一种水溶性苝酰亚胺类化合物及其作为dna嵌插剂在抗癌细胞和肿瘤中的应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了属于生物药物化学合成【技术领域】的一种水溶性苝酰亚胺类化合物及其作为制备DNA嵌插剂、抑制癌细胞生长和抗肿瘤药物的应用。本发明将阳离子型的胺基官能团引入到苝酐类衍生物及苝单酐体系内，极大的提高了其水溶性，并且与苝类衍生物的光稳定性结合，得到了一系列新型水溶性苝酰亚胺类化合物。本发明合成的化合物能够有效的嵌入到细胞核DNA双螺旋碱基对之间，可以作为DNA嵌插剂。本发明合成的化合物具有平面刚性结构，能够特异性的富集在固定组织细胞核，荧光强、易于荧光成像、可与商业化的细胞核染料DAPI效果媲美。本发明合成的化合物可有效抑制U2OS、HCT116、HeLa和AGS等癌细胞生长，具有明显的抗肿瘤效果，可应用于制备抗肿瘤药物。
【专利说明】一种水溶性茈酰亚胺类化合物及其作为DNA嵌插剂在抗癌细胞和肿瘤中的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于生物药物化学合成【技术领域】，特别涉及一种水溶性茈酰亚胺类化合物及其作为DNA嵌插剂在抗癌细胞和肿瘤中的应用。
【背景技术】
[0002]茈及其衍生物具有很好的光、热、化学稳定性，几乎100%的荧光量子产率，窄的荧光发射峰，能够与细胞背景荧光(395-479nm)分开以及优异的染色性能，目前已广泛应用于有机光电器件、激光染料以及生物荧光探针领域。
[0003]嵌插剂(intercalator)是指多环芳烃小分子物质与DNA的可逆性相互作用。这类分子体积小，处于缺电子状态，并具有一定的平面刚性，可以插入到DNA两个堆积的碱基对之间，嵌入过程导致DNA的螺旋延伸和解链。目前研究较多的DNA嵌插剂有吖啶类、吡啶并咔唑类、苯并咪唑[1，2-C]喹啉类、蒽醌类等，并且都被用作抗肿瘤研究。然而具有良好平面刚性结构的茈类衍生物还没有被作为DNA嵌插剂来研究其抗肿瘤性能。
[0004]近年来，茈酰亚胺类化合物已经应用于生物领域，如细胞特异性标记，然而较差的水溶性直接影响了它在这一领域的应用，因此提高此类化合物的水溶性及在水溶液中保持高荧光量子产率对其在生物领域，尤其是DNA嵌插剂和抗肿瘤领域具有重要意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一类光、热、化学稳定性好、水溶性好、结构具有可设计性的茈酰亚胺类化合物，并将其应用于生物医学领域，具体研究了作为制备DNA嵌插剂、抑制癌细胞生长和抗肿瘤药物的应用。
[0006]本发明的技术方案为:首先选择茈酐或茈单酐作为荧光发射团，然后与含有胺基官能团的化合物反应，制备具有胺基官能团修饰的茈酰亚胺衍生物及茈单酰亚胺衍生物；然后通过Eschweiler - Clarke反应制备具有叔胺官能团修饰的花酰亚胺衍生物及花单酰亚胺衍生物；最终反应得到含有叔胺盐或季铵盐等不同阳离子化的茈酰亚胺衍生物及茈单酰亚胺衍生物。通过紫外吸收光谱、荧光发射光谱、圆二色谱(⑶)分析这些茈酰亚胺衍生物与DNA相互作用，确认这些化合物具有优异的DNA嵌插性能，同时可以作为DNA嵌插剂来抑制肿瘤细胞的生长。然后，通过细胞和组织水平以及动物活体的研究与表征，证明本发明合成的茈酰亚胺衍生物具有细胞核的特异性富集、抑制癌细胞生长和抗肿瘤方面的作用。
[0007]本发明所述的水溶性茈酰亚胺类化合物是含茈酰亚胺或茈单酰亚胺结构的多胺衍生物，
[0008]其结构通式为:
[0009]
【权利要求】
1.一种水溶性茈酰亚胺类化合物，其特征在于，该类化合物是含茈酰亚胺或茈单酰亚胺结构的多胺衍生物，其结构通式为:
2.一种水溶性茈酰亚胺类化合物的合成方法，其特征在于，其具体制备步骤为: (1)将2mmol的花酐和6_12mmol的胺类化合物加入3_6mL水中搅拌均匀,然后升温至100-120°C，回流反应12-24h，降到室温后，用l_2wt%K0H水溶液和水洗涤，干燥得到产物； (2)将0.6mmol步骤(1)得到的产物与5-9mmol的对甲基苯磺酸在3_6mL水中于50-60°C反应4-8h后过滤，滤液经旋转蒸发除去溶剂，接着用丙酮分散，用乙醚沉淀洗涤，离心、干燥，得到叔铵盐茈酰亚胺类化合物； 或者将0.6mmol步骤(1)得到的产物与5-9mmol的对甲基苯磺酸甲酯在50_60°C反应18-24h后，加3-5mL甲醇到反应混合溶液中过滤，通过旋转蒸发对滤液进行浓缩，然后用乙醚进行沉淀洗涤，离心、干燥后得到季铵盐茈酰亚胺类化合物； 步骤(1)所述的胺类化合物为含有一个端胺基的叔胺类化合物，其分子式通式为NH2 (R1NH)P5R1N(R2)2，其中R1为含有2_6个亚甲基的烷基链，R2为甲基或乙基； 上述制得的叔铵盐茈酰亚胺类化合物和季铵盐茈酰亚胺类化合物为含2-12个胺基功能化的水溶性线性茈酰亚胺类化合物。
