吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体及其中间体与它们的制备方法与应用的制作方法

专利名称：吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体及其中间体与它们的制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明属于核酸材料和仿生材料领域，涉及-中间体与它们的制备方法与应用。
4中吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体及其
背景技术：
肽核酸(ρ印tidenucleic acid, PNA，见文献=Nielsen, P. Ε. ；Egholm, Μ. ；Berg, R. H. ；Buchardt, 0. ,Sequence selective recognition of DNA by strand displacement with a thymine-substitute polyamide，Science，1991，254，1498 1500)是一类典型的 核酸(DNA)结构模拟分子，是用2-氨乙基-甘氨酸为单元形成的类肽链替换了核酸的磷酯 链，但保留了 DNA的碱基结构，碱基为thymineCT)的肽核酸分子结构如式a所示。因此，PNA 分子为电中性，而且具有很好的光、热和化学稳定性，不仅具有DNA类似的分子识别与序列 识别性能，其序列识别性能比DNA更强，在基因治疗、基因检测、基因沉默(silence)等方面 具有重要的应用前景，因此，自从1991年由Peter Nielsen等人发明以来，得到了化学界和
分子生物学界专家学者的高度重视，并得到了长足的发展。
(式a)
(式 c)式c所示是以碱基T(I)为代表的肽核酸单体的合成路线，在1位上接入乙酸单元 形成化合物2，化合物2与化合物3反应形成化合物4后水解得到肽核酸单体5，5是可以直 接用于固相合成的单体。有文献(L. Kospkina, W. T. Weiffang and Τ. C. Liang, Tetrahedron Lett. ，1994，35，5173-5176 禾口 A. R. Katritzky， Τ.Narindoshvili, Org. Biomol. Chem., 2008,6,3171-3176)报道，化合物2可通过化合物1与溴乙酸在氢氧化钾(KOH)的水溶液 中通过一步反应得到，产率为50-80%。另外的合成方法包括在N，N-二甲基甲酰胺(DMF) 中，以碳酸钾(K2CO3)为碱，催化1和溴乙酸乙酯，并进一步将乙酯水解可得到产物2，产率 为 30-70% (K. L. Dueholm, M. Egholm, C. Behrens, L. Christensen, H. F. Hansen, Τ. Vulpius, K. H. Petersen, R. H. Berg, P. Ε. Niesen, 0，Buchardt, J. Org. Chem. 1994，59，5767—5773)。上 述试验方法适用于以天然碱基T作为原料进行制备肽核酸单体。但对于吡啶并尿嘧啶类的 碱基(式b)，上述方法并不能获得较高产率的肽核酸单体。

发明内容
本发明的目的是提供一种吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体及其中间体与它们的制备 方法与应用。本发明提供的制备吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体，是式I或式II结构通式 所述化合物， (式 II)所述式I 和式 II 结构通式中，R为- 、-(1、-81~、-1、-!1、-013、-012013或-CH2CH2CH315本发明提供的制备式I所述化合物的方法，包括如下步骤1)将式III所示吡啶并尿嘧啶类衍生物于有机溶剂中与氢氧化钠进行反应，反应 完毕得到反应溶液A ； (式I)
(式III)所述式III 中，R 为-F、-Cl、-Br、-I、-H、-CH3> -CH2CH3 或-CH2 CH2CH3 ；2)将溴乙酸溶于有机溶剂中，得到反应溶液B，将所述反应溶液B与所述反应溶液 A进行反应，得到式I所述化合物。该方法的步骤1)中，所述有机溶剂选自二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺中的至 少一种，优选二甲基亚砜；所述式III所示吡啶并尿嘧啶类衍生物、氢氧化钠与所述有机溶 剂的用量比为 Irnmol 2-IOmmol 2-lOml，具体可为 Immol 2. 3-9. 3mmol 3. 3-4. 9ml, Immol 4. 6-8. 5mmol 3. 3-4. 9ml 或 Immol 2. 3-9. 3mmol 3. 3-4. Iml ；温度为 20-80°C，具体可为 20-70°C、20-40°C或 40-70°C，优选 20-70°C，时间为 10-300 分钟，优选 100-200 分钟；所述步骤2)中，所述有机溶剂选自二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺中的至少一 种，优选二甲基亚砜；所述溴乙酸与所述有机溶剂的用量比为1-1. 5mmol 0.05-0. 3ml，具 体可为 Immol 0. 066-0. 22ml 或 Immol 0. 12-0. 18ml ；所述反应步骤中，温度为 20_80°C， 优选20-70°C，时间为5-1 5小时，优选10小时。在所述步骤2)反应完毕之后，对反应体系进行如下纯化处理将反应体系与乙酸乙酯混勻，收集得到的沉淀，将所述沉淀溶于水中，调节pH值 至2，得到纯化后的式I所示化合物。其中，乙酸乙酯可根据沉淀的析出情况确定，水的用量 可根据沉淀的溶解情况确定。另外，所述步骤1)中反应物R为-H的式III所示吡啶并尿嘧啶类衍生物，是按照 下述方法制备而得将市售的2-氨基-3-羧基-吡啶(4. 14g，30mmol)和尿素(18g，300mmol)混合在 一个IOOmL的圆底烧瓶中，160°C下加热过夜，降温到100°C，加入50mL水，搅拌30分钟后， 过滤，收集沉淀得到所述产物。本发明提供的制备式II所述化合物的方法，包括如下步骤1)将式IV所示吡啶并尿嘧啶类衍生物于有机溶剂中与氢氧化钠进行反应，反应 完毕得到反应溶液A ； (式IV)所述式IV 中，R 为-F、-Cl、-Br、-I、-H、-CH3> -CH2CH3 或-CH2 CH2CH3 ；2)将溴乙酸溶于有机溶剂中，得到反应溶液B，将所述反应溶液B与所述反应溶液 A进行反应，得到式II所述化合物。该方法的步骤1)中，所述有机溶剂选自二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺中的至 少一种，优选二甲基亚砜；所述式IV所示吡啶并尿嘧啶类衍生物、氢氧化钠与所述有机溶 剂的用量比为 Irnmol 2-IOmmol 2-lOml，具体可为 Immol 2. 3-4. 6mmol 4. 1-4. 9ml 或 Immol 3. 7-4. 6mmol 4. 1-4. 9ml ；温度为 20-80 °C，具体可为 20-70 °C、20_40 °C 或 40-70°C，优选20-70°C，时间为10-300分钟，优选100-200分钟；
