层石墨及其超分子复合物和制备方法及用途。在超声振荡下，将等质量比金刚烷多胺化合物加入环糊精修饰单层石墨的饱和溶液中，室温搅拌24小时以上，所得溶液通过0.22μm聚四氟乙烯微孔膜纯化处理得到环糊精修饰单层石墨/金刚烷多胺超分子复合物。环糊精修饰单层石墨可以与药物或基因形成超分子复合物，作为一种新型的药物和基因载体。环糊精修饰单层石墨/金刚烷多胺超分子复合物由于铵正离子对DNA的凝聚作用，作为一种新型的DNA凝聚剂。
文档编号C07C237/10GK101565384SQ20081015435
公开日2009年10月28日 申请日期2008年12月23日 优先权日2008年12月23日
发明者余志林, 育 刘, 湧 陈 申请人:南开大学