CN110128844A - 一种吲哚方酸菁染料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于方酸菁染料技术领域，尤其涉及一种吲哚方酸菁染料及其制备方法和应用。本发明提供了一种吲哚方酸菁染料，所述吲哚方酸菁染料的结构式如式(I)所示；其中，R为苯基、蒽基或芘基。本发明吲哚方酸菁染料在近红外区具有高摩尔消光系数，在近红外区域强吸收，在敏化单线态氧中具有明显的效果，可作为三重态光敏剂，在光动力治疗领域具有很好的应用前景，能够解决现有方酸菁染料用于光动力治疗存在单线态氧量子产率低的问题。

Description

一种吲哚方酸菁染料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于方酸菁染料技术领域，尤其涉及一种吲哚方酸菁染料及其制备方法和应用。
背景技术
目前，各类方酸菁染料的应用及其研究在许多期刊和化学杂志中得到报道。人们使用的光盘就有由方酸菁染料涂膜制成的，方酸菁染料还可以应用在液晶显示、有机太阳能电池研究、非线性光学材料等领域。研究还发现方酸菁染料在近红外区有荧光发射，而且这种荧光发射很强，可以用来做荧光探针应用在生命科学领域。并且，方酸菁染料还具有用于光动力治疗上的前景。
光动力治疗(Photodynamictherapy，PDT)是利用光动力效应进行疾病诊断和治疗的一种新技术，对某些癌症的治疗效果不亚于手术、化疗或放疗，其具有以下几个方面的优点：1)治疗时间短；2)可与手术、放疗和化疗同时应用；3)主要破坏癌细胞，不损伤正常细胞；4)可做多疗程，不会产生耐药性。光动力治疗的基本原理是通过向患者体内注射对肿瘤细胞等生物活性组织有亲和作用的光敏剂，利用肿瘤细胞对光敏剂的选择性摄入和潴留作用，在一定时间内，光敏剂会选择性地富集于病灶区，然后以特定波长的激光照射病灶区，光敏剂吸收光能后由基态跃迁至激发态，而激发态的光敏剂又把能量传递给周围的氧，产生活性很强的单线态氧或超氧阴离子自由基、羟基、过氧化氢等其它活性氧物质(reactiveoxygen species,ROS)，进而与相邻的生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性作用，破坏脂质、蛋白、核酸等生物分子的活性，引起细胞器的严重损伤和功能障碍，从而导致肿瘤细胞的死亡，达到治疗目的。
但是，现有方酸菁染料用于光动力治疗存在单线态氧量子产率低的问题。
发明内容
本发明提供了一种吲哚方酸菁染料及其制备方法和应用，用于解决现有方酸菁染料用于光动力治疗存在单线态氧量子产率低的问题。
本发明的具体技术方案如下：
一种吲哚方酸菁染料，所述吲哚方酸菁染料的结构式如式(I)所示；
其中，R为苯基、蒽基或芘基。
本发明中，吲哚方酸菁染料为SQ-1～SQ-3中的一种；
本发明吲哚方酸菁染料在近红外区具有高摩尔消光系数，在近红外区域强吸收，在敏化单线态氧中具有明显的效果，可作为三重态光敏剂，在光动力治疗领域具有很好的应用前景，能够解决现有方酸菁染料用于光动力治疗存在单线态氧量子产率低的问题。
本发明还提供了一种吲哚方酸菁染料的制备方法，包括以下步骤：
将式(II)所示结构的化合物与芳基硼酸进行Suzuki-Miyaura偶联反应，得到结构式如式(I)所示的吲哚方酸菁染料；
其中，R为苯基、蒽基或芘基。
本发明中，式(I)所示的吲哚方酸菁染料为SQ1～SQ3中的一种；
优选的，所述Suzuki-Miyaura偶联反应的温度为85℃～95℃；
所述Suzuki-Miyaura偶联反应的时间为2～10h。
优选的，所述式(II)所示结构的化合物与所述芳基硼酸的摩尔比为1:2～1:4。
本发明中，吲哚方酸菁染料的制备方法优选包括以下步骤：
在保护气氛下，将式(II)所示结构的化合物与芳基硼酸溶于溶剂中，在催化剂的作用下进行Suzuki-Miyaura偶联反应，得到结构式如式(I)所示的吲哚方酸菁染料。