所述步骤2)中，所述有机溶剂选自二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺中的至少一 种，优选二甲基亚砜；所述溴乙酸与所述有机溶剂的用量比为1-1. 5mmol 0.1-1. 0ml，具 体为 Immol 0. 17-0. 66mlUmmol 0. 17-0. 22ml 或 Immol 0. 22-0. 66ml ；所述反应步 骤中，温度为20-80°C，优选20-70°C，时间为5-15小时，优选10小时。在所述步骤2)反应完毕之后，对反应体系进行如下纯化处理将反应体系与乙酸乙酯混勻，收集得到的沉淀，将所述沉淀溶于水中，调节pH值 至2，得到纯化后的式II所示化合物。其中，乙酸乙酯可根据沉淀的析出情况确定，水的用 量可根据沉淀的溶解情况确定。另外，所述步骤1)中反应物R为-H的式IV所示吡啶并尿嘧啶类衍生物，是按照 下述方法制备而得将市售的2-氨基-3-羧基-吡啶(4. 14g，30mmol)和尿素(18g，300mmol)混合在 一个IOOmL的圆底烧瓶中，160°C下加热过夜，降温到100°C，加入50mL水，搅拌30分钟后， 过滤，收集沉淀得到所述产物。 本发明提供的肽核酸单体化合物，其结构通式如式V或式VI所示肽核酸单体化合 物， (式 VI)所述式V 和式 VI 中，R 为-F、-Cl、-Br、-I、-H、-CH3> -CH2CH3 或-CH2 CH2CH30本发明提供的制备上述肽核酸单体化合物的方法，包括如下步骤将式I或式II所示化合物和和苯并三氮唑-N，N，N' ,N'-四甲基脲六氟磷酸盐 (HBTU)溶于有机溶剂a中与N，N- 二异丙基乙胺在室温下反应10-30分钟后，再加入N-叔 丁氧基-羰基-1，2- 二氨基乙烷的有机溶液在室温下反应60-240分钟后得到产物a，将所 述产物a于有机混合液中与氢氧化钠在室温下反应30-120分钟后，调节pH值至3_5，得到 所述肽核酸单体化合物；所述N-叔丁氧基-羰基-1，2- 二氨基乙烷的有机溶液是将所述 N-叔丁氧基_羰基-1，2- 二氨基乙烷溶于有机溶剂b中而得。其中，以式I所示化合物制(式V)备所得产物为式V所述肽核酸单体；以式II所示化合物制备所得产物为式VI所述肽核酸单体。上述方法中，所述有机溶剂a和有机溶剂b均选自N，N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜 中的至少一种，优选N，N-二甲基甲酰胺；所述有机混合液是由体积比为1 1的二氯甲烷 与乙醇混合而得；所述式I或式II所述化合物、苯并三氮唑-N，N，N' ,N'-四甲基脲六氟 磷酸盐、有机溶剂a、N, N- 二异丙基乙胺、N-叔丁氧基-羰基-1，2- 二氨基乙烷、有机溶剂 b 氢氧化钠的用量比为 Immol 1-1. 32mmol 0. 5_6ml 1-1. 32mmol 1-1. 32mmol 0.5 -6ml l_3mmol,优选 Immol Immol 2ml Immol Immol 2ml 2mmol 或 Immol 1. 32mmol 6ml 1. 32mmol 1. 32mmol 6ml 2.4mmol。所述室温为 10_25°C。另外，式V或式VI所示肽核酸单体化合物在制备具有电位势梯度的核酸仿生材料 中的应用，以及以式V或式VI所示肽核酸单体化合物为单体制备得到的肽核酸，也属于本 发明的保护范围。该肽核酸是由式III所示肽核酸单体化合物进行缩合反应制备而得。所 述具有电位势梯度的核酸仿生材料优选为生物有机光伏电池。本发明提供了一种新型结构的肽核酸单体，并提供了一种合成该类二取代苯并尿 嘧啶类肽核酸单体的新方法。由于该肽核酸单体具有不同的化学结构，其电性能也不同，因 而，可用于构建具有电位势梯度的核酸仿生纳米材料，应用于光电子领域。


图1为实施例1-4制备所得中间体的核磁氢谱和碳谱。图2为实施例5-8制备所得中间体的核磁氢谱和碳谱。图3为实施例9制备所得肽核酸单体的核磁氢谱和碳谱。图4为实施例1 O制备所得肽核酸单体的核磁氢谱和碳谱。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明中溶剂和温度的作用作进一步说明，但本发明并不 限于以下实施例。下述方法中如无特别说明，所述方法均为常规方法。实施例1、制备式I所示吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物3) 1)在30°C的加热条件下，将化合物2吡啶并尿嘧啶(4g，24. 5mmol)溶于120毫升 的DMSO中，加入NaOH(2. 3g，56. 8mmol)，在30°C的加热条件下，搅拌反应1个小时，得到反
应溶液㈧。2)将溴乙酸(3. 16g，22. 71mmol)溶于5毫升DMSO中，得到反应溶液(B)。在30°C 的加热条件下，将反应溶液B加入到反应溶液A中，加完后，继续搅拌12小时。将反应液倒入150毫升乙酸乙酯中，收集得到的沉淀，将沉淀溶于50毫升水中，用6N盐酸调溶液的pH 值至PH = 7，过滤得到1. 5克(9. 2mmol)化合物2，用6N盐酸调滤液的pH值至2，过滤得到 1. 1克(5. Ommol)产物化合物3，产率20%。该产物的核磁检测数据如下1H-WrGOOMHz, DMS0-d6) δ :13· 06 (s, 1H, -NH)，11. 48 (s, 1H, -NH), 8. 70 (d, 1H, J =8. OHz，-pyH), 8. 26 (d, 1H, J = 8. OHz，-pyH), 7. 28 (q, 1H, J = 4. 8 and 6. 8Hz, -pyH)， 4.53(s，2H，-CH2)，3. 30(s，3H，-CH3) ；13C NMR (DMS0_d6，1 OOMHz) δ : 169. 4，162. 2，152. 5， 151. 8，149. 3，135. 7，126. 5，117. 2,41. 2 ；GCT-MS m/z(% ) :221· 0(M，100% )。该产物的核磁氢谱和碳谱如图1所示。由上可知，该化合物结构正确，为式I所示 苯并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物3)。其中，上述方法步骤1)中所用反应物化合物2吡啶并尿嘧啶是按照如下方法制备
而得 将市售的2-氨基-3-羧基-吡啶(4. 14g，30mmol,化合物1)和尿素(18g， 300mmol)混合在一个IOOmL的圆底烧瓶中，160°C下加热过夜，降温到100°C，加入50mL水， 搅拌30分钟后，过滤，收集沉淀得到化合物2 (2. 5g，15. 33mmol)，产率51 %。该产物的结构 表征数据如下 JH-WRQOOMHz，DMS0-d6) δ :11· 64 (s，1H, -NH)，11. 48 (s, 1H, -NH), 8. 60 (d, 1Η, J = 8. OHz，-pyH)，8. 26 (d, 1H, J = 8. OHz，-pyH)，7. 26 (q, 1H, J = 4. 8and 6. 8Hz，-pyH)， 3. 30 (s，3H，-CH3) ； 13C 匪R(DMS0_d6，100MHz) δ 162. 2，154. 8，151. 3，150. 4，135. 7，126. 5， 110. 2,20. 2 ；GCT-MS m/z(% ) 163. 0 (Μ, 100% ) 由上可知，该化合物结构正确，为化合物 2吡啶并尿嘧啶。实施例2、制备式I所示吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物3) 1)在50°C的加热条件下，将所述化合物2吡啶并尿嘧啶(4g，24. 5mmol)溶于100 毫升的DMSO中，加入NaOH(4. 6g，113. 6mmol)，在50°C的加热条件下，搅拌反应2个小时，得 到反应溶液(A)。2)将溴乙酸(6. 32g，45. 4mmol)溶于3毫升DMSO中，得到反应溶液⑶。在50°C 的加热条件下，将反应溶液B加入到反应溶液A中，加完后，继续搅拌16小时。将反应液倒入150毫升乙酸乙酯中，收集得到的沉淀，将沉淀溶于70毫升水中，用6N盐酸调溶液的pH 值至PH = 7，过滤得到1. 8克(11. Ommol)化合物2，用6N盐酸调滤液的pH值至2，过滤得 到0. 8克(3. 6mmol)产物化合物3，产率15%。该产物的核磁检测数据同实施例1。由上可知，该化合物结构正确，为式I所示苯 并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物3)。实施例3、制备式I所示吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物3) 1)在80°C的加热条件下，将化合物2吡啶并尿嘧啶(4g，24. 5mmol)溶于80毫升 的DMSO中，加入NaOH(l. 84g, 45. 4mmol)，在80°C的加热条件下，搅拌反应3个小时，得到反 应溶液㈧。2)将溴乙酸(4. 74g，34. Immo 1)溶于4毫升DMSO中，得到反应溶液⑶。在80°C 的加热条件下，将反应溶液B加入到反应溶液A中，加完后，继续搅拌24小时。将反应液倒 入150毫升乙酸乙酯中，收集得到的沉淀，将沉淀溶于60毫升水中，用6N盐酸调溶液的pH 值至PH = 7，过滤得到1. 