一种萘二酰亚胺基双环化合物、制备方法及其应用

本发明属于有机合成和超分子化学，特别是涉及一种萘二酰亚胺基双环化合物、制备方法及其应用。

背景技术：

1、大环化合物由于其特殊的环状分子结构及优良的主客体性质，成为超分子化学研究的主要内容之一，另外在药物传输/可控释放方面日益受到广泛重视。设计和开发具有独特结构和良好主客体性质的新型大环主体是这一领域的一个永久而富有挑战性的课题。

2、近红外光热转换材料的开发与应用在过去的几十年中引起了广泛的研究和关注，取得了许多研究成果。但是已有的光热转换材料仍然存在着合成复杂、生物相容性低、光热转换效率低和光热稳定性差等缺陷，尤其是近红外二区(nir-ii区)响应的小分子光热材料的缺乏严重限制了其在生物医药领域的实际应用。因此开发新型易于合成、高效安全且兼具水溶性的理想近红外光热转换材料仍然是一个新兴的、充满挑战性的课题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种萘二酰亚胺基双环化合物、制备方法及其应用，以解决上述现有技术存在的问题，所述萘二酰亚胺基双环化合物作为nir-ⅱ区光热剂具有光热杀菌的应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种萘二酰亚胺基双环化合物(英文缩写为gbox)，结构通式如下：

4、

5、其中，r1为h，ch3或者ch2oh。

6、本发明的萘二酰亚胺基双环化合物包裹不同富电子程度的客体分子，具有主体与客体为1:2的结合模式，表现出优异的结合能力，其主客体复合物的水溶液在nir-ii区表现出显著的光热性能，萘二酰亚胺基双环化合物包裹客体分子后作为nir-ii区光热剂具有癌细胞热消融的作用，萘二酰亚胺基双环化合物包裹客体分子后作为nir-ii区光热剂具有光热杀菌的作用。

7、本发明提供了一种简单实用的萘二酰亚胺基双环化合物合成方法，并提供了其在近红外光热治疗方面的应用方式。所述萘二酰亚胺基双环化合物在水中表现出优异的溶解度；由于萘二酰亚胺基双环化合物具有2个高度缺电子的方形空腔，可以包裹富电子的平面型客体，形成的主客体复合物呈现1:2的结合模式；该萘二酰亚胺基双环的主客体复合物可在近红外二区(nir-ii区)1064nm激光的照射下表现出优异的光热效果和光热稳定性，同时具有良好的生物相容性，因此进一步被开发用于高效消融癌细胞和细菌的nir-ii区光热剂，证实其在生物医学上的潜在应用。

8、一种所述萘二酰亚胺基双环化合物的制备方法，合成路线如下：

9、

10、包括如下步骤：

11、1)将4-(羟甲基)苯甲腈、一水合肼和无水乙醇混合，使其分散均匀，加热，反应结束冷却至室温后，加入去离子水，析出大量的白色沉淀物质，过滤后再用去离子水洗涤白色沉淀物质3-5次，干燥得白色固体粉末，即中间产物a，无需分离纯化，直接用于下一步反应；

12、2)将步骤1)中未纯化的中间产物a、1,4,5,8-萘四羧酸二酐和溶剂混合，加热搅拌，反应结束后，加入去离子水得到黄色沉淀物，过滤后再用去离子水洗涤3-5次，烘干得到黄色固体粗制品，最后柱层析分离得到纯净的黄色固体粉末，即中间产物b；

13、3)将步骤2)的中间产物b和氢溴酸溶液混合，加热搅拌回流，反应结束后，冷却至室温，析出些许黄色沉淀物，再加入5％(质量分数)nahco3水溶液析出更多沉淀，过滤，去离子水洗涤沉淀3-5次，干燥得到黄色固体粉末，即中间产物c；

14、4)将步骤3)的中间产物c、3,3'-联吡啶或其衍生物和n,n’-二甲基甲酰胺混合，加热搅拌，反应结束后，冷却至室温，反应后的悬浊液离心，得沉淀，沉淀溶于去离子水，加入饱和六氟磷酸铵水溶液，过滤，洗涤，干燥，得到淡黄色固体粉末，即萘二酰亚胺基双环化合物(gbox)。

15、优选的，在萘二酰亚胺基双环化合物的制备方法中，步骤1)中，4-(羟甲基)苯甲腈、一水合肼(85％，质量分数)和无水乙醇的摩尔体积比为1mmol：(0.6-1.2)ml：(0.2-0.4)ml；

16、加热温度为100-130℃，时间为48-80h。

17、优选的，在萘二酰亚胺基双环化合物的制备方法中，步骤2)中，1,4,5,8-萘四羧酸二酐、中间产物a和溶剂的摩尔体积比为1mmol：(2.0-4.0)mmol：(10-25)ml；

