苄胺锌酞菁光敏剂的合成及光敏性质研究

靳维维 吕丹亚 樊陈莉

苄胺锌酞菁光敏剂的合成及光敏性质研究

靳维维 吕丹亚 樊陈莉

（芜湖职业技术学院材料工程学院，安徽芜湖，241000）

光动力疗法（Photodynamic therapy, PDT）是一种利用光敏剂治疗肿瘤的新型疗法，其治疗效果很大程度上取决于光敏剂，所以光敏剂的合成及其光化学研究是近些年来PDT的研究重点之一。金属酞菁类化合物因其良好的生理相容性及卓越的光敏抗肿瘤活性等特点成为备受关注的光疗药物。蛋白质是构成机体的重要的生物大分子，在生物体的生命过程中发挥着举足轻重的作用，在其一级结构的长链中，存在-NH2基团，因此，含有-NH2基团的药物较易与生物大分子间作用，有利于药物传输与吸收。在此基础上，周边取代氨基的锌酞菁得以合成，其光敏性质也被纳入研究范畴。

光动力疗法；苄胺锌酞菁；合成；光敏性质。

1. 绪论

光动力疗法(Photodynamic therapy，PDT) 作为一种治疗癌症的新方法，与传统的手术、化疗、放疗相比，其具有毒副作用小，创伤性小，可与其它治疗方法协同治疗等特点，因此成为备受关注的研究领域之一[1]。PDT的作用过程及机制如下：光敏剂经静脉注射到达病灶组织处，再经特定波长的光照射后，吸收能量由基态变为单重激发态，再经系间窜越变为三重激发态[2]。处于三重激发态的光敏剂分子，可以发生两种类型的反应：一种是与细胞膜或者生物大分子反应，转移一个氢原子或电子而形成自由基，这些自由基再与氧作用，生成活性氧（ROS），ROS是指含氧而且有高化学活性的一些分子，如超氧化物阴离子(O2·-)、过氧化氢（H2O2）、羟基自由基(·OH)等，这些高活性的物质能与肿瘤细胞作用从而杀死肿瘤细胞，称为Type I机制[3]。另一种是三重激发态的光敏剂分子直接与肿瘤组织处的氧气作用，生成单线态氧（1O2），1O2再与肿瘤细胞内的生物大分子发生相互作用，最终杀死肿瘤细胞，称为Type II机制[4]。这两种作用机制在PDT过程中可以单独作用，也可以共同作用，产生活性氧物质，进而杀死肿瘤细胞，达到治疗肿瘤的目的。

PDT疗法中所采用的治疗药物称为光敏剂（Ps），它是PDT中的核心物质，是影响其抗肿瘤效果的关键因素[5]。其中酞菁类光敏剂，特别是金属酞菁因其具有结构明确、性质稳定、易于代谢和结构修饰、在光疗窗口有强吸收，皮肤光毒性低等特点，被公认为是最具有开发潜力的新一代光敏剂[6]。由于酞菁环上的取代基影响药物在体内的运输和肿瘤组织对药物的摄取，因此，它是决定酞菁性能的重要因素[7]。研究表明，蛋白质是构成机体的重要生物大分子，在生物体的生命过程中发挥着举足轻重的作用，在其一级结构的长链中，存在-COOH，-SH，-NH2等基团，因此，含有-COOH，-SH，-NH2等基团的药物较易于生物大分子间作用，有利于药物传输与吸收[8]。本文针对这一特点, 采用DBU 液相催化法合成了周边取代苄胺基的锌酞菁, 并初步研究了其光敏性质[9].

2. 仪器和试剂

仪器：Bruker公司的Avance 400 MHz核磁共振仪；美国Varian公司的Cary 5000紫外可见光谱仪、德国布鲁克(BRUKER)公司的A300-10/12电子顺磁共振波谱仪。

试剂：4-硝基邻苯二甲腈、对羟基苄胺、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、二氯甲烷、三苯基氯甲烷（TrCl）、1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-7 (DBU)、三氟乙酸（TFA）、正戊醇、9,10-二苯基蒽丙酸(ADPA)、2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮(TEMP)，以上试剂均为分析纯。