3克(7. 9mmol)化合物2，用6N盐酸调滤液的pH值至2，过滤得到 0. 95克(4. 3mmol)产物化合物3，产率17. 5%0该产物的核磁检测数据同实施例1。由上可知，该化合物结构正确，为式I所示苯 并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物3)。实施例4、制备式I所示吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物3) 1)在40°C的加热条件下，将化合物2吡啶并尿嘧啶(4g，24. 5mmol)溶于120毫升 的DMF中，加入NaOH(4. 5g，113. 55mmol)，在40°C的加热条件下，搅拌反应1个小时，得到反 应溶液㈧。2)将溴乙酸(3. 79g,27. 2mmol)溶于5毫升DMF中，得到反应溶液(B)0在40°C的 加热条件下，将反应溶液B加入到反应溶液A中，加完后，继续搅拌12小时。将反应液倒入 150毫升乙酸乙酯中，收集得到的沉淀，将沉淀溶于150毫升水中，用6N盐酸调溶液的pH值 至PH = 7，过滤得到2. O克(12. 3mmol)化合物2，用6N盐酸调滤液的pH值至2，过滤得到 0.6克(2. 7mmol)产物化合物3，产率11 %。
该产物的核磁检测数据同实施例1。由上可知，该化合物结构正确，为式I所示苯 并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物3)。实施例5、制备式II所示吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物6)1)在20°C的加热条件下，将吡啶并尿嘧啶(4g，24. 5mmol，化合物5)溶于100毫升 的DMSO中，加入NaOH(9. Og, 227. Immol)，在20°C的加热条件下，搅拌反应3个小时，得到反
应溶液㈧。2)将溴乙酸(3. 48g，24. 9mmol)溶于3毫升DMSO中，得到反应溶液⑶。在20°C 的加热条件下，将反应溶液B加入到反应溶液A中，加完后，继续搅拌10小时。将反应液倒 入130毫升乙酸乙酯中，收集得到的沉淀，将沉淀溶于130毫升水中，用6N盐酸调溶液的pH 值至PH = 7，过滤得到1. 5克(9. 2mmol)化合物5，用6N盐酸调滤液的pH值至2，过滤得到 0.81克(3. 7mmol)产物化合物6，产率15%。该产物的核磁检测数据如下 该产物的核磁氢谱和碳谱如图2所示。由上可知，该化合物结构正确，为式I所示 苯并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物6)。其中，上述方法步骤1)中所用反应物化合物5吡啶并尿嘧啶是按照如下方法制备 而得将市售的2-氨基-3-羧基-吡啶(4. 14g，30mmol,化合物4)和尿素(18g， 300mmol)混合在一个IOOmL的圆底烧瓶中，160°C下加热过夜，降温到100°C，加入50mL水， 搅拌30分钟后，过滤，收集沉淀得到化合物5 (3. 5g，21. 5mmol)，产率71 %。该产物的结构表征数据如下=1H-WR(400MHz，DMS0_d6)δ :11.64(s，lH，-NH), 11. 48 (S，1H, -NH)，8. 60 (d, 1H, J = 8. 151. 3，150. 4，135. 7，126. 5，110. 2,20. 2 ；GCT-MS m/z(% ) 163. 0(M, 100% )。由上可知，该 化合物结构正确，为化合物5。实施例6、制备式II所示吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物6) 1)在40°C的加热条件下，将实施例6制备得到的吡啶并尿嘧啶(4g，24. 5mmol，化 合物5)溶于120毫升的DMSO中，加入NaOH(2. 3g，56. 8mmol)，在40°C的加热条件下，搅拌 反应1个小时，得到反应溶液(A)。2)将溴乙酸(3. 16g,22. 71mmol)溶于5毫升DMSO中，得到反应溶液(B)0在40°C 的加热条件下，将反应溶液B加入到反应溶液A中，加完后，继续搅拌12小时。将反应液倒 入150毫升乙酸乙酯中，收集得到的沉淀，将沉淀溶于50毫升水中，用6N盐酸调溶液的pH 值至PH = 7，过滤得到1. 3克(8. Ommol)化合物2，用6N盐酸调滤液的pH值至2，过滤得到 1.0克(4. 5mmol)产物化合物6，产率18.5%。该产物的核磁检测数据同实施例5。由上可知，该化合物结构正确，为式I所示苯 并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物6)。实施例7、制备式II所示吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物6) 1)在60°C的加热条件下，将实施例6制备得到的吡啶并尿嘧啶(4g，24. 5mmol，化 合物5)溶于100毫升的DMSO中，加入NaOH(4. 6g，113. 6mmol)，在60°C的加热条件下，搅拌 反应2个小时，得到反应溶液(A)。2)将溴乙酸(6. 32g，45. 4mmol)溶于3毫升DMSO中，得到反应溶液⑶。在60°C 的加热条件下，将反应溶液B加入到反应溶液A中，加完后，继续搅拌16小时。将反应液倒 入150毫升乙酸乙酯中，收集得到的沉淀，将沉淀溶于70毫升水中，用6N盐酸调溶液的pH 值至PH = 7，过滤得到1. 6克(9. 8mmol)化合物5，用6N盐酸调滤液的pH值至2，过滤得到 0.7克(3. 2mmol)产物化合物6，产率13%。该产物的核磁检测数据同实施例5。由上可知，该化合物结构正确，为式I所示苯 并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物6)。实施例8、制备式II所示吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物6)
1)在30°C的加热条件下，将实施例6中制备得到的吡啶并尿嘧啶(4g，24. 5mmol, 化合物5)溶于100毫升的DMF中，加入NaOH(3. 6g，90. 8mmol)，在30°C的加热条件下，搅拌 反应3个小时，得到反应溶液(A)。2)将溴乙酸(2. 53g，18. 17mmol)溶于3毫升DMF中，得到反应溶液⑶。在30°C 的加热条件下，将反应溶液B加入到反应溶液A中，加完后，继续搅拌10小时。将反应液倒 入130毫升乙酸乙酯中，收集得到的沉淀，将沉淀溶于130毫升水中，用6N盐酸调溶液的pH 值至PH = 7，过滤得到2. 5克(15. 3mmol)化合物5，用6N盐酸调滤液的pH值至2，过滤得 到0.41克(1.8 mmol)产物化合物6，产率7. 6%。该产物的核磁检测数据同实施例5。由上可知，该化合物结构正确，为式I所示苯 并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物6)。实施例9、制备式V所示肽核酸单体(化合物9) 1)将实施例1-4制备得到的式I所示吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合 物 3) (lllmg，0. 5mmol)，HBTU(170mg, 0. 5mmol)混合于 1 毫升的 N，N- 二甲基甲酰胺(DMF) 中，加入N，N-二异丙基乙基胺(DIEA，0. 5mmol)。搅拌30分钟后，加入化合物7 (120mg， 0. 5mmol)的1毫升DMF溶液，室温搅拌3小时后，倒入20毫升水中，收集沉淀，用乙酸乙酯洗 涤、萃取后，有机层用无水硫酸镁干燥，除去有机溶剂后的油状物用硅胶过柱，用由体积比 为10 1的二氯甲烷和乙酸乙酯组成的混合液淋洗，得到产物化合物8 (208mg，0. 46mmol)， 产率90%。2)将产物化合物8溶于体积比为1 1的由二氯甲烷和乙醇组成的混合溶剂5 毫升中，加入1毫摩尔的氢氧化钠，室温搅拌2小时，后用IN盐酸中和，调节溶液的pH值到 3-5，除去有机溶剂得到化合物9，产率为100%。该化合物9 的核磁检测数据如下=1H-WR(400MHz，DMS0-d6) δ 13. 