一种水溶性富勒烯及其中间体、制备方法和应用

本发明涉及材料领域，尤其涉及一种水溶性富勒烯及其中间体、制备方法和应用。

背景技术：

1、急性心肌梗死(ami)是导致心血管相关疾病死亡的主要原因。由于冠状动脉阻塞，心肌会出现血液供应不足，引起心肌组织的缺氧，导致心肌坏死、纤维化和心室重塑，严重影响心脏功能。在临床中，急诊pci治疗即再灌注治疗是缓解ami的主要方法，因为它可以及时缓解心肌细胞缺氧，改善心脏功能，减少梗死面积的进展，并有效及时地降低死亡率。然而在缺血再灌注过程中，会造成活性氧(ros)“爆发式”的产生，当活性氧过量存在时，可能会进一步导致心肌细胞死亡、诱导炎症反应加重，更甚者造成心肌收缩功能障碍,引发恶性心律失常，直至危及生命。

2、活性氧(ros)的产生是基于持续的氧化应激。氧化应激过程已被证实参与了多种心血管疾病的发病机制，如高血压、主动脉瘤、高胆固醇血症、动脉粥样硬化，心脏缺血再灌注损伤，心肌梗死，心力衰竭和心律失常等。因此，平衡好ros和抗氧化剂之间的关系，对细胞的正常功能至关重要。目前的抗氧化治疗策略主要包括饮食辅助、基因治疗、自由基清除剂、聚乙二醇(peg)结合和基于纳米医学的技术。然而，效果和应用却不尽相同令人满意的，鉴于上述方法的局限性，非常急需寻求一种有效而强大的抗氧化剂来对抗疾病的发展。因此具有强大吸附氧自由基能力的富勒烯成为一种应用的可能性。

3、“自由基海绵”富勒烯具有奇异的电子结构，其硬度高、稳定性好，具有磁性、超导性等特性，使其在光学、催化、生物医学等领域具有广阔的应用前景。然而，由于富勒烯的球形和疏水表面导致其在水中的溶解度有限，大大限制了它的应用。大多数的尝试是对其进行化学改性，例如在c60中引入亲水性基团，但功能化会带来一定的性能损失，尤其是缺电子性。在典型的c60修饰反应中，双键的引入会影响c60的整体共轭，想要保持c60原有结构的情况下，显著提高其水溶性才是最理想的目标。

技术实现思路

1、技术问题

2、有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何提供一种水溶性富勒烯及其中间体、制备方法和应用。

3、本发明受传统鲁班锁益智游戏的启发，设计了一种六边形的两亲体(m1)，通过六个分子在水中的疏水作用，组装形成一个水溶性的可将c60分子完美地包裹在空腔中的立方体状超分子笼(6m1@c60)。其在不改变c60原有结构的情况下，显著提高了c60的水溶性。进一步使用该水溶性复合物通过akt/nrf2/ho-1途径减少心肌细胞(fmc84)中的ros。本研究为水溶性c60的构建提供了新的指导，并验证了c60在预防氧化应激相关心血管疾病损伤中的重要作用，并证实了新型水溶性富勒烯的成功制备及其在医学领域中的可行性和有效性。