Suzuki-Miyaura偶联反应的保护气氛优选为氮气，催化剂优选为四(三苯基膦)钯、醋酸钯、氯化钯和/或双(三苯基膦)二氯化钯，更优选为四(三苯基膦)钯，溶剂优选为乙二醇二甲醚、甲苯、四氢呋喃和/或乙醇，更优选为乙二醇二甲醚。
本发明中，优选加入碳酸氢钠饱和溶液进行Suzuki-Miyaura偶联反应。
吲哚方酸菁染料为SQ-1时，Suzuki-Miyaura偶联反应的时间优选为2h～8h；吲哚方酸菁染料为SQ-2时，Suzuki-Miyaura偶联反应的时间优选为2h～5h；吲哚方酸菁染料为SQ-3时，Suzuki-Miyaura偶联反应的时间优选为2h～10h。
本发明中，进行Suzuki-Miyaura偶联反应之后，得到结构式如式(I)所示的吲哚方酸菁染料之前，还包括：纯化；
纯化具体包括：将Suzuki-Miyaura偶联反应产物用氯化铵饱和水溶液洗涤后，旋转蒸发除去溶剂，再用二氯甲烷和水进行萃取后，采用无水硫酸钠进行干燥，旋转蒸发除去溶剂，再进行柱层析提纯。其中，吲哚方酸菁染料为SQ-1时，优选采用体积比为2:1的石油醚和二氯甲烷的混合溶液进行柱层析；吲哚方酸菁染料为SQ-2时，优选采用体积比为3:1的二氯甲烷和石油醚的混合溶液进行柱层析；吲哚方酸菁染料为SQ-3时，优选采用体积比为1:2的二氯甲烷和石油醚的混合溶液进行柱层析。
优选的，式(II)所示结构的化合物按照以下步骤制备：
在保护气氛下，将式(III)所示结构的化合物与方酸进行第一反应，得到式(II)所示结构的化合物；
优选的，所述第一反应的温度为115℃～120℃；
所述第一反应的时间为1h～5h；
所述式(III)所示结构的化合物与所述方酸的摩尔比为2:1～3:1。
本发明中，第一反应优选在二元溶剂体系中进行，二元溶剂体系选自正丁醇/甲苯、正丁醇/吡啶、乙醇/甲苯或乙醇/吡啶，优选为正丁醇/甲苯，正丁醇和甲苯的体积比为1：1。第一反应的保护气氛优选为氮气，式(III)所示结构的化合物、方酸和二元溶剂体系的摩尔比优选为1：0.5：5～1：0.5：10。
本发明中，第一反应之后，优选还包括：将第一反应产物冷却得到沉淀，用正己烷过滤洗涤沉淀，再将沉淀进行纯化。纯化优选包括：加入二氯甲烷和水对沉淀进行溶解萃取，再用无水硫酸钠干燥后，旋转蒸发，再用体积比为1:1的二氯甲烷和石油醚的混合溶液进行提纯，得到绿色固体产物即式(II)所示结构的化合物。
优选的，式(III)所示结构的化合物按照以下步骤制备：
将对碘苯肼与3-甲基-2-丁酮进行第二反应，得到式(III)所示结构的化合物。
更优选的，式(III)所示结构的化合物按照以下步骤制备：
将对碘苯肼与3-甲基-2-丁酮溶于冰乙酸中，加热回流进行第二反应，得到式(III)所示结构的化合物。
本发明中，第二反应之后，优选还包括：将第二反应产物进行纯化，更具体为：将第二反应产物旋蒸除去溶剂，用乙酸乙酯和水萃取，萃取产物用无水硫酸钠干燥后，旋蒸除去溶剂，再用体积比为2:1的石油醚和乙酸乙酯混合溶液进行提纯，得到橙色油状液体即式(III)所示结构的化合物。
优选的，所述第二反应的温度为100℃～120℃；
所述第二反应的时间为1h～3h；
所述对碘苯肼与所述3-甲基-2-丁酮的摩尔比为1:2～1:3。
本发明吲哚方酸菁染料采用方酸菁与吲哚环化合物缩合而成，本发明制备方法具有反应步骤简单、反应条件温和、经济环保、产率高，具有普遍适用性。本发明以方酸菁体系为母体，构建三重态光敏剂，促进系间窜跃效率，提高单线态氧生产能力，在光动力治疗领域具有很好的应用前景，能够解决现有方酸菁染料用于光动力治疗存在单线态氧量子产率低的问题。
本发明还提供了上述技术方案所述吲哚方酸菁染料和/或上述技术方案所述制备方法制备得到的吲哚方酸菁染料作为光敏剂的应用。