03 (s, 1H，_0H)， 11. 46 (S，1H, -NH)，8. 70 (d, 1H, J = 8. OHz,-pyH)，8. 30 (d, 1H, J = 8. OHz,-pyH)，7. 31 (q, 1H, J = 4. 8 and 6. 8Hz，-pyH)，6· 5 (s，1H，-NH)，4· 55 (s，2H，-CH2)，3. 85 (s，2H，-CH2)，3. 0 (m，2H, -CH2)，2. 5(m，2H，-CH2)，1. 37 (s，9H，-Boc-H) ； 13C NMR (DMS0_d6，IOOMHz) δ :169.3， 168. 1,162. 2，160. 7，154. 8，151. 3，150. 4，135. 7,118. 5，114. 2,80. 5,54. 2,52. 8,49. 8， 42. 3,28. 6 ；ESI-MS m/z(% ) 420. 0(M-F, 100% ).该产物的核磁氢谱和碳谱如图3所示。由上可知，该化合物结构正确，为式III所 示苯并尿嘧啶类肽核酸单体(化合物9)。实施例10、制备式VI所示肽核酸单体(化合物11) 1)将实施例5-8制备得到的式II所示吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体 (化合物 6) (lllmg，0. 5mmol)，HBTU (224. 4mg，0. 66mmol)混合于 3 毫升的 N，N- 二 甲基甲 酰胺(DMF)中，加入N，N-二异丙基乙基胺(DIEA，0.66mmol)。搅拌40分钟后，加入化合 物7 (144mg，0. 66mmol)的3毫升DMF溶液，室温搅拌5小时后，倒入30毫升水中，收集沉 淀，用乙酸乙酯洗涤、萃取后，有机层用无水硫酸镁干燥，除去有机溶剂后的油状物用硅胶 过柱，用由体积比为10 1的二氯甲烷和乙酸乙酯组成的混合液淋洗，得到产物化合物 10(188mg，0. 42mmol)，产率 84%。2)将产物化合物10溶于体积比为1 1的由二氯甲烷和乙醇组成的混合溶剂6 毫升中，加入1.2毫摩尔的氢氧化钠，室温搅拌3小时，后用IN盐酸中和，调节溶液的pH值 到3-5，除去有机溶剂得到化合物11，产率为100%。该化合物11的核磁检测数据如下1H-WrGOOMHz, DMS0-d6) δ :13.08(s，lH，_0H)，11. 49 (s，1H，_NH)，8. 71 (d，1H，J =8. OHz，-pyH), 8. 28 (d, 1H, J = 8. OHz，-pyH), 7. 28 (q, 1H, J = 4. 8 and 6. 8Hz, -pyH)， 6. 5 (s，1H, -NH)，4. 55(s，2H，-CH2)，3. 85(s，2H，-CH2)，3. 0 (m，2H，-CH2)，2. 5 (m，2H，-CH2)， 1. 37(s，9H，-Boc-H) ；13C NMR (DMS0_d6，100MHz) δ : 169. 3，168. 5，160. 7，154. 4，152. 2， 148. 7，138. 7，135. 2，117. 6，115. 3,80. 5,54. 2,52. 8,49. 8,42. 3,28. 6 ；ESI-MS m/z ( % ) 420. 0 (M-r, 100% )。该产物的核磁氢谱和碳谱如图4所示。由上可知，该化合物结构正确，为式III所 示苯并尿嘧啶类肽核酸单体(化合物11)。实施例11、用实施例9制备所得肽核酸单体制备具有电位势梯度的肽核酸纳米异 质结 ι 制备 Pc-R2-Conh-Aaaaa-Conh-R1-Pdi-R1-coNH-Tpy_8UTTφTna-CONH2 (τφ 中的取代基 R =-CH3, Tna和Tpy_8中的取代基R为H)肽核酸纳米异质结11)以4-甲苯氢胺(MBHA树脂)为起始单元，用二氯甲烷溶胀后，用2mL三氟乙酸 (TFA)处理3次，每次3分钟，然后分别用2mL摩尔比为1 1的DMF/DCM洗3次，2mL吡 啶洗两次后，将碱基为tpy_8的肽核酸单体用脱水催化剂和二异丙基乙基胺进行活化后，与MBHA树脂于125 μ L N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中进行反应，用DMF洗涤两次，用封端试剂 (乙酸酐)处理并洗涤后，得到MBHA-Tpy_8化合物；2)将所述MBHA_Tpy_8化合物与碱基为U的肽核酸单体进行脱水反应，得到 MBHA-Tpr8U 化合物；3)重复所述步骤2) (3)次，得到MBHA-I^8UTT4Jna化合物；4)将PDI用脱水催化剂和二异丙基乙基胺进行活化后，与所述MBHA-T1^8UTTliJna 化合物进行反应，得到MBHA-I^8UTT4Jna-R1-PDI化合物；5)将碱基为A1的肽核酸单体用脱水催化剂和二异丙基乙基胺进行活化后，与所述 MBHA-Tpr8UTTφTna-R1-PDI 化合物进行反应，得到 MBHA-I^8UTT4Jna-R1-PDI-R1-A1 化合物；6)将所述MBHA-I^8UTT41 Tna-R1-PDI-R1-A1化合物与碱基为A2的肽核酸单体进行脱 水反应，得到 MBHA-Tpy_8UTTφTna-R1-PDI-R1-AlA2 化合物；7)重复所述步骤 6) 3 次，得到 MBHA-Tpy_8UTTφTna-R1-PDI-R1-A1 A2……An 化合物；8)将Pc用脱水催化剂和二异丙基乙基胺进行活化后，与所 述MraA-Tj^8UTT4Jna-R1-PDI-RrA1 A2……An化合物进行反应，得到 MBHA-Tpy-SUTT4Jna-R1-PDI-R1-A1 A2......An-R2-Pc ；9)将所述 MBHA-Tpy_8UTTφTna-R1-PDI-R1-A1 A2……An-R2-Pc 与 5mL 三氟乙酸和 5mL TFMSA分别进行反应，并用乙酸乙酯沉淀后，收集沉淀，得到未纯化的所述肽核酸纳米异质 结分子。将上述未纯化的肽核酸纳米异质结分子溶于0. 5mL DMF中，注入到高压液相色谱 仪(HPLC)中，用TFA/H20(体积比0. 5% )和CH3CN/H20(体积比0. 5% )的混合溶剂洗脱， 收集洗脱液，用质谱(TOF-MS)确定所需产物后，冷冻干燥，所得固体再用HPLC和TOF-MS进 行检测，确定为目标产物，即 Pc-R2-Conh-Aaaaa-Conh-R1-Pdi-R1-coNH-Tpy_8UTT ψ Tna-CONH2 (τ η3ΤΦν8中的取代基R = -CH3)，为一个共价偶联有PDI和Pc的肽核酸分子；10)将所述步骤9)中得到的共价偶联有PDI和Pc的肽核酸分子溶于由50 μ L水 禾口 50 μ L浓度为200mM/L的NaCl水溶液组成的混合液中，置于37°C的培养器中培养2小 时，得到式I所述PNA为-CONH-Tn-CONH2的肽核酸纳米异质结1。所述步骤1)-步骤9)中，所述反应均为等摩尔反应，如所述步骤1)中，所述碱基 为T1的肽核酸单体、脱水催化剂、二异丙基乙基胺和4-甲苯氢胺(MBHA)树脂的摩尔比均 为1 1 1 1。各反应步骤中，有机溶剂的用量以完全溶解反应物为准；所述脱水催化 剂为苯并三氮唑-N，N，N' ,N'-四甲基脲六氟磷酸盐。该肽核酸纳米异质结1可按照常规方法制备生物有机光伏电池，其制备方法如 下在处理干净的ITO玻璃表面上，旋涂一层厚度为40nm的PSS/PED0T (聚二氧乙基 噻吩聚对苯乙烯磺酸)后，在150°C干燥0. 5小时后，将该实施例制备得到的肽核酸纳米异 质结2与硝基苯组成的混合物中旋涂在该PSS/PED0T层上，得到生物有机光伏电池的活性 层(厚度为IOOnm)，于100°C干燥1小时后，在真空度为5 X 10_5Pa的条件下，蒸镀一层厚度 为150nm的金属铝电极，得到所述生物有机光伏电池。该方法中，所述碱基为T41 (R为-CH3)的肽核酸为化合物％，是按照如下方法制备 而得
