新型尾式水杨酸卟啉的合成及其与牛血清白蛋白的相互作用*

卢昌利，侯安新(1.金发科技股份有限公司企业技术中心，广东广州　51050; .武汉大学化学与分子科学学院，湖北武汉　43007)



新型尾式水杨酸卟啉的合成及其与牛血清白蛋白的相互作用*

卢昌利1，2，侯安新2
(1.金发科技股份有限公司企业技术中心，广东广州510520; 2.武汉大学化学与分子科学学院，湖北武汉430072)

摘要:以吡咯、苯甲醛和对羟基苯甲醛为原料，经“一锅法”制得5-(4-羟基苯基)-10，15，20-三苯基卟啉(1); 1与直链二溴烷烃反应制得溴代烷氧基卟啉(3a～3e); 3a～3e分别与水杨酸经消除反应合成了10个尾式水杨酸卟啉4a～4e和5a～5e，其中4a，4b，4d，4e，5a，5b，5d和5e为新化合物，其结构经UV-Vis，1H NMR，IR 和ESI-MS表征。用荧光光谱研究了4a～4e和5a～5e与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。结果表明:4a～4e 和5a～5e对BSA的荧光猝灭为静态猝灭; Stern－Volmer曲线的线性关系良好; kq值均远大于2.0×1010L· mol－1·s。

关键词:一锅法;合成;卟啉;牛血清白蛋白;相互作用

卟啉是一类具有生物活性的共轭大环化合物，在动植物新陈代谢过程中起着重要作用［1］。此外，卟啉由于其独特的物理结构、化学性质和对肿瘤细胞特殊的选择性吸附而被广泛应用于光动力学疗法、发光材料、生物医学、催化化学和分析化学等领域。

Scheme 1

水杨酸是阿司匹林的主要水解产物，具有很强的生物活性。

本研究在文献［2－3］方法基础上，将以上两种具有生物活性的化合物通过柔性烷基链连接起来，以期发挥两者的药效协同效应。以吡咯、苯甲醛和对羟基苯甲醛为原料，经“一锅法”合成5-(4-羟基苯基)-10，15，20-三苯基卟啉(1); 1与直链二溴烷烃反应制得溴代烷氧基卟啉(3a～3e); 3a～3e分别与水杨酸经消除反应合成了10个尾式水杨酸卟啉4a～4e和5a～5e(Scheme 1)，其中4a，4b，4d，4e，5a，5b，5d和5e为新化合物，其结构经UV-Vis，1H NMR，IR和ESI-MS表征。用荧光光谱研究了4a～4e和5a～5e与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。

1　实验部分

1.1仪器与试剂

TU-1900型紫外-可见光谱仪(DMF为溶液); Schimadzu RF-5301PC型荧光光谱仪(激发波长290 nm，激发狭缝5 nm，发射狭缝10 nm); Nicolet Magna-IR 550型红外光谱仪(KBr压片); Varian Mercury-VX 300 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标); LCQ advantage-ESI型质谱仪。

