一类并环结构的近红外光敏剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种治疗恶性肿瘤的光动力疗法的光敏剂及其制备方法，特别是涉及 一类并环结构的近红外光敏剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 在分子和细胞水平上对生命或体内部的生理、病理过程进行的无创、实时成像，可 在机体出现形态学变化之时即肿瘤和非恶性病变时，对肿瘤或者癌症细胞杀死而对正常细 胞没有损害。
[0003] 光动力疗法（Photodynamic TherapyJDT)在这一领域得到广泛应用，是以光和光 敏剂（Photosensitizer, PS)治疗疾病的新技术，主要应用于现代肿瘤微创或无创治疗。作 用基础是光动力效应，即通过特定波长的光照射组织，使光敏剂受到激发，激发态的光敏剂 把能量传递给周围的氧分子，产生的单线态氧（ 1O2X而光动力治疗核心问题是光照射下光 敏剂产生的单线态氧（1O 2),利用1O2的高活性杀死癌细胞，达到治疗效果。对氧分子敏化为 单线态氧（ 1O2)源于光敏剂激发三重态，而重原子取代可使染料的电子自旋轨道耦合作用增 强，从而增加电子从Sl态一Tl态系间窜越。
[0004] 最早的可用于治疗恶性肿瘤的光动力疗法的光敏剂是卟吩姆钠，被认为第一代光 敏剂。卟吩姆钠是在红光630nm照射下激活。这种波长的光子只能穿透组织几毫米，因此 卟吩姆钠仅适用于浅表肿瘤。此外，扑吩姆钠在短波长630 nm的吸收，需要高能源长时间 照射，往往导致并发症。卟吩姆钠的另一个不足是无法快速清除，易导致皮肤过敏。
[0005] 第二代光敏剂通常认为是以5-盐酸氨酮戊酸（5-ALA，在体内生成原咔啉）和莫泊 酚（Foscan)等为代表的光敏剂。5-ALA疏水性强，穿透细胞膜等受到了限制，也只能在浅表 组织渗透。性能改进的莫泊酚，具有低的皮肤光敏性和更长的吸收波长，可以迅速从体内清 除，只产生短期的皮肤光敏性。但其在水溶液中易形成自聚体，限制了其应用。
[0006] 目前发展的功能化的光敏剂则称为第三代光敏剂。其主要以功能化的卟啉，功能 化的氟硼二吡咯甲川（BODIPY)等为代表的光敏剂。卟啉类的光敏剂其水溶性低，光稳定 性差，组织选择性差。因而，近年来非卟啉类光敏剂的研究成为热点。其中尤其以BODIPY/ aza-BODIPY类的光敏剂受到广泛关注，但存在的问题是波长小于700 nm。因此，具有近红 外吸收，光敏能力强，安全性高，选择性好的光敏剂的研究对肿瘤等病症具有重要意义。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一类并环结构的近红外光敏剂及其制备方法，本发明并环 结构的重原子取代aza-BODIPY类的光敏剂具有低毒性，低的副作用；在肿瘤组织中有适当 的亲脂性/亲水性的平衡选择；高的消光系数，其吸收波长大于700 nm，在长波长光源照 下，可以深度穿透生物组织；电子易于单重态到三重态的系间窜越，产生单线态氧效率高。
[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 本发明提供了一类并环结构、极易修饰、摩尔吸光系数大、稳定性好、对PH及溶液极性 不敏感、耐漂白的光敏剂。其具有下列结构通式I /ii/iii/iv:
I:双重原子取代的含有萘环结构的aza-BODIPY类光敏剂。
[0009]其中，R'选自-H、-Me、-Et、-〇H、-〇Me、-〇Et、_N(Me) 2、_N(Et)2等基团。
[0010] X选自Br或I。
[0011] II:单重原子取代的含有萘环结构的aza-BODIPY类光敏剂。
[0012] R'选自-H、-Me、-Et、-〇H、-〇Me、-OEt、-N(Me) 2、-N(Et)2等基团。
[0013] X选自Br或I。