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1)将中间体化合物 2。(117mg,0. 5mmol)，HBTU(170mg,0. 5謹ol)混合于 1 毫升的 N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)中，加入N，N- 二异丙基乙基胺(DIEA，0· 5mmol)。搅拌30分钟 后，加入化合物N-叔丁氧基-羰基-1，2-二氨基乙烷(120mg，0. 5mmol)的1毫升DMF溶 液，室温搅拌2小时后，倒入20毫升水中，收集沉淀，用乙酸乙酯洗涤、萃取后，有机层用无 水硫酸镁干燥，除去有机溶剂后的油状物用硅胶过柱，用由体积比为10 1的二氯甲烷和 乙酸乙酯组成的混合液淋洗，得到产物化合物(184mg,0. 41mmol)，产率为80%。2)将产 物化合物S41溶于体积比为1 1的由二氯甲烷和乙醇组成的混合溶剂5毫升中，加入1毫 摩尔的氢氧化钠，室温搅拌2小时后用IN盐酸中和，调节溶液的pH值到3-5，除去有机溶剂 得到化合物％，产率为100%。该产物的核磁结构表征数据如下=1H-NMRGOOMHhDMSO-Cl6) δ 12. 99 (s, 1H，-0H)，11. 49 (s, 1H，-NH)，7. 74(s, 1H，-phH)，7. 53 (d, 1H, J = 8. 0Hz,-phH)， 7. 13 (d，1H, J = 8. OHz, -phH) ,6. 7(s, 1H, -NH) , 4. 55(s，2H，-CH2) ,3. 0(d，2H，J = 5. 6Hz，-CH2)，2. 5 (m, 3H, -CH2)，2. 35 (s, 3H, -CH3) ,2. l(s, 1H, -CH2)，1. 37 (s,9H, -Boc-H) ； 13C NMR (DMS0-d6,100MHz) δ :169. 3，169. 1，160. 7，155. 4，150. 2，137. 7，136. 7，132. 8，127. 6， 125. 3,114. 2,80. 5,54. 2,52. 8,49. 8,42. 3,28. 6,20. 2 ；ESI-MS m/z ( % ) :433. 0 (M_!T， 100%)。由上可知，该化合物结构正确，为式III所示苯并尿嘧啶类肽核酸单体(化合物 9 φ) ο其中，所述中间体化合物是按照如下方法制备而得
(1φ) (2φ)1)在20°C的加热条件下，将苯并尿嘧啶(4g，22. 7mmol，化合物I4J溶于120毫升 的DMSO中，加入NaOH(4. 5g，113. 55mmol)，在40C的加热条件下，搅拌反应1个小时，得到 反应溶液(A)。2)将溴乙酸(3. 16g，22. 71mmol)溶于5毫升DMSO中，得到反应溶液(B)。 在40C的加热条件下，将反应溶液B加入到反应溶液A中，加完后，继续搅拌反应12小时。 将反应液倒入150毫升乙酸乙酯中，收集得到的沉淀，将沉淀溶于150毫升水中，用6N盐 酸调节溶液的PH值至pH = 7，过滤得到1. 5克(8. 5mmol)化合物1 ，用6N盐酸调滤液的PH值至2，过滤得到1. 1克(2. 3mmol)产物化合物2〃产率为10%。该产物的核磁结构表 征数据如下=1H-NMR (400MHz，DMS0_d6) δ :12. 99(s，lH，-OH)，11. 49 (s，1Η，-NH)，7. 74 (s， lH，-phH)，7. 53(d，lH，J = 8. OHz, -phH), 7. 13 (d, 1H, J = 8. OHz, -phH) ,4. 55 (s，2H，-CH2)， 2.35(s，3H，-CH3) ； 13CNMR (DMS0_d6，100MHz) δ : 169. 4，161. 6，149. 8，137. 2，136. 4，132. 1， 126. 8，115. 3，113. 2,41. 3,20. 2 ； ESI-MS m/z(% ) :233. 0(M-『，100% )。由上可知，该化合 物结构正确，为式I所示苯并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物2J。其中，步骤1)所用反应物化合物I41是按照如下方法制备而得将市售2-氨基-5 甲基-苯甲酸(4. 5g,30mmol)和尿素(18g，300mmol)混合在一个IOOmL的圆底烧瓶中， 160°C下加热过夜，降温到100°C，加入150mL水，搅拌30分钟后，过滤，收集沉淀得到所 述化合物1J4. 5g，25. 6mmol)，产率85%。该产物的结构表征数据如下1H-NmrGOOMHz, DMS0-d6) δ 11. 21 (s, 1H, -NH) ,11. 05 (s，1H, -NH), 7. 69 (s，1Η, -phH), 7. 47 (d, 1Η, J = 7· 2Hz，-phH)，7· 08(d，1Η，J = 7· 2Hz，-phH)，2· 32(s，3H，-CH3) ;13CWR(DMS0_d6，100MHz) δ 162. 8，150. 3，138. 7，135. 9，131. 5，126. 5，115. 3，114. 2,20. 2 ；ESI-MS m/z(% ) :176· 0(M， 100% )0由上可知，该化合物结构正确，为所述化合物U。所述碱基为Tna (R为H)的肽核酸为化合物5na，是按照如下方法制备而得 将中间体化合物 2na(130mg，0. 5mmol)和 HBTU(170mg,0. 5mmol)混合于 1 毫升的 N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入而异丙基乙基胺(DIEA，0. 5 mmol)。搅拌30分钟后， 加入化合物3na(120mg，0. 5mmol)的1毫升DMF溶液，室温搅拌3小时后，倒入20毫升水 中，收集沉淀，用乙酸乙酯洗涤、萃取后，有机层用无水硫酸镁干燥，除去有机溶剂后的油状 物用硅胶过柱，用由体积比为10 1的二氯甲烷和乙酸乙酯组成的混合液淋洗，得到产 物化合物4na(200mg，0.41mmol)，产率80%。将化合物4na溶于体积比为1 1的由二氯 甲烷和乙醇组成的混合溶剂5毫升中，加入1毫摩尔的氢氧化钠，室温搅拌2小时，后用 IN盐酸中和，调溶液的pH值到3-5，除去有机溶剂得到化合物5na，产率为100%。该产物 的结构表征数据如下=1H-WR(400MHz，DMS0_d6) δ :13· 04(s, 1Η, -OH)，11. 67 (s, 1H, -NH)， 8· 71(s，1Η,-naph-H),8. 15(d,1H,J = 8. 4Hz，-naph-H)，7. 95(d,1H,J = 8. 4Hz，-naph-H)， 7. 63 (t, 1H, J = 8. OHz，-naph-H)，7. 59 (s, 1H, -naph-H)，7. 48 (t, 1H, J = 8. 0Hz, -naph-H)， 4. 90 (s，2H, -CH2)，3. 0 (d, 2H, J = 5. 6Hz, -CH2)，2. 5 (m, 3H, -CH2)，2. 1 (s, 1H, -CH2)，1. 37 (s, 9H, -Boc-H) ；13C NMR(DMS0-d6，100MHz) δ 169. 4，161. 7，149. 8，136. 4，134. 9，131. 2， 129. 6，129. 5，128. 6，126. 8，125. 1,114. 2,110. 4,80. 5,54. 2,52. 8,49. 8,41. 4,28. 6,20. 2 ； ESI-MSm/z(% ) 469. 2(M-HM00% )0由上可知，该化合物结构正确，为式III所示萘并尿 嘧啶类肽核酸单体(化合物5na)。