1参考文献［2］方法合成; DMF使用前经氢化钙回流干燥后减压蒸馏;苯甲醛和对羟基苯甲醛，化学纯;其余所用试剂均为分析纯。实验用水均为二次蒸馏水。

1.2合成

(1)3a～3e的合成(以3a为例)［4］

在反应瓶中加入1 0.50 g(0.80 mmol)和干燥无水碳酸钾1.0 g(7.2 mmol)，抽真空20 min，通氮气5 min(重复3次);注入无水DMF 10 mL 和1，2-二溴乙烷(2a)2 mL(23.1 mmol)，搅拌下于80℃(浴温)反应3.5 h(TLC监测)。减压蒸除多余DMF和2a，残余物用少量二氯甲烷溶解，经硅胶柱层析(洗脱剂A:氯仿)纯化{收集第一紫色带，浓缩，剩余物再经硅胶柱层析［洗脱剂:V(氯仿)∶V(石油醚)=1∶1］纯化，收集主要色带，旋蒸除溶}，用氯仿-甲醇重结晶得紫色固体5-［4-(2'-溴代乙氧基苯基)］-10，15，20-三苯基卟啉3a 0.53 g，收率90%; UV-Vis λmax(ε×103):418(313.6)，515(11.8)，550(5.2)，590(2.3)，647(1.9)nm;1H NMR δ:8.85(s，8H，β-H)，8.19～8.21(d，6H，ArH)，7.97～8.05(m，2H，ArH)，7.70～7.73(m，9H，ArH)，7.29(d，2H，ArH)，4.59(t，2H，OCH2)，3.87(t，2H，BrCH2O)，－2.79(s，2H，NH); IR ν:3 414，1 243，1 153，1 031，1 001，801，738，702，618 cm－1。

用类似的方法合成3b～3e。

(2)4a～4e和5a～5e的合成(以4a和5a为例)［5］

在三口烧瓶中加入3a 180 mg(0.26 mmol)，水杨酸180 mg(1.30 mmol)和无水DMF 20 mL，搅拌使其溶解;加入无水碳酸钾2.0 g，氮气保护下于60℃反应24 h(TLC监测)。冷却至室温，加入饱和食盐水60 mL，静置0.5 h。抽滤，滤饼依次用蒸馏水和甲醇洗涤，用二氯甲烷(5 mL)溶解，经硅胶柱层析［洗脱剂B:V(氯仿)∶V(石油醚)=1∶1］纯化，收集第一色带得3a;剩余物继续经硅胶柱层析(洗脱剂:B=3∶1)纯化，收集第二主要色带得紫色固体4a 80 mg，收率37.4%;换用洗脱剂A纯化，收集第三主要色带得紫色固体5a 70 mg，收率32.8%。

用类似的方法合成4b～4e和5b～5e。

4a:UV-Vis λmax(ε×103):418(541.0)，514(29.1)，550(15.2)，590(8.7)，646(8.2)nm;1H NMR δ:8.88(s，8H，β-H)，8.09～8.20(m，9H，ArH)，7.64～7.75(m，11H，ArH)，7.26～7.42(m，3H，ArH)，4.75～4.90(t，2H，CH2O)，4.63～4.67(t，2H，OCH2)，－2.81(s，2H，NH); IR ν:3 428，1 719，1 506，1 242 cm－1; ESI-MS m/z:Calcd 794.9，found 797.2。

4b:IR ν:3 317，1 723，1 598，1 509，1 249 cm－1; ESI-MS m/z:Calcd 808.9，found 807.5。

4c:IR ν:3 374，1 723，1 596，1 506，1 242 cm－1; ESI-MS m/z:Calcd 822.9，found 821.6。

4d:IR ν:3 429，1 727，1 607，1 509，1 242 cm－1; ESI-MS m/z:Calcd 836.9，found 835.7。

4e:IR ν:3 414，1 720，1 610，1 509，1 249 cm－1; ESI-MS m/z:Calcd 851.0，found 849.7。

5a:UV-Vis λmax(ε×103):418(579.7)，514(33.5)，550(17.6)，592(10.2)，646(9.8)nm;1H NMR δ:8.93(s，8H，β-H)，8.23～8.31(m，9H，ArH)，7.69～7.85(m，11H，ArH)，7.26～7.30(m，3H，ArH)，4.49(t，2H，CH2O)，3.81(t，2H，OCH2)，－2.70(s，2H，NH); IR ν:3 429，1 632，1 607，1 506，1 245; ESI-MS m/z:Calcd 794.9，found 795.2。

5b:IR ν:3 374，1 632，1 611，1 506，1 244 cm－1; ESI-MS m/z:Calcd 808.9，found 808.4。

5c:IR ν:3 432，1 672，1 603，1 513，1 242 cm－1; ESI-MS m/z:Calcd 822.9，found 820.8。

5d:IR ν:3 429，1 633，1 606，1 505，1 244 cm－1; ESI-MS m/z:Calcd 836.9，found 835.7。

5e:IR ν:3 429，1 636，1 596，1 506，1 242 cm－1; ESI-MS m/z:Calcd 851.0，found 849.6。

1.3生物活性测定

配制牛血清白蛋白(BSA)的水溶液(2×10－4mol·L－1)10 mL，4a～4e和5a～5e的DMF溶液(4×10－4mol·L－1)。量取BSA水溶液1 mL，加水定容得2.0×10－6mol·L－1的BSA溶液。