[0014] III:双重原子取代的呋喃/噻吩环熔合的aza-BODIPY类光敏剂。
[0015] X选自Br或I。
[0016] R"选自0或S。
[0017] IV:单重原子取代的呋喃/噻吩环熔合的aza-BODIPY类光敏剂。
[0018] X选自Br或I。
[0019] R"选自0或S。
[0020] 具有上述通式I /11 /III/IV的光敏剂可用于光动力疗法治疗。在实际检测中， 用700 nm长波长的单色光进行照射，釆用紫外分光光度法跟踪，用1，3-二苯基异苯并呋喃 (DPBF)作为单线态氧捕获剂，通过检测DPBF吸光度的下降来测试产生单线态氧的效率。实 验检测证明，具有I /11 /III/IV并环结构的光敏剂产生的单线态氧的产率高。在照射过 程中，光敏剂吸光度没有变化，显示出此类化合物具有良好的稳定性，不会光漂白。本发明 的光敏剂同时还具有毒副作用小、易于修饰、选择性好等特性。
[0021] 本发明提供一种制备所述光敏剂的方法，包括如下步骤： (1)将过量NaH加入圆底烧瓶中，氮气保护下，用干燥的正己烷洗涤三次；滴加干燥的 DMSO及相应的酮，室温搅拌半小时，加入化合物2-苯基氮杂环丙烯，室温反应2 h，而后用 冰水淬灭，二氯甲烷萃取，洗涤干燥，柱层析，得到吡咯V /VI。
V 中 R' 选自-H、-Me、-Et、-〇H、-〇Me、-〇Et、-N(Me) 2、，伍〇2等基团。
[0023] VI中的R〃选自0或S。
[0024] (2)开放体系下，向圆底烧瓶中加入相应的吡咯、冰醋酸、醋酸酐，冰浴下加入亚硝 酸钠，室温反应0.5 h后，用碳酸氢钠水洗，二氯甲烷萃取，旋干。以二氯甲烷为淋洗液，以 氧化铝为固定相过柱，旋干溶剂，得到氮杂次甲基二吡咯W / VID蓝色固体。
[0025]
VII中 R' 选自-H、_Me、_Et、_0H、_0Me、 _0Et、_N(Me) 2、_N(Et) 2等基团。
[0026] VID中 R〃选自 0 或 S。
[0027] (3)将得到的固体VE/VDI，在氩气保护下，加入二氯甲烷、三乙胺，搅拌30分钟。缓 慢滴入加入BF 3 ? Et2O,室温搅拌反应8小时。加入冰水淬灭反应，二氯甲烷分液萃取，有机 层水洗，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析，展开剂为二氯甲烷/正己烷，得到有金属光泽的黑 绿色固体IX/X。
IX中 R' 选自-H、-Me、-Et、-〇H、-〇Me、-〇Et、-N(Me) 2、，伍〇2等基团。
[0029] X中R〃选自0或S。
[0030] (4)将得到固体VID/D(和NBS或NIS放入圆底烧瓶，在氩气保护下，加入四氯化碳， 回流搅拌0.5 h。加入冰水淬灭反应，二氯甲烷分液萃取，有机层水洗，无水硫酸钠干燥，旋 干，柱层析，展开剂为二氯甲烷/正己烧，得到有金属光泽的固体I /11 /III/IV。
[0031] 本发明的优点与效果是： 本发明主要针对现有光敏剂的不足，设计合成新型的光敏剂。该类光敏剂具有并环结 构，光稳定性好，同时这类光敏剂具有分子极易修饰、摩尔吸光系数大，吸收波长在近红外 区域；对PH、溶液极性不敏感、耐漂白；具有低毒性、低副作用；在肿瘤组织中有适当的亲脂 性/亲水性的平衡选择；对正常的生物组织、细胞损害低，可以深度的穿透生物组织。
【附图说明】
[0032] 图1是本发明的并环结构的光敏剂的结构通式I; 图2是本发明的并环结构的光敏剂的结构通式II; 图3是本发明的并环结构的光敏剂的结构通式III; 图4是本发明的并环结构的光敏剂的结构通式IV; 图5是吡咯V-I的1H NMR核磁共振图谱； 图6是aza-BODIPY染料IX -1的1H NMR核磁共振图谱； 图7是光敏剂II-I的1H NMR核磁共振图谱； 图8是aza-BODIPY染料IX -1的高分辨质谱； 图9是本发明的新型荧光染料IX-1/II-1的吸收光谱（Xabs/Aabs = 706/695 nm in CH2Cl2)； 图10是本发明的新型荧光染料IX-1/II-1的荧光光谱（Xeni/Aeni = 733/728 nm in CH2Cl2)； 图11是新型荧光染料IX-I(左边）和II-I(右边）的理论计算的图； 图12是700nm单色光照射光敏剂II-I下，产生单线态氧氧化DPBF的紫外吸收曲线； 图13是光敏剂在光照条件下进行DPBF降解机理图。