18、加热温度为110-165℃，时间为12-48小时；

19、柱层析分离时以二氯甲烷/乙酸乙酯(2:1，v/v)为洗脱剂。

20、优选的，在萘二酰亚胺基双环化合物的制备方法中，步骤2)中，所述溶剂包括丙酸、乙酸、丁酸或n,n’-二甲基甲酰胺。

21、优选的，在萘二酰亚胺基双环化合物的制备方法中，步骤3)中，加热温度为100-115℃，时间为12-48h；

22、中间产物b与氢溴酸溶液的质量体积比为1g：(40-70)ml。

23、优选的，在萘二酰亚胺基双环化合物的制备方法中，步骤3)中，所述氢溴酸溶液为氢溴酸乙酸溶液(33％，w/w)和氢溴酸水溶液(48％，w/w)中的至少一种；当为二者的混合液时，氢溴酸乙酸溶液(33％，w/w)和氢溴酸水溶液(48％，w/w)按照体积比1：(0.8-2)混合。

24、优选的，在萘二酰亚胺基双环化合物的制备方法中，步骤4)中，所述中间产物c与3,3'-联吡啶或其衍生物的摩尔比为1：(2-2.2)；

25、加热温度为40-100℃，时间为24-80小时。

26、本发明步骤2)、步骤3)、步骤4)的反应都是在无氧环境下进行。

27、所述萘二酰亚胺基双环化合物在制备光热化学治疗光热剂中的应用。

28、所述萘二酰亚胺基双环化合物在制备近红外二区光热剂中的应用。

29、本发明的萘二酰亚胺基双环化合物(gbox)包裹多种客体分子，呈现出主体与客体为1:2的结合模式，表现出优异的结合能力，萘二酰亚胺基双环化合物包裹客体分子形成的主客体电荷转移(ct)复合物，可作为nir-ii区光热治疗的光热剂，具有热消融癌细胞和光热抗菌的应用。

30、本发明公开了以下技术效果：

31、本发明制备的萘二酰亚胺基双环化合物是一种结构新颖的大环化合物，该化合物具有优异的水溶性，萘二酰亚胺基双环化合物作为缺电子的主体可包裹不同程度富电子的客体，呈现出主客体为1:2的结合模式，表现出优异的结合能力。

32、本发明制备的萘二酰亚胺基双环化合物，由于包裹客体分子在nir-ii区具有优异的吸光性能，并且主客体复合物具有良好的生物相容性，可被用作癌细胞和细菌热消融的高效的nir-ii区光热剂。

33、本发明思路简洁，合成策略新颖且原料易得，具有很好的普适性，可以设计合成具有不同功能的双环化合物，无需任何模板剂，为水溶性双大环化合物的合成提供了新的途径，并促进了其在生物医学领域潜在的应用。

技术特征：

1.一种萘二酰亚胺基双环化合物，其特征在于，结构通式如下：

2.一种权利要求1所述萘二酰亚胺基双环化合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述萘二酰亚胺基双环化合物的制备方法，其特征在于，步骤1)中，4-(羟甲基)苯甲腈、一水合肼(85％)和无水乙醇的摩尔体积比为1mmol：(0.6-1.2)ml：(0.2-0.4)ml；

4.根据权利要求2所述萘二酰亚胺基双环化合物的制备方法，其特征在于，步骤2)中，1,4,5,8-萘四羧酸二酐、中间产物a和溶剂的摩尔体积比为1mmol：(2.0-4.0)mmol：(10-25)ml；

5.根据权利要求4所述萘二酰亚胺基双环化合物的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括丙酸、乙酸、丁酸或n,n’-二甲基甲酰胺。

6.根据权利要求2所述萘二酰亚胺基双环化合物的制备方法，其特征在于，步骤3)中，加热温度为100-115℃，时间为12-48h；

7.根据权利要求6所述萘二酰亚胺基双环化合物的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述氢溴酸溶液为氢溴酸乙酸溶液和氢溴酸水溶液中的至少一种。

8.根据权利要求2所述萘二酰亚胺基双环化合物的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述中间产物c与3,3'-联吡啶或其衍生物的摩尔比为1：(2-2.2)；

9.权利要求1所述萘二酰亚胺基双环化合物在制备光热化学治疗光热剂中的应用。

10.权利要求1所述萘二酰亚胺基双环化合物在制备近红外二区光热剂中的应用。

技术总结
本发明公开了一种萘二酰亚胺基双环化合物、制备方法及其应用，属于有机合成和超分子化学技术领域，萘二酰亚胺基双环化合物在水中表现出优异的溶解度；由于萘二酰亚胺基双环化合物具有2个高度缺电子的方形空腔，可以包裹富电子的平面型客体，形成的主客体复合物呈现1:2的结合模式；该萘二酰亚胺基双环的主客体复合物可在NIR‑II区1064nm激光的照射下表现出优异的光热效果和光热稳定性，同时具有良好的生物相容性，因此进一步被开发用于高效消融癌细胞和细菌的NIR‑II区光热剂，证实其在生物医学上的潜在应用。

技术研发人员：魏玮,李然
受保护的技术使用者：首都师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12