一种氮杂环烷氨基萤光素化合物及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于药物技术领域，特别涉及一种氮杂环烷氨基萤光素化合物及其制备方 法与应用。
【背景技术】
[0002] 生物发光（Bioluminescence)是生物体内的化学物质在酶的催化下将化学能转 化为光能的一种过程，这是一种特殊类型的化学发光，不依赖于机体对光的吸收，化学能转 化为光能的效率很高，接近1〇〇%。生物发光现象广泛存在于自然界生物有机体中，包括细 菌、昆虫和海洋生物等。不同的生物发光体系的萤光素酶和萤光素结构也各有差别，目前只 完成为数不多的几个物种的活性物质分离和分子结构确定，并被应用于哺乳动物的成像研 宄。虽然每种发光体系的发光底物不尽相同，但其生物发光的机制确大致相同：底物被萤光 素酶催化氧化，产生含有激发态的电子中间体，当该电子由激发态返回基态时将化学能转 化为光能，释放出光子。
[0003] 生物发光成像（bioluminescence imaging)是通过灵敏的光学检测仪器监控萤 光素酶标记的细胞或基因在活体生物内的活动和行为过程的一种新兴的成像技术.生物 发光成像技术具有操作简便快速、灵敏度高、能够实现实时动态观测以及非侵袭性等优 点。随着理论研宄的深入，该技术已经逐步地应用到微生物学、生物化学、环境科学、分子 生物学、医学等多个学科和领域，成为了一种重要的成像手段.生物发光成像技术在肿瘤 生长监测和转移示踪、目标基因表达的检测、蛋白-蛋白相互作用、药物高通量筛选、细胞 内ATP水平探测和研宄细菌病毒感染宿主过程等领域有着不可替代的技术优势。生物 发光信号的实时检测与萤光素的半衰期和组织的渗入量紧密相关。然而生物发光是一 种爆发型的发光现象，半衰期较短，这些因素在很大程度上限制了萤光素在体内实验的 应用。为了解决这些问题，Piwnica-Worms等人用微渗透泵来保证组织中萤光素的浓度 (Gross, S., et al., Continuous delivery of D-Iuciferin by implanted micro-osmotic pumps enables true real-time bioluminescence imaging of luciferase activity in vivo. Mol Imaging, 2007. 6 (2) :p. 121-30.)，而 Denmeade 等人则利用聚乙二醇与 D-萤光 素的类似物氨基萤光素连接来延长萤光素的半衰期（Chandran, S. S.，S. A. Williams, and S. R. Denmeade, Extended-release PEG-Iuciferin allows for long-term imaging of firefly luciferase activity in vivo. Luminescence, 2009. 24 (I) :p. 35-8.) 〇 除此之 外，生物发光的发光波长只在可见光范围，与部分生物分子（例如，血红素）吸收光谱的重 叠限制了其在深组织的应用，将生物发光的波长范围扩展到近红外区域是一个较为理想 的目标。Yasuteru Urano等人利用生物发光能量共振转移（BRET)的方法，将一系列Cy5焚 光团链接在氨基萤光素上，得到近红外的发光范围（Kojima，R.，et al·，Rational Design and Development of Near-Infrared-Emitting Firefly Luciferins Available In Vivo. Angew. Chem. Int. Ed，2013. 52:p. 1175-1179)。虽然上述研宄在某种程度上解决了限制生 物发光应用的问题，但是以上方法合成繁琐，发光强度较弱和花费较高，这也使得这些方法 不能大范围推广。萤火虫萤光素酶和萤光素酶底物有着较高的特异性。对萤光素结构的改 造可能会使其发光性质受到影响。氨基萤光素的生物发光发射光波长红移（557nm红移至 593nm)，且与萤光素酶具有更强的亲和力。D-萤光素的类似物以及具有新骨架的萤光素酶 底物的发现能够拓展生物发光成像在生命科学领域的应用，对于整个成像领域的进步有着 较大的推动作用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种氮杂环烷氨基萤光素化合物及其制备方法与应用，在氨 基萤光素的基础上，对其氨基进行简单的环烷基取代，得到了能延长体内半衰期，提高组织 渗透性和增强近红外区域发光强度的生物发光底物。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0006] 一种氮杂环烷氨基萤光素化合物，具有通式（I )的结构：
[0007]
【主权项】
1. 一种氮杂环烷氨基萤光素化合物，具有通式（I )的结构：
其中，η为1至9的自然数，m为1至9的自然数；n = m时，R为氢基、甲基、乙基、正丙 基、正丁基、氟、氯、溴或碘；当η辛m时，R为氢基。
2. 根据权利要求1所述的氮杂环烷氨基萤光素化合物，其特征在于：所述R为氢基时， m，η 之和为 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17 或 18。