4、解决方案

5、为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：

6、第一方面，本发明提供一种用于对富勒烯进行亲水处理的化合物，其结构式如(m1)所示，

7、

8、第二方面，提供一种第一方面所述的化合物的中间体，其为6-乙烯基吡啶基六苯基苯，结构式如(2)所示，

9、

10、第三方面，提供一种第二方面所述的中间体的制备方法，包括如下步骤：

11、在惰性气体氛围下，在溶剂中，六溴苯基苯和对乙烯基吡啶在弱碱盐、催化剂作用下，120～180℃下反应，得到式(2)的产物。

12、进一步地，弱碱盐为碳酸钠、碳酸钾和碳酸铯中的一种或几种。

13、可选地，催化剂为pdcl2(pph3)2(双三苯基磷二氯化钯)。

14、可选地，六溴苯基苯和对乙烯基吡啶的摩尔比为1：(6～24)，可选地为1：(8～16)，可选地为1：(10～14)，可选地为1：12。

15、可选地，乙烯基吡啶与弱碱盐的摩尔比为1：(0.8～1.4)，可选地为1：(1.0～1.2)，可选地为1：1。

16、可选地，催化剂与六溴苯基苯的摩尔比为(0.1-0.24)：1，可选地为0.2：1。

17、可选地，溶剂为极性溶剂，可选地溶剂为无水n,n-二甲基甲酰胺。

18、可选地，反应温度为130～180℃，可选地为140～160℃，可选地为150℃；可选地反应时间为40～60h，可选地为48h。

19、第四方面，提供一种第一方面所述的制备方法，在惰性气体条件下，在溶剂中，将第二方面所述的式(2)的中间体或第三方面所述的制备方法制备的式(2)的中间体，与碘甲烷反应生成式(m1)的产物。

20、进一步地，式(2)的中间体与碘甲烷的摩尔比为1：(6～60)，可选地为1：(12～54)，可选地为1：(30～54)，可选地为1：(40～54)，可选地为1：(45～54)，可选地为1：50。

21、和/或，与碘甲烷的反应温度为35～60℃，可选地为40～60℃，可选地为40～50℃，可选地为45℃，可选地，反应时间为20～36h，可选地为24h；

22、可选地，溶剂为卤代甲烷，可选地为三氯甲烷。

23、第五方面，提供一种水溶性富勒烯，其包括富勒烯和包裹其的多面体分子笼，所述多面体分子笼通过第一方面所述的化合物m1或第四方面的制备方法制备的化合物m1自组装而成。

24、进一步地，所述多面体分子笼通过6个化合物m1自组装而成。

25、和/或，水溶性富勒烯的溶解度为12mg/ml。

26、和/或，所述富勒烯为cm，m为30～90之间的整数，可选地所述富勒烯为c60、c70中的一种或几种。

27、进一步地，所述多面体分子笼内带有直径1～2nm的疏水空腔。

28、第六方面，提供一种水溶性富勒烯的制备方法，包括如下步骤：

29、1)80℃～100℃加热第一方面所述的化合物m1或第四方面的制备方法制备的化合物m1的饱和水溶液；

30、2)在步骤1)中加入6～12倍当量的富勒烯(即富勒烯是六溴苯基苯摩尔量的6～12倍)，维持该体系十分钟，之后使该体系置于可以程序控制温度的加热台上，并设置程序在1小时内均匀的从80～100℃降至20℃～25℃，析出肉眼可见深棕色晶体，得到水溶性富勒烯；

31、可选地，步骤2)中，富勒烯为6倍当量(即富勒烯是六溴苯基苯摩尔量的6倍)。富勒烯过量可以使每个分子笼中包含一个富勒烯，多余的富勒烯因不溶于水可以过滤去除。

32、第七方面，一种第五方面所述的水溶性富勒烯或第六方面所述的制备方法制备的水溶性富勒烯在制备治疗氧化应激疾病药物或保健品中的应用；

33、可选地，所述氧化应激疾病包括高血压、主动脉瘤、高胆固醇血症、动脉粥样硬化、心脏缺血再灌注损伤、心肌梗死、心力衰竭和心律失常中的一种或几种。

34、有益效果

35、本发明利用超分子非共价键疏水相互作用，将六个分子结合在一起，组装成了一个水溶性的立方体状超分子笼。所得到的笼可以在不改变原有富勒烯结构的情况下，将一个c60分子完美地包裹在分子笼腔内，进而提高c60的水溶性，被证实了其对心血管疾病的益处。本发明为构建水溶性c60提供了新的思路，并进一步验证了c60在预防氧化应激相关心血管疾病损伤中的重要作用。

36、上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。