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其中，中间体化合物2na是按照如下方法制备而得 1)在20°C的加热条件下，将萘并尿嘧啶(4. 0g，18. Smmol，化合物Ij溶于100 毫升的DMSO中，加入NaOH(3. 76g，94. Ommol)，在20°C的加热条件下，搅拌反应1个小时， 得到反应溶液(A)。2)将溴乙酸(2. 512g，18. 8mmol)溶于4毫升DMSO中，得到反应溶液 (B)。在20°C的加热条件下，将反应溶液B加入到反应溶液A中，加完后，继续搅拌1小 时。将反应液倒入200毫升乙酸乙酯中，收集得到的沉淀，将沉淀溶于200毫升水中，用 6N盐酸调溶液的pH值至pH = 7，过滤得到1. 2克(5. 7mmol)化合物1，用6N盐酸调滤液 的PH值至2，过滤得到0. 91克(3. 4mmol)化合物2na，产率18%。该产物的核磁结构表 征数据如下=1H-WR (400MHz，DMS0_d6) δ :13. 04(s，lH，-OH)，11. 67 (s，1Η，-NH), 8. 71 (s, 1H，-naph-H)，8. 15(d，lH，J = 8. 4Hz，-naph-H)，7. 95(d，lH，J = 8. 4Hz，-naph-H)，7. 63 (t, 1H，J = 8. OHz，-naph-H)，7. 59 (s，1H，-naph-H)，7. 48 (t，1H，J = 8. OHz，-naph-H)，4. 90 (s， 2H, -CH2)，2· 35(s，3H，-CH3) ； 13C NMR (DMS0_d6，100MHz) δ : 169. 4，161. 7，149. 8，136. 4， 134. 9,131. 2,129. 6,129. 5,128. 6,126. 8,125. 1,114. 2,110. 4,41. 4 ；ESI-MS m/z ( % ) 269. l(M-HM00%)o由上可知，该化合物结构正确，为式I所示苯并尿嘧啶类肽核酸单体 的中间体(化合物2na)。其中，上述制备方法步骤1)中所用反应物化合物Ina是按照如下方法制备而得将 市售2-氨基-5甲基-苯甲酸(5. 61g，30mmol)和尿素(18g，300mmol)混合在一个IOOmL 的圆底烧瓶中，160°C下加热过夜，降温到100°C，加入150mL水，搅拌30分钟后，过滤，收 集沉淀得到所述化合物lna(5.2g，24.5mmol)，产率82%。该产物的结构表征数据如下 1H-WrGOOMHz, DMS0-d6) δ :11· 31 (s，1Η，-NH)，11. 20(s，1H，-NH)，8. 64 (s，1H, -naph-H)， 8. 10(d,1H, J = 8. 4Hz, -naph-H)，7. 90(d，1H，J = 8. 4Hz, -naph-H)，7. 61(t，1H，J = 8. OHz，-naph-H)，7. 52 (s, 1H, -naph-H)，7. 47 (t, 1H, J = 8. 0Hz,-naph-H) ；13C 匪R(DMS0_d6， 100MHz) δ :162. 9，150. 3，136. 5，136. 3，129. 5，129. 2，129. 0，128. 5，126. 7，124. 9，115. 2， 110. 2 ；GCT-MS m/z(% ) =212. 0 (M, 100% ) 由上可知，该化合物结构正确，为所述化合物实施例12、用实施例10制备所得肽核酸单体制备具有电位势梯度的肽核酸纳米 异质结2:制备Pc-R2-CONH-AAAAA-CONH-R1-PDI-R1-NHCO-TnaTφTφ, Tpy_8Tpy_5-NHC0-R2-Pc 肽核 酸纳米异质结2 (其中，碱基T41中的取代基R = -CH3, Tna, Tpy_5和Tpy_8中的取代基R为H， Τφ,中的取代基R = -OCH3)1)以4-甲苯氢胺(ΜΒΗΑ树脂)为起始单元，用二氯甲烷溶胀后，用2mL三氟乙酸 (TFA)处理3次，每次3分钟，然后分别用2mL摩尔比为1 1的DMF/DCM洗3次，2mL吡啶洗两次后，将碱基为T1的肽核酸单体用脱水催化剂和二异丙基乙基胺进行活化后，与MBHA 树脂于125 μ L N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中进行反应，用DMF洗涤两次，用封端试剂(乙酸 酐)处理并洗涤后，得到MBHA-Tna化合物；2)将所述MBHA-TnaK合物与碱基为T41的肽核酸单体进行脱水反应，得到 MBHA-TnaT φ 化合物；3)重复所述步骤 2)3 次，得到 MBHA-TnaT4J4l, Tpy_8Tpy_5 化合物；4)将Pc用脱水催化剂和二异丙基乙基胺进行活化后，与所述 MBHA-TnaT4J4l, Tpy_8Tpy_5 化合物进行反应，得到 MBHA-TnaT4J4l, Tpy_8Tpy_5-R2_Pc 化合物；5)将所述 MBHA-TnaT4J4l , Tpy_8Tpy_5-R2-Pc 化合物与 5mL 三氟乙酸和 5mL TFMSA进行反应，并用乙酸乙酯沉淀后，收集沉淀，得到未纯化的结构简式为 HOOC-TnaT4J4l, Tpy_8Tpy_5-R2-Pc 的肽核酸分子 A ；将上述未纯化的结构简式为HOOC-TnaT4J4l, Tpy_8Tpy_5-R2_Pc的肽核酸分子A溶于 2mLDMF中，注入到高压液相色谱仪(HPLC)中，用TFA/H20 (体积比0. 5 % )和CH3CN/H20 (体积 比0. 5% )的混合溶剂洗脱，收集洗脱液，用质谱(TOF-MS)确定所需产物后，冷冻干燥，所得 固体再用HPLC和TOF-MS进行检测，确定其结构式无误，为HOOC-TnaT4J4l, Tpy_8Tpy_5-R2_Pc ；6)以MBHA树脂为起始单元，用二氯甲烷溶胀后，用2mL三氟乙酸(TFA)处理3次， 每次3分钟，然后分别用2mL摩尔比为1 1的DMF/DCM洗3次，2mL吡啶洗两次后，将碱 基为A1的肽核酸单体用脱水催化剂和二异丙基乙基胺进行活化后，与MBHA树脂于125 μ L N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中进行反应，用DMF洗涤两次，用封端试剂(乙酸酐)处理并洗 涤后，得到MBHA-A1化合物；7)将所述MBHA-A1化合物与碱基为Α2的肽核酸单体进行脱水反应，得到MBHA-A1 A2化合物； 8)重复所述步骤7) 3次，得到MBHA-A1 A2……An化合物；9)将Pc用脱水催化剂和二异丙基乙基胺进行活化后，与所述MBHA-A1 A2……AnK 合物进行反应，得到MBHA-A1 A2……An-R2-Pc化合物；10)将所述MBHA-A1 A2……An-Pc化合物与三氟乙酸和TFMSA进行反应，并用乙酸 乙酯沉淀后，收集沉淀，得到结构简式为HOOC-A1 A2……An-R2-Pc的肽核酸分子B ；将上述未纯化的肽核酸纳米异质结分子B溶于2mL DMF中，注入到高压液相色谱 仪(HPLC)中，用TFA/H20(体积比0. 5% )和CH3CN/H20(体积比0. 5% )的混合溶剂洗脱， 收集洗脱液，用质谱(TOF-MS)确定所需产物后，冷冻干燥，得到的固体再用HPLC和TOF-MS 进行检测，确定其结构式无误，为HOOC-A1 A2……An-R2-Pc1511)将所述结构简式为HOOC-TnaT4J4l, Tpy_8Tpy_5-R2_Pc的肽核酸分子A溶于ImL的 DMF中，用脱水催化剂和二异丙基乙基胺活化后，与ImL PDI于DMF中反应30分钟后，再加 入用脱水催化剂和二异丙基乙基胺活化的结构简式为HOOC-A1 A2……An-R2-Pc的肽核酸分 子 B 反应 30 分钟后，HPLC 分离，得到所述 Pc-R2-CONH-AAAAA-CONH-R1-PDI-R1-NHCO-TnaTφT φ' Tpy_8Tpy_5-NHC0-R2-Pc，为另一个共价偶联有PDI和Pc的肽核酸分子；12)将所述步骤11)中得到的共价偶联有PDI和Pc的肽核酸分子溶于由50yL水 禾口 50 μ L浓度为200mM/L的NaCl水溶液组成的混合液中，置于37°C的培养器中培养2小 时，得到式I所述PNA为-NHC0-Tn-NHC0-R2-Pc的肽核酸纳米异质结2。