3. 根据权利要求2所述的氮杂环烷氨基萤光素化合物，其特征在于：所述化合物的名 称如下： (S) -2- (6-(氮杂环庚烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氢噻唑-4-羧酸（LI)， (S)-2-(6-(氮杂环己烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氢噻唑-4-羧酸（L2)， (S) -2- (6-(氮杂环戊烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氢噻唑-4-羧酸（L3)， (S) -2- (6-(氮杂环丁烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氢噻唑-4-羧酸（L4)， (S)-2-(6-(4-甲基氮杂环己烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氢噻唑-4-羧 酸（L5)， (S)-2-(6-(3-甲基氮杂环丁烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氢噻唑-4-羧 酸（L6), (S)-2-(6-(4-乙基氮杂环己烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4,5-二氢噻唑-4-羧 酸（L7)， (S) -2- (6- (3-乙基氮杂环丁烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氢噻唑-4-羧 酸（L8)， (S)-2-(6-(4-丙基氮杂环己烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氢噻唑-4-羧 酸（L9)， (S) -2- (6- (3-丙基氮杂环丁烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氢噻唑-4-羧 酸（LlO)， (S)-2-(6-(4-溴氮杂环己烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氢噻唑-4-羧酸 (LU), (S) -2- (6- (3-溴氮杂环丁烷-1-基）苯并[d]噻唑-2-基）-4, 5-二氢噻唑-4-羧酸 (L12), 化合物名称后的括号中为其对应的代号。
4. 权利要求1所述的氮杂环烷氨基萤光素作为生物发光的底物应用。
5. 权利要求1所述的氮杂环烷氨基萤光素在检测萤光素酶的存在和数量，检测萤光素 酶在体外，细胞和体内分布成像方面的应用。
6. 权利要求1所述的氮杂环烷氨基萤光素在检测ATP的存在和数量，检测ATP在体外， 细胞和体内分布成像方面的应用。
7. 权利要求1所述的氮杂环烷氨基萤光素在检测药物的吸收，分布，代谢，排泄以及毒 性作用方面的应用。
8. 根据权利要求1-3任一所述的氮杂环烷氨基萤光素化合物的制备方法，具体制备步 骤如下： 1) 将丙二醛或丁二醛或戊二醛或己二醛溶于冰醋酸中，随后加入2-氰基6-氨基苯 并噻唑，搅拌，再加入氰基硼氢化钠，待反应液呈现澄清的橙红色溶液时，加入乙酸乙酯，搅 拌，再分次加入饱和碳酸钠溶液，直至反应液中无气泡生成；用乙酸乙酯萃取，乙酸乙酯相 依次用饱和碳酸钠溶液和饱和氯化钠溶液洗绦，然后，用无水硫酸钠干燥、过滤、过硅胶柱 纯化，即得中间体化合物； 2) 将中间体化合物溶于甲醇和二氯甲烷的混合溶液中，得混合溶液1，将无水碳酸钾 与一水合半胱氨酸盐酸盐溶于甲醇水溶液中，得混合溶液2,在氮气保护条件下将上述两混 合溶液混合，反应后，将反应液中的有机溶剂蒸除，调节反应液的PH值为弱酸性，将所得固 体过滤，即得目标化合物。
9. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述丙二醛或丁二醛或戊 二醛或己二醛的加入量为所述醋酸重量的2~10% ;所述2-氰基6-氨基苯并噻唑的加入 量为所述醋酸重量的1~5% ;所述氰基硼氢化钠的加入量为所述醋酸重量的3~8%，所 述每次加入2. 5-3. 5mL饱和碳酸钠溶液，总量为醋酸重量的4-6倍，每次加入的乙酸乙酯 的量为醋酸重量的15-30倍；加入2-氰基6-氨基苯并噻唑后，搅拌的时间为10-15分钟； 加入乙酸乙酯后，搅拌的时间为4-7分钟。
10. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，甲醇和二氯甲烷的混合 溶液中，甲醇和二氯甲烷的体积比为1 :1，所述中间体化合物的加入量为所述甲醇和二氯 甲烷的混合溶液重量的1%~3%，所述无水碳酸钾和一水合半胱氨酸盐的加入量分别为 所述甲醇水溶液重量的1 %~2%和1. 5~2. 5%，所述混合溶液1和混合溶液2的体积比 为 1-2:1-2〇
【专利摘要】本发明涉及一种氮杂环烷氨基萤光素化合物及其制备方法与应用，其结构通式为：其中，n为1至9的自然数，m为1至9的自然数；n＝m时，R为氢基、甲基、乙基、正丙基、正丁基、氟、氯、溴或碘；当n≠m时，R为氢基。该化合物在作为生物发光的底物方面的应用，在检测萤光素酶的存在和数量，检测萤光素酶在体外，细胞和体内分布成像方面的应用；在检测ATP的存在和数量，检测ATP在体外，细胞和体内分布成像方面的应用以及在检测药物的吸收，分布，代谢，排泄以及毒性作用方面的应用。
【IPC分类】C07D471-14, G01N21-64, A61K49-00, C09K11-06
【公开号】CN104860947
【申请号】CN201510223552
【发明人】李敏勇, 杜吕佩, 张天超, 吴文晓
【申请人】山东大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月5日