本发明吲哚方酸菁染料作为光敏剂，可用于敏化单线态氧。通过将吲哚方酸菁染料和捕捉剂分散于有机溶剂中，进行吲哚方酸菁染料敏化单线态氧的检测，结果表明，本发明吲哚方酸菁染料在敏化单线态氧中具有明显的效果。其中，有机溶剂优选为二氯甲烷、甲苯、正己烷和/或乙醇，更优选为二氯甲烷；捕捉剂优选为1,3二苯基异苯并呋喃、2,2,6,6-四甲基哌啶、甲基丙烯酸二异丙基氨基乙酯和/或二甲基乙酰胺，更优选为1,3二苯基异苯并呋喃；吲哚方酸菁染料和捕捉剂的摩尔比优选为(0.2～0.5)：1，更优选为(0.2～0.4)：1，进一步优选为(0.2～0.3)：1；吲哚方酸菁染料在有机溶剂的浓度为(1～10)×10-6M，捕捉剂在有机溶剂的浓度为(1～10)×10-5M，捕捉剂在有机溶剂的浓度优选为(0.5～1)×10-5M。
优选的，所述光敏剂用于制备光动力治疗药物。
综上所述，本发明提供了一种吲哚方酸菁染料，所述吲哚方酸菁染料的结构式如式(I)所示；其中，R为苯基、蒽基或芘基。本发明吲哚方酸菁染料在近红外区具有高摩尔消光系数，在近红外区域强吸收，在敏化单线态氧中具有明显的效果，可作为三重态光敏剂，在光动力治疗领域具有很好的应用前景，能够解决现有方酸菁染料用于光动力治疗存在单线态氧量子产率低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例中SQ-1、SQ-2和SQ-3的紫外可见吸收光谱；
图2为本发明实施例中SQ-1、SQ-2和SQ-3的荧光发射光谱；
图3为SQ-1作为光敏剂，1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)作为捕捉剂在二氯甲烷中的敏化单线态氧谱图；
图4为SQ-2作为光敏剂，DPBF作为捕捉剂在二氯甲烷中的敏化单线态氧谱图；
图5为SQ-3作为光敏剂，DPBF作为捕捉剂在二氯甲烷中的敏化单线态氧谱图；
图6为本发明实施例中SQ、SQ-1、SQ-2和SQ-3的单线态氧量子产率对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种吲哚方酸菁染料及其制备方法和应用，用于解决现有方酸菁染料用于光动力治疗存在单线态氧量子产率低的问题。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例通过对碘苯肼与3-甲基-2-丁酮制备式(III)所示结构的化合物。
将对碘苯肼(1.17g，5mmol)和3-甲基-2-丁酮(0.52g，6mmol)溶于30ml冰乙酸中，加热回流3h进行第二反应，冷却至室温后，旋蒸除去溶剂，用乙酸乙酯和水萃取，萃取产物用无水硫酸钠干燥后，旋蒸除去溶剂，再用石油醚和乙酸乙酯(体积比为2:1)进行提纯，得到橙色油状液体即式(III)所示结构的化合物1.09g，纯度为98％，产率为76.5％。
式(III)所示结构的化合物的核磁数据：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.56–7.49(m,2H),7.20(d,J＝7.9Hz,1H),2.16(s,3H),1.18(s,6H)。
实施例2
本实施例通过式(III)所示结构的化合物和方酸制备式(II)所示结构的化合物(SQ)。
在氮气保护下，Dean-Stark装置中，将方酸(0.11g，1mmol)置于10ml正丁醇和10ml甲苯中，加热回流1h后，方酸溶于二元溶剂体系中，得到反应液。将式(III)所示结构的化合物(0.57g，2mmol)溶于5ml正丁醇和5ml甲苯中，滴加入反应液，进行3h第一反应后停止反应。将第一反应产物冷却析出固体沉淀，加入正己烷过滤洗涤沉淀，再加入二氯甲烷和水对沉淀进行溶解萃取，再用无水硫酸钠干燥后，旋转蒸发，再用体积比为1:1的二氯甲烷和石油醚的混合溶液进行提纯，得到绿色固体产物即式(II)所示结构的化合物446.1mg，纯度为99％，产率为68.1％。
式(II)所示结构的化合物的核磁数据：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ12.72(d,J＝128.9Hz,2H),7.63–7.49(m,4H),6.92(dd,J＝19.9,8.1Hz,2H),5.48(d,J＝33.3Hz,2H),1.43(s,12H).