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所述步骤1)-步骤11)中，所述反应均为等摩尔反应，如所述步骤1)中，所述碱基 为1\的肽核酸单体、脱水催化剂、二异丙基乙基胺和4-甲苯氢胺(MBHA树脂)的摩尔比均 为1 1 1 1。各反应步骤中，有机溶剂的用量以完全溶解反应物即可。所述脱水催化 剂为苯并三氮唑-N，N，N' ,N'-四甲基脲六氟磷酸盐。该肽核酸纳米异质结2可按照常规方法制备生物有机光伏电池，其制备方法如 下在处理干净的ITO玻璃表面上，旋涂一层厚度为40nm的PSS/PED0T (聚二氧乙基 噻吩聚对苯乙烯磺酸)后，在150°C干燥0. 5小时后，将所述肽核酸纳米异质结2与硝基 苯组成的混合物中旋涂在该PSS/PED0T层上，得到生物有机光伏电池的活性层(厚度为 IOOnm)，于100°C干燥1小时后，在真空度为5X 10_5Pa的条件下，蒸镀一层厚度为150nm的 金属铝电极，得到所述生物有机光伏电池。所述碱基为Tna(R为H)的肽核酸是按照实施例11提供的方法制备而得。所述碱基为T41 (R = -CH3)的肽核酸是按照实施例11提供的方法制备而得。所述碱基为Tpy_8(R为H)的肽核酸是按照实施例11提供的方法制备而得。所述碱基为Iv (R = -CH3)的肽核酸是按照如下方法制备而得 将化合物2Φ, (140mg,0. 5mmol)和 HBTU(170mg，0. 5mmol)混合于 1 毫升的 N， N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入N，N-二异丙基乙基胺(DIEA，0. 5mmol)搅拌30分钟后， 加入化合物(120mg,0. 5mmol)的1毫升DMF溶液，室温搅拌3小时后，倒入20毫升水 中，收集沉淀，用乙酸乙酯洗涤、萃取后，有机层用无水硫酸镁干燥，除去有机溶剂后的油状 物用硅胶过柱，用由体积比为10 1的二氯甲烷和乙酸乙酯组成的混合液淋洗，得到产物 化合物、，(210mg，0.42mmol)，产率81%。将化合物,溶于由体积比为1 1的二氯 甲烷和乙醇组成的混合溶剂5毫升中，加入1毫摩尔的氢氧化钠，室温搅拌2小时，后用 IN盐酸中和，调溶液的pH值到3-5，除去有机溶剂得到化合物，产率为100%。该化 合物 5φ,的核磁检测数据如下=1H-NmrGoomHz, DMS0-d6) δ :12. 99(s,lH, -OH), 11. 49 (s, 1H, -NH)，7. 29 (s，1H, -ph_H)，6· 71 (s, 1H, -ph_H)，4. 55(s，2H，-CH2)，3. 85(s，3H，-CH3)， 3. 80 (s，3H, -CH3)，3. 0 (d, 2H, J = 5. 6Hz, -CH2)，2. 5 (m, 3H, -CH2)，2. 1 (s, 1H, -CH2)，1. 37 (s, 9H, -Boc-H) ； 13CNMR (DMS0-d6. 100MHz) δ :169. 3，169. 1，160. 7，155. 4，150. 2，137. 7，136. 7， 132. 8，127. 6，125. 3,114. 2,80. 5,56. 2,54. 8,54. 2,52. 8,49. 8,42. 3,28. 6 ；ESI-MS m/ z(% ) :479.0(M-r, 100% )。由上可知，该化合物结构正确，为式III所示苯并尿嘧啶类肽 核酸单体(化合物5 φ,)。其中，所述化合物是按照如下方法制备而得 1)在20C的加热条件下，将二甲氧基苯并尿嘧啶(4g，ISmmol，化合物I4l,)溶于 90毫升的DMSO中，加入NaOH (3. 6g，90mmol)，在20C的加热条件下，搅拌反应1个小时后， 得到反应溶液㈧。2)将溴乙酸(2. 5g，18mmol)溶于5毫升DMSO中，得到反应溶液⑶。 在20C的加热条件下，将反应溶液B加入到反应溶液A中，加完后，继续搅拌12小时。将 反应液倒入150毫升乙酸乙酯中，收集得到的沉淀，将沉淀溶于100毫升水中，用6N盐酸 调溶液的PH值至pH = 7，过滤得到1. 6克(7. 2mmol)化合物1 ,，用6N盐酸调滤液的pH 值至2，过滤得到0.81克(2.9mmol)产物化合物，产率16%。该产物的核磁结构表 征数据如下=1H-WR (400MHz，DMS0_d6) δ :12. 94(s，lH，-OH)，11. 36 (s，1Η，-NH)，7. 29 (s， 1H, -ph-H)，6. 71 (s，1H, -ph_H)，4. 53 (s, 2H, -CH2)，3. 85 (s, 3H, -CH3)，3. 80 (s, 3H, -CH3) ； 13C NMR (DMS0-d6,100MHz) δ :169· 4，161. 6，149. 8，137. 2，136. 4，132. 1,126. 8，115. 3，113. 2， 56. 2,54. 3,41. 3 ；EI-MS m/z(% ) =280. 1(M, 100% ) 由上可知，该化合物结构正确，为式 I所示苯并尿嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物)。其中，所述步骤1)中所用反应 物化合物I41,是按照如下方法制备而得将市售2-氨基-4，5- 二甲氧基-苯甲酸(5. 92g， 30mmol)和尿素(18g，300mmol)混合在一个IOOmL的圆底烧瓶中，160°C下加热过夜，降 温到100°C，加入150mL水，搅拌30分钟后，过滤，收集沉淀得到所述化合物I4l, (5. Sg, 26. Immol)，产率 87%。该产物的结构表征数据如下1H-WR(400MHz，DMS0_d6) δ :11· 36 (s, 1H, -NH)，11. 21 (s，1H，-NH), 7. 29 (s, 1Η, -ph-H) ,6. 71 (s, 1Η, -ph-H) ,3. 85(s,3H, -CH3), 3. 80 (s，3H，-CH3) ； 13C 匪R(DMS0_d6，100MHz) δ :161· 6，149. 8，137. 2，136. 4，132. 1，126. 8， 115. 3,113. 2,56. 2,54. 3 ；GCT-MS m/z(% ) 222. 2(M, 100% ) 由上可知，该化合物结构正 确，为所述化合物I41,。所述碱基为Tpy_5(R为H)的肽核酸为化合物11，是按照如下方法制备而得 1)将中间体(化合物 6) (lllmg,0. 5mmol), HBTU (224. 4mg,0. 66mmol)混合于 3 毫 升的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入N，N-二异丙基乙基胺(DIEA，0. 66mmol)。搅拌40 分钟后，加入化合物7 (144mg, 0. 66mmol)的3毫升DMF溶液，室温搅拌5小时后，倒入30毫升水中，收集沉淀，用乙酸乙酯洗涤、萃取后，有机层用无水硫酸镁干燥，除去有机溶剂后的 油状物用硅胶过柱，用由体积比为10 1的二氯甲烷和乙酸乙酯组成的混合液淋洗，得到 产物化合物10(188mg，0. 42mmol)，产率84%。2)将产物化合物10溶于体积比为1 1的由 二氯甲烷和乙醇组成的混合溶剂6毫升中，加入1. 2毫摩尔的氢氧化钠，室温搅拌3小时， 后用IN盐酸中和，调节溶液的pH值到3-5，除去有机溶剂得到化合物11，产率为100%。该 化合物 11 的核磁检测数据如下=1H-WR (400MHz，DMS0_d6) δ 13. 08 (s，1H，-OH)，11. 49 (s， 1H，-NH)，8· 71 (d, 1H, J = 8. 0Hz,-pyH) ,8. 28 (d, 1H, J = 8. 0Hz,-pyH) ,7. 28 (q, 1H, J = 4. 8 and 6. 8Hz，-pyH)，6. 5 (s，1H，-NH)，4. 55 (s，2H，-CH2)，3. 85 (s，2H，-CH2)，3· 0 (m，2H，-CH2)， 2. 5(m，2H，-CH2)，1. 37(s，9H，-Boc-H) ；13C 匪R(DMS0_d6，100MHz) δ 169. 3，168. 5，160. 7， 154. 4，152. 2，148. 7，138. 7，135. 2，117. 6，115. 3，80. 5，54. 2，52. 8，49. 8,42. 3,28. 6 ； ESI-MSm/z(% ) :420. 0(Μ-!Γ,100% )0由上可知，该化合物结构正确，为式III所示苯并尿 嘧啶类肽核酸单体(化合物11)。其中，所述中间体化合物6是按照如下方法制备而得 1)在20°C的加热条件下，将吡啶并尿嘧啶(4g，24. 5mmol，化合物5)溶于100毫升 的DMSO中，加入NaOH(9. Og, 227. Immol)，在20°C的加热条件下，搅拌反应3个小时，得到反 应溶液(A)。2)将溴乙酸(3. 48g，24. 9mmol)溶于3毫升DMSO中，得到反应溶液(B)。在20°C 的加热条件下，将反应溶液B加入到反应溶液A中，加完后，继续搅拌10小时。将反应液倒 入130毫升乙酸乙酯中，收集得到的沉淀，将沉淀溶于130毫升水中，用6N盐酸调溶液的pH 值至PH = 7，过滤得到1. 5克(9. 2mmol)化合物1，用6N盐酸调滤液的pH值至2，过滤得到 0. 