3. 实验部分

苄胺锌酞菁光敏剂的合成路线如图1所示：

图1 苄胺锌酞菁的合成路线

3.1 4 - (4 - 氨甲基苯氧基) 苯二甲腈（A1）的合成

4-硝基邻苯二腈、对羟基苄胺和碳酸钾按1:1.5:2（摩尔比）混合，以N，N-二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂，在氮气保护条件下加热至50oC反应，通过薄层色谱法监控反应，待反应完成后，以乙酸乙酯/石油醚为展开剂进行柱层析，最终固体产物A1。

3.2 4 - (4 -（三苯甲基）氨甲基苯氧基) 苯二甲腈（A2）的合成

A1与三苯基氯甲烷按1:1.2（摩尔比）在二氯甲烷溶剂中反应，通过薄层色谱法监控反应，待反应结束后，以乙酸乙酯/石油醚为展开剂进行柱层析，最终得到固体产物A2。

3.3 2(3), 9(10), 16(17), 23(24) - 4 - (4 -（三苯甲基）氨甲基苯氧基) 锌酞菁（A3）的合成

A2与醋酸锌按1.6:1（摩尔比）混合，以正戊醇为溶剂，在氮气保护条件下加热至80 ℃，再加入DBU，继续加热至140 ℃，反应24 h。待反应结束后，将冷却至室温的反应液倾入甲醇中，过滤，得墨绿色固体A3，真空干燥。

3.4. 苄胺酞菁的合成

A3与三氟乙酸以二氯甲烷为溶剂进行反应，得到墨绿色固体，经核磁共振检测分析结果表明该固体为目标产物苄胺基锌酞菁。

4. 结果与讨论

4.1 紫外吸收光谱

将苄胺锌酞菁配制成浓度为10×10-6M的溶液，用Cary 5000紫外可见光谱仪检测其在水中的吸收光谱（图2），从图中可以看出，在200-400nm和600-800nm处分别有两个强吸收带，这是酞菁的特征吸收峰，进一步表明该物质为目标产物，640nm左右的峰为酞菁聚集体的吸收峰，表明其在水中主要以聚集体形式存在。

图2 苄胺锌酞菁在水中的紫外吸收光谱(C = 10×10-6 M)

4.2 1O2产生能力[10]

图3 ESR法测定苄胺锌酞菁在水中的1O2产生能力

用电子自旋共振法(ESR法)检测1O2产生能力：用TEMP作为1O2捕捉剂，先测无酞菁化物条件下的ESR信号（图中a），再取50 µL浓度为10-4M的苄胺锌酞菁和20 µL TEMP均匀混合，用波长为665 nm的LED灯进行光照，每隔20 s检测一次，每次扫描时间为20 s。根据检测到的峰形判断是否有1O2产生（图中b）。实验结果表明，苄胺锌酞菁化合物在水相中经特定波长光照后，检测到了一个等强度的三重峰，由文献可知，该信号峰是TEMP捕捉1O2后生成的典型氮氧自由基的特征信号峰[11]，表明有1O2产生。通过对照试验发现，在相同的实验条件下，如果缺少酞菁化合物就无法检测到该特征峰。通过上述实验结果可知，苄胺锌酞菁化合物在光照条件下能产生1O2，符合光敏活性要求。

4.3 ROS的产生能力[10]

图4 ESR法测定苄胺锌酞菁在水中的·OH产生能力

用电子自旋共振法(ESR法) 检测ROS产生能力：用DMPO作为O2·-和·OH捕捉剂，先测无苄胺锌酞菁化物条件下的ESR信号（图中a），再取50 µL浓度为10-4M的苄胺酞菁和15 µL DMPO均匀混合，用波长为665 nm的LED灯进行光照，每隔2 s检测一次，每次扫描时间为20 s。通过检测到的峰形，判断是否有O2·-或·OH产生（图中b）。从苄胺锌酞菁化合物在水相中经特定波长光照后的ESR图谱可以看出，波谱由4条谱线组成，且强度为1:2:2:1，相邻间隔为15.0 G，这与文献中报道的DMPO-OH自旋加合物的ESR信号特征信号峰一致[12]，表明有·OH产生。通过对照试验发现，在相同的实验条件下，如果缺少酞菁化合物就无法检测到该特征峰。实验结果表明，在我们的实验条件下，苄胺锌酞菁经特定波长光照射后能够产生羟基自由基，符合PDT对光敏剂光敏活性要求。

5. 结论

上述实验的结果表明, 本文中合成的苄胺锌酞菁在光照条件下，不仅能产生1O2，还能产生·OH，是一类良好的光敏药物，这预示苄胺锌酞菁在光动力疗法领域中具有一定的应用前景。

[1] P. S. Young, K. Taek, N. Muk, et al. An artificial photosensitizer drug network for mitochondria-selective photodynamic therapy[J]. Chemical Communications, 2012(48): 2522-2524.