【具体实施方式】
[0033] 除另有说明外，本文中使用的术语具有如下含义。
[0034] 其中，在本发明通式 I /11 中，R'选自-H、-Me、-Et、-〇H、-〇Me、-〇Et、_N(Me) 2、_N( Et)2等基团。优先米用-〇Me。
[0035] X选自Br或I。优先采用Br。
[0036] 在本发明通式III /IV中，R"选自0或S。优先采用0。
[0037] X选自Br或I。优先采用Br。
[0038] 本发明提供一种制备所述的光敏试剂的方法，即首先制备并环结构的吡咯 V / VI，其次制备氮杂次甲基二吡咯W / W，然后制备的并环结构的aza-BODIPY荧光染料 IX/X，最后加NBS/NIS回流，得到本发明所述的近红外光敏剂I /II/III/IV。具体实施 方案如下所述： (1)将过量NaH加入圆底烧瓶中，氮气保护下，用干燥的正己烷洗涤三次；滴加干燥的 DMSO、相应的酮，室温搅拌0.5 h，加入化合物2-苯基氮杂环丙烯，室温反应2 h，冰水淬灭， 二氯甲烷萃取，洗涤干燥，柱层析，合成并环结构的吡咯V /VI。
(2)开放体系下，加入相应的吡咯、冰醋酸、醋酸酐，冰浴下加入亚硝酸钠，室温反应0. 5 h，碳酸氢钠水洗，二氯甲烷萃取，旋干。以二氯甲烷为淋洗液，以氧化铝为固定相过柱，旋干 溶剂，得到氮杂次甲基二吡咯W / VID固体。
在优选的实施方案中，反应时间1-5小时。亚硝酸钠与吡咯的投料摩尔比为1:2。 [0041] (3)将得到的固体W / W，在氩气保护下，加入二氯甲烷、三乙胺，继续搅拌30分 钟。缓慢滴入BF3 ? Et2O,室温搅拌反应8小时。冰水淬灭反应，二氯甲烷分液萃取，有机层 水洗，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析，展开剂为二氯甲烷/正己烷，得到有金属光泽的固体 IX/X。
在一个优选的实施方案中，反应温度30度，反应时间3小时。
[0043]固体VE / VID与三乙胺的投料摩尔比为1:5 ;与BF3 ? Et2O的投料摩尔比为1:10。
[0044] (4)将得到有金属光泽的固体IX /X和NBS/NIS放入圆底烧瓶。在氩气保护 下，加入四氯化碳，回流搅拌〇. 5小时。加入冰水淬灭反应，二氯甲烷分液萃取，有机层水 洗，无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析，展开剂为二氯甲烷/正己烷，得到有金属光泽的固体 I /11 /III/IV。
将得到的固体IX /X与NBS/NIS的投料摩尔比为1:2时，得到化合物I /III。
[0046] 将得到的固体IX /X与NBS/NIS的投料摩尔比为1:1时，得到化合物II /IV。
[0047] 对本发明上述的化合物，采用核磁共振图谱包括1H NMR核磁，质谱等来确定其结 构。
[0048] 本发明所述的光敏剂具有如下特点： 所述的光敏剂具有大于700 nm的长波长吸收，在700nm的单色光照下，低能量的光可 以深度穿透组织，产生单线态氧，从而能杀死肿瘤及病变细胞，而对正常细胞没有伤害。
[0049] 所述的化合物在光照的情况下具有低毒性，具有低副作用。
[0050] 电子易于单重态到三重态的系间窜越，产生单线态氧效率高。
[0051] 本发明的这些特征和优点以及其他特征和优点在参考说明书附图和本发明的具 体实施方式之后，进行操作实施。
[0052] 本发明化合