81克(3. 7mmol)产物化合物6，产率15%。该产物的核磁检测数据如下1H-NmrGOOMHz, DMS0-d6) δ 13. 04(s, 1H, -NH)，11. 48 (s, 1H, -NH),8. 60 (d, 1H, J = 8. OHz, -pyH),8. 30 (d, 1Η, J = 8. OHz, -pyH), 7. 31(q, 1Η, J = 4. 8 and 6. 8Hz, -pyH) ,4. 53(s,2H, -CH2), 3. 30 (s, 3Η, -CH3) ； 13C 匪R(DMS0-d6，1 OOMHz) δ :169· 4，161. 9，154. 8，151. 3，149. 4，135. 7，118. 5， 114. 2,41. 2 ；GCT-MS m/z(% ) 221. 0 (Μ, 100% ) 由上可知，该化合物结构正确，为苯并尿 嘧啶类肽核酸单体的中间体(化合物6)。其中，上述方法步骤1)中所用反应物化合物5吡 啶并尿嘧啶是按照如下方法制备而得 将市售的2-氨基-3-羧基-吡啶(4. 14g，30mmol,化合物4)和尿素(18g， 300mmol)混合在一个IOOmL的圆底烧瓶中，160°C下加热过夜，降温到100°C，加入50mL水， 搅拌30分钟后，过滤，收集沉淀得到化合物5 (3. 5g，21. 5mmol)，产率71 %。该产物的结构 表征数据如下=1H-WrGOOMHz, DMS0-d6) δ :11· 64 (s，1H, -NH)，11. 48 (s, 1H, -NH), 8. 60 (d, 1Η, J = 8. OHz，-pyH)，8. 30 (d, 1H, J = 8. OHz，-pyH)，7. 31 (q，1H，J = 4. 8 and 6. 8Hz，-pyH)， 3. 30 (s，3H，-CH3) ； 13C 匪R(DMS0_d6，100MHz) δ 162. 2，154. 8，151. 3，150. 4，135. 7，126. 5， 110. 2,20. 2 ；GCT-MS m/z(% ) 163. 0 (Μ, 100% ) 由上可知，该化合物结构正确，为化合物 5。
权利要求
式I或式II结构通式所述化合物，(式I)(式II)所述式I和式II结构通式中，R为 F、 Cl、 Br、 I、 H、 CH3、 CH2CH3或 CH2CH2CH3。FSA00000185366200011.tif,FSA00000185366200012.tif
2. 一种制备权利要求1中式I所述化合物的方法，包括如下步骤 1)将式III所示吡啶并尿嘧啶类衍生物于有机溶剂中与氢氧化钠进行反应，反应完毕 得到反应溶液A ； 所述式 III 中，R 为-F、-Cl、-Br、-I、-H、-CH3> -CH2CH3 或-CH2 CH2CH3 ；2)将溴乙酸溶于有机溶剂中，得到反应溶液B，将所述反应溶液B与所述反应溶液A进 行反应，得到权利要求1中式I所述化合物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述步骤1)中，所述有机溶剂选自二甲 基亚砜和N，N- 二甲基甲酰胺中的至少一种，优选二甲基亚砜；所述式III所示吡啶并尿嘧 啶类衍生物、氢氧化钠与所述有机溶剂的用量比为Immol 2-10mmol 2-10ml ；所述步骤2)中，所述有机溶剂选自二甲基亚砜和N，N- 二甲基甲酰胺中的至少一种，优 选二甲基亚砜；所述溴乙酸与所述有机溶剂的用量比为1-1. 5mmol 0. 05-0. 3ml ；所述反 应步骤中，温度为20-80°C，优选20-70°C，时间为5-15小时，优选8_10小时。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于在所述步骤2)反应完毕之后，对反 应体系进行如下纯化处理将反应体系与乙酸乙酯混勻，收集得到的沉淀，将所述沉淀溶于 水中，调节PH值至2，得到纯化后的权利要求1中式I所述化合物。
5.一种制备权利要求1中式II所述化合物的方法，包括如下步骤1)将式IV所示吡啶并尿嘧啶类衍生物于有机溶剂中与氢氧化钠进行反应，反应完毕 得到反应溶液A ； (式 IV) 2)将溴乙酸溶于有机溶剂中，得到反应溶液B，将所述反应溶液B与所述反应溶液A进 行反应，得到权利要求1中式II所述化合物。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤1)中，所述有机溶剂选自二甲 基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺中的至少一种，优选二甲基亚砜；所述式IV所示吡啶并尿嘧 啶类衍生物、氢氧化钠与所述有机溶剂的用量比为Immol 2-10mmol 2_10ml ；温度为 20-80°C，优选20-70°C，时间为10-300分钟，优选100-200分钟；所述步骤2)中，所述有机溶剂选自二甲基亚砜和N，N- 二甲基甲酰胺中的至少一种，优 选二甲基亚砜；所述溴乙酸与所述有机溶剂的用量比为1-1. 5mmol 0. 1-1. Oml ；所述反应 步骤中，温度为20-80°C，优选20-70°C，时间为5_15小时，优选8_10小时。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于在所述步骤2)反应完毕之后，对反 应体系进行如下纯化处理将反应体系与乙酸乙酯混勻，收集得到的沉淀，将所述沉淀溶于 水中，调节PH值至2，得到纯化后的权利要求1中式II所述化合物。
8.式V或式VI所示肽核酸单体化合物，(式 VI)所述式 V 和式 VI 中，R 为-F、-Cl、-Br、-H、-I、-CH3> -CH2CH3 或-CH2 CH2CH3。
9.一种制备权利要求8所述肽核酸单体化合物的方法，包括如下步骤将权利要求1所述化合物和苯并三氮唑-N，N，N' ,N'-四甲基脲六氟磷酸盐于有机 溶剂a中与N，N- 二异丙基乙胺在室温下反应10-30分钟后，再加入N-叔丁氧基-羰基_1， 2- 二氨基乙烷的有机溶液在室温下反应60-240分钟后得到产物a，将所述产物a于有机混 合液中与氢氧化钠在室温下反应30-120分钟后，调节pH值至3-5，得到权利要求6所述肽 核酸单体化合物；所述N-叔丁氧基-羰基-1，2- 二氨基乙烷的有机溶液是将所述N-叔丁 氧基-羰基-1，2- 二氨基乙烷溶于有机溶剂b中而得。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述有机溶剂a和有机溶剂b均选自N， N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种，优选N，N-二甲基甲酰胺；所述有机混合液是(式V)由体积比为11的二氯甲烷与乙醇混合而得；所述权利要求1所述化合物、苯并三氮唑-N，N，N' ,N' _四甲基脲六氟磷酸盐、有机 溶剂a、N，N-二异丙基乙胺、N-叔丁氧基-羰基-1，2-二氨基乙烷、有机溶剂b 氢氧化钠 的用量比为 Immol 1-1. 32mmol 0. 5_6ml 1-1. 32mmol 1-1. 32mmol 0. 5_6ml l-3mmo 1，优选 lmmol Immol 2ml Immol Immol 2ml 2mmol 或 Immol 1. 32mmol 6m 1 1. 32mmol 1. 32mmol 6ml 2.4mmol0
11.权利要求8所述肽核酸单体化合物在制备具有电位势梯度的核酸仿生材料中的应用。
12.以权利要求8所述肽核酸单体化合物为单体制备得到的肽核酸。
全文摘要
本发明公开了一种吡啶并尿嘧啶类肽核酸单体及其中间体与它们的制备方法与应用。该中间体如式I或式II所示。该肽核酸单体如式V或式VI所示。本发明提供了一种新型结构的肽核酸单体，并提供了一种合成该类二取代苯并尿嘧啶类肽核酸单体的新方法。由于该肽核酸单体具有不同的化学结构，其电性能也不同，因而，可用于构建具有电位势梯度的核酸仿生纳米材料，应用于光电子领域。
文档编号C07K5/068GK101891739SQ20101022426
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月12日 优先权日2010年7月12日
发明者姚建年, 李鹏发, 詹传郎 申请人:中国科学院化学研究所