[2] L. Zhou, X. F. Ge, J. H. Zhou, et al. Modulating the photo-exciting process of ph otosensitizer to improve in vitrophototoxicity by preparing its self-assembly nanostructures. RSC Adv. 2015(5): 2794-2805.

[3] K. Plaetzer, B. Krammer, J. Berlanda, et al. Photophysics and photochemistry of photodynamic therapy: fundamental aspects. Lasers Med. Sci. 2009, 24 (2): 259-268.

[4] M. Ochsner. Photophysical and photobiological processes in the photodynamic therapy of tumours. J. Photochem. Photobiol. B. 1997, 39(1):1-18.

[5]沈永嘉. 酞菁的合成与应用 [M]. 化学工业出版社(第一版), 2000.

[6]吴晓珊,黄丽英,张锦雀. 用于光动力治疗酞菁类光敏剂的合成研究进展[J]. 大学化学, 2009(24):36-43.

[7]许秀芝. 四-β-（氨甲基）酞菁锌盐酸盐的合成及光物理光化学性质研究[J]. 无机化学学报, 2011, 27(5)：877-885.

[8]徐巍. 药物与生物大分子相互作用的研究[D]. 山东:山东大学, 2009.

[9] W. W. Jin, Y. Wang, A. Wang, L. Zhou , Y. Lin, S. H. Wei . Influence of N atom number and form on the photodynamic activities of zinc phthalocyanines. J Porphyr Phthalocya.2016; 20: 1–13.

[10]靳维维. 羧酸类锌酞菁光敏剂的合成及性质研究[D]. 南京:南京师范大学, 2016.

[11] Y. Lion, M. Delmelle, A.V. Vorst, et al. New method of detecting singlet oxygen production. Nature. 1976, 263, 442-443.

[12] Y. Z. Hu, L. J. Jiang. Generation of semiquinone radical anion and reactive oxygen (1O2, O2·-and·OH) during the photosensitization of a water-soluble perylenequinone derivative. J. Phoroch. Photobio. B. 1996, 33 (1): 51-59.

Synthesis and Properties of zinc phthalocyanine with peripheral substituted amino groups

JIN Wei-Wei & LV Dan-Ya & FAN-Chen-Li

Photodynamic therapy (PDT), the treatment effect of which depends largely on the photosensitizer, is an innovative medical method for the treatment of tumor by use of the photosensitizer. Hence, the study on synthesis of the photosensitizer and its photochemical properties has been one of the research hotspots of PDT in recent years. With a number of advantageous characteristics such as good physiological compatibility and excellent photosensitive antitumor activity, phthalocyanines have emerged as a high-profile class of photosensitizers for PDT. As an important biological macromolecule for organisms, protein plays an important role in the life process of organisms. In the long chain of its primary structure, there are - NH2groups. Therefore, the drugs containing - NH2groups are prone to interaction with biological macromolecules, which is conducive to drug transport and absorption. On this ground, zinc phthalocyanine with peripheral substituted amino group was synthesized and its photosensitive properties were included into research.

photodynamic therapy; Zinc phthalocyanine-amino; synthesis; photosensitive properties.

O621.3

A

1009-1114（2019）04-0040-04

2019-11-03

靳维维(1989—)，女，安徽六安人，硕士研究生，芜湖职业技术学院助教，研究方向为有机合成。

新型钙钛矿太阳能电池稳定性的研究（KJ2019A0975）；环保型铌酸钾钠基压电陶瓷的研究 (wzyrc201802)；二茂铁基喹啉类荧光探针的合成及其在环境废水检测中的应用研究（KJ2019A0973）。

文稿责编 吴为亚