3.一种水溶性茈酰亚胺类化合物的合成方法，其特征在于，其具体制备步骤为: 1)将茈酐和多胺类化合物按摩尔比为(1:40)- (1:60)加入回流反应瓶中，氮气气氛下加热到98-110°C反应24-28h，然后升温到170_180°C继续反应2_5h，降到室温后，加入体积比为(1:2)- (1:4)的乙醇与乙醚的混合溶剂，过滤，然后用甲苯、乙醚洗涤固体产物，干燥； 2)将138mg步骤I)得到的产物加入到l_2mL的混合溶液中，所述的混合溶液为80-86wt%的甲酸溶液和25-35wt%的甲醛溶液按体积比(1.2:1)-(1.5:1)配制得到，氮气气氛下搅拌0.5-1.5小时后加热到90-120°C反应12-18小时，降到室温后，用乙醚沉淀洗涤，干燥得到叔胺官能化的茈酰亚胺类化合物； 3)将IOOmg步骤2)得到的叔胺官能化的茈酰亚胺类化合物溶于2-4mL的甲醇或乙腈溶剂中，然后滴加0.2-0.4mL碘甲烷或0.2-0.5mL碘乙烷，在氮气气氛下加热到60_80°C，得到季铵盐茈酰亚胺类化合物； 步骤I)所述的多胺类化合物为含有三个端胺基的胺类化合物，其分子式通式为NH2 (R1NH)P5R1N(R1NH2)2，其中R1为含有2_6个亚甲基的烷基链； 上述制得的叔胺官能化的茈酰亚胺类化合物和季铵盐茈酰亚胺类化合物为含6-16个胺基功能化的水溶性支化茈酰亚胺类化合物。
4.一种水溶性茈酰亚胺类化合物的合成方法，其特征在于，其具体制备步骤为: (1)将2mmol的花单酐和5_10mmol的胺类化合物加入3_6mL水中搅拌均匀,然后升温至100-120°C，回流反应12-24h，降到室温后，用l_2wt%KOH水溶液和水洗涤，干燥得到产物； (2)将0.5mmol步骤(1)得到的产物与2.5-5mmol的对甲基苯磺酸在2_4mL水中于50-60°C反应4-8h后过滤，滤液经旋转蒸发除去溶剂，用乙醚沉淀洗涤，离心、干燥，得到叔铵盐茈单酰亚胺类化合物； 或者将0.5mmol步骤(1)得到的产物与2.5-5mmol的对甲基苯磺酸甲酯在50_60°C反应18-24h后过滤，通过旋转蒸发对滤液进行浓缩，然后用乙醚进行沉淀洗涤，离心、干燥后得到季铵盐茈单酰亚胺类化合物； 步骤(1)所述的胺类化合物为含有一个端胺基的叔胺类化合物，其分子式通式为NH2 (R1NH)P5R1N(R2)2，其中R1为含有2_6个亚甲基的烷基链，R2为甲基或乙基； 上述制得的叔铵盐茈单酰亚胺类化合物和季铵盐茈单酰亚胺类化合物为含1-6个胺基功能化的水溶性线性茈酰亚胺类化合物。
5.一种水溶性茈酰亚胺类化合物的合成方法，其特征在于，其具体制备步骤为: I)将茈单酐和多胺类化合物按摩尔比为(1:40) - (1:60)加入回流反应瓶中，氮气气氛下加热到98-110°C反应24-28h，然后升温到170_180°C继续反应2_5h，降到室温后，加入体积比为(1:2)- (1:4)的乙醇与乙醚的混合溶剂，过滤，然后用甲苯、乙醚洗涤固体产物，干燥； 2)将150mg步骤I)得到的产物加入到1.0-2mL的混合溶液中，所述的混合溶液为80-86wt%的甲酸溶液和25-35wt%的甲醛溶液按体积比(1.2:1)-(1.5:1)配制得到，氮气气氛下搅拌0.5-1.5小时后加热到90-120°C反应12-18小时，降到室温后，用乙醚沉淀洗涤，干燥得到叔胺官能化的茈单酰亚胺类化合物； 3)将IOOmg步骤2)得到的叔胺官能化的茈单酰亚胺类化合物溶于2-4mL甲醇或乙腈溶剂中，然后滴加0.2-0.4mL碘甲烷或0.2-0.5mL碘乙烷，在氮气气氛下加热到60_80°C，得到季铵盐茈单酰亚胺类化合物； 步骤I)所述的多胺类化合物为含有三个端胺基的胺类化合物，其分子式通式为NH2 (R1NH)P5R1N(R1NH2)2，其中R1为含有2_6个亚甲基的烷基链； 上述制得的叔胺官能化的茈单酰亚胺类化合物和季铵盐茈单酰亚胺类化合物为含3-8个胺基功能化的水溶性支化茈酰亚 胺类化合物。
6.根据权利要求1所述的水溶性茈酰亚胺类化合物作为制备DNA嵌插剂的应用。
7.根据权利要求1所述的水溶性茈酰亚胺类化合物作为制备细胞核染料的应用。
8.根据权利要求1所述的水溶性茈酰亚胺类化合物作为制备抑制癌细胞生长药物的应用。
9.根据权利要求1所述的水溶性茈酰亚胺类化合物作为制备抗肿瘤药物的应用。
【文档编号】A61K31/473GK103936731SQ201410137897
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2013年8月12日
【发明者】尹梅贞, 许泽军, 刘柯兰, 郭坤茹, 沈杰 申请人:北京化工大学