滴定法:于25℃测定2.0×10－6mol·L－1BSA溶液(3 mL)在290 nm～500 nm的荧光光谱。取10 μL微量进样器一支，每次向BSA溶液中加入4.0×10－4mol·L－1的卟啉溶液3 μL，搅拌2 min后测定其在290 nm～500 nm的荧光光谱(共计加入10次)。依次测得不同c(4a～4e)和c(5a～5e)对BSA溶液荧光光谱的影响［c(BSA)∶c(3/4)=1.0∶0.2，1.0∶0.4，1.0∶0.6，1.0∶0.8，1.0∶1.0，1.0∶1.2，1.0∶1.4，1.0∶1.6，1.0∶1.8，1.0∶2.0］。

2　结果与讨论

2.1合成

(1)1的合成

合成1时，由于原料中有两种芳香醛，虽然严格控制了苯甲醛和对羟基苯甲醛的摩尔比(3∶1)，但反应过程中仍然有6种产物生成，给1的纯化带来很大困难。本文参考文献［6］方法和实验经验，首先以氯仿为洗脱剂，快速洗脱四苯基卟啉，然后以氯仿-乙醇(9∶1)为洗脱剂洗脱1。由于1中仍含有微量羟基卟啉，需将1浓缩后再次用硅胶柱层析(氯仿为洗脱剂)，收集主要色带，浓缩，残余物用氯仿-甲醇重结晶得纯度较高的1。

(2)3a～3e的合成

合成3a～3e时，由于2为双官能团化合物，存在一分子2与两分子羟基卟啉反应的可能。为减少副反应发生和提高收率，通常选择在氮气保护下，以极性较大的DMF为溶剂，控制反应温度60℃，反应3.5 h，并严格控制1与2的摩尔比为

1∶30［7－8］。

(3)4a～4e和5a～5e的合成

合成4a～4e和5a～5e时，虽然也存在双官能团的水杨酸与两分子3反应的可能，但由于3a～3e自身体积较大，空间位阻作用较强，这一可能性相对较小。

2.2表征

3a～3e中的Br与水杨酸羧基上的氢发生消除反应合成4a～4e，与水杨酸羟基上的氢反应合成5a～5e。这一结果可从IR光谱得到验证。3a～3e在700 cm－1～500 cm－1处特征峰为中等强度的C－Br键吸收峰; 4a～4e在1 720 cm－1处特征峰为酯羰基吸收峰，700 cm－1～500 cm－1处的C－Br键吸收峰消失; 5a～5e在1 630 cm－1附近特征峰为羧基吸收峰，同时在700 cm－1～500 cm－1处的C－Br键吸收峰消失。

2.3生物活性

白蛋白是生物体中含量最丰富的蛋白质，具有贮运内源代谢产物和外源药物小分子的功能［9］。研究药物小分子与BSA的相互作用，有助于了解药物小分子在体内的运输和分布，从而有利于探讨其作用机理，为新药物开发提供依据。BSA中存在能发出荧光的色氨酸和酪氨酸残基，利用荧光光谱可以根据荧光强度和吸收峰的变化，判断BSA构像的变化［10－12］。荧光猝灭过程遵从Stern-Volmer方程［13］。各种猝灭剂对生物分子的最大kq为2.0×1010L·mol－1·s，若测试值大于该值，可认为是静态猝灭。

以4a和5a为例，研究了4a和5a与BSA相互作用的FL谱图，其荧光淬灭曲线分别见图1和图2。

图1　4a与BSA相互作用的FL谱图Figure 1　FL spectra of 4a interaction with BSA

由图1和图2可见，随着c(4a)和c(5a)增大，BSA在350 nm附近的荧光强度产生了明显的猝灭效应，表明4a和5a与BSA的色氨酸或酪氨酸发生了较强的键合作用，且4a和5a与BSA之间发生了能量转移。

以350 nm处4a～4e和5a～5e与BSA作用的荧光淬灭曲线的荧光强度作图，得拟合直线(图3和图4)。

由图3和图4可得4a～4e和5a～5e与BSA作用的Stern-Volmer方程，结果分别见表1和表2。

图2　5a与BSA相互作用的FL谱图Figure 2　FL spectra of 5a interaction with BSA

图3　4a～4e与BSA相互作用荧光强度拟合曲线*Figure 3　Fitting curves of FL intensityof 4a～4e interaction with BSA

图4　5a～5e与BSA相互作用荧光强度拟合曲线*Figure 4　Fitting curves of FL intensityof 5a～5e interaction with BSA

表1　4a～4e与BSA相互作用的Stern-Volmer方程*Table 1　Stern－Volmer equation of4a～4e interaction with BSA

表2　5a～5e与BSA相互作用的Stern-Volmer方程*Table 2　Stern－Volmer equation of5a～5e interaction with BSA

由图3，图4，表1和表2可见，在较大c范围内，4和5与BSA相互作用的Stern－Volmer曲线线性关系良好，kq值均远大于2.0×1010L· mol－1·s，表明4和5对BSA的荧光猝灭是静态猝灭。

3　结论

用具有不同柔性烷基链的直链二溴烷烃与羟基卟啉反应制得溴代烷氧基卟啉(3a～3e); 3a～3e与水杨酸经消除反应合成了10个尾式水杨酸卟啉(4a～4e和5a～5e)，其中4a，4b，4d，4e，5a，5b，5d和5e为新化合物。荧光光谱分析结果表明:4a～4e和5a～5e对BSA的荧光猝灭为静态猝灭; Stern-Volmer曲线的线性关系良好; kq值均远大于2.0×1010L·mol－1·s。 4a～4e和5a～5e与BSA详细的作用机理和生物活性测试有待进一步研究。

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·研究论文·

Synthesis of Novel Porphyrins Tailed with Salicylic Acid and Their Interactions with Bovine Serum Albumin

LU Chang-li1，2，HOU An-xin2
(1.National certified Enterprise Technology Center，Kingfa Science and Technology Co.，Ltd，Guangzhou 510520，China; 2.College of Chemistry and Molecular Science，Wuhan University，Wuhan 430072，China)

Abstract:5-(4-hydroxyphenyl)-10，15，20-triphenylporphyrin(1)was prepared by“one-pot”method，using pyrrole，benzaldehyde and hydroxybenzaldehyde as materials.Bromolkyl porphyrins(3a～3e)were prepared by the reaction of 1 with dibromoalkane.Ten porphyrins tailed with salicylic acid(4a～4e and 5a～5e)were synthesized by elimination reaction of 3a～3e with salicylic acid，respectively.4a，4b，4d，4e，5a，5b，5d and 5e were novel compounds.The structures were characterized by UV-Vis，1H NMR，IR and ESI-MS.The interactions of 4a～4e and 5a～5e with bovine serum albumin(BSA)were investigated by FL.The results showed that the fluorescence quenching were static quenching and the curves of Stern－Volmer exhibited well linear relationships.The kqwere above 2.0×1010L·mol－1·s.

Keywords:one-pot method; synthesis; porphyrin; BSA; interaction

通讯作者:侯安新，教授，E-mail:houanxin@ sina.com

作者简介:卢昌利(1986－)，男，汉族，湖北武汉人，硕士，工程师，主要从事精细化工的研究。E-mail:luchangli945@126.com

收稿日期:2014-10-20;

修订日期:2015-04-28

DOI:10.15952/j.cnki.cjsc.1005－1511.2015.06.0480 *

文献标识码:A

中图分类号:O621.3; O626.13