实施例3
本实施例通过式(II)所示结构的化合物和芳基硼酸制备SQ-1。
将式(II)所示结构的化合物(324.2mg，0.5mmol)和四(三苯基膦)钯(57.7mg，0.05mmol)溶于15ml的乙二醇二甲醚中，在氮气保护下，抽真空后，加入苯硼酸(134.2mg，1.1mmol)和碳酸氢钠饱和溶液(168.1mg，2mmol)，将温度加热至95℃，进行4h Suzuki-Miyaura偶联反应，将Suzuki-Miyaura偶联反应产物用氯化铵饱和水溶液清洗三遍，旋蒸除去溶剂，再用二氯甲烷和水萃取后，采用无水硫酸钠进行干燥，旋转蒸发除去溶剂，最后用体积比为2:1的石油醚和二氯甲烷的混合溶液进行柱层析提纯，得到绿色固体产物即SQ-156.4mg，纯度为99％，产率为20.6％。
SQ-1的核磁数据：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ12.79(d,J＝115.2Hz,2H),7.58(dd,J＝7.7,4.5Hz,4H),7.55–7.43(m,8H),7.43(s,1H),7.34(t,J＝7.3Hz,2H),7.19(d,J＝8.1Hz,1H),5.53(d,J＝28.1Hz,2H),1.51(s,12H)。
实施例4
本实施例通过式(II)所示结构的化合物和芳基硼酸制备SQ-2。
将式(II)所示结构的化合物(324.2mg，0.5mmol)和四(三苯基膦)钯(57.7mg，0.05mmol)溶于15ml的乙二醇二甲醚中，在氮气保护下，抽真空后，加入蒽硼酸(333.1mg，1.5mmol)和碳酸氢钠饱和溶液(168.1mg，2mmol)，将温度加热到95℃，进行5h Suzuki-Miyaura偶联反应，将Suzuki-Miyaura偶联反应产物用氯化铵饱和水溶液清洗三遍，旋蒸除去溶剂，再二氯甲烷和水萃取后，采用无水硫酸钠进行干燥，旋转蒸发除去溶剂，最后用体积比为1:3的石油醚和二氯甲烷的混合溶液进行柱层析提纯，得到棕红色固体产物即SQ-220.1mg，纯度为99％，产率为5.4％。
SQ-2的核磁数据：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ13.08(s,2H),7.68–7.65(m,4H),7.63–7.59(m,4H),7.55(dd,J＝4.7,1.5Hz,4H),7.49–7.44(m,8H),6.96(d,J＝8.2Hz,2H),6.78(d,J＝8.2Hz,2H),5.65(s,2H),1.45(s,12H)。
实施例5
本实施例通过式(II)所示结构的化合物和芳基硼酸制备SQ-3。
将式(II)所示结构的化合物(324.2mg，0.5mmol)和四(三苯基膦)钯(57.7mg，0.05mmol)溶于15ml的乙二醇二甲醚中，在氮气保护下，抽真空后，加入芘硼酸(270.7mg，1.1mmol)和碳酸氢钠饱和溶液(168.1mg，2mmol)，将温度加热到95℃，进行10h Suzuki-Miyaura偶联反应，将Suzuki-Miyaura偶联反应产物用氯化铵饱和水溶液清洗三遍，旋蒸除去溶剂，再用二氯甲烷和水萃取后，采用无水硫酸钠进行干燥，旋转蒸发除去溶剂，最后用体积比为1:2的石油醚和二氯甲烷的混合溶液进行柱层析提纯，得到棕红色固体产物即SQ-3 56.4mg，纯度为99％，产率为20.6％。
SQ-3的核磁数据：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ12.90(d,J＝115.1Hz,2H),8.26–8.16(m,8H),8.11(s,4H),8.09–7.98(m,6H),7.55(ddd,J＝8.9,4.7,2.0Hz,4H),7.37(dd,J＝27.9,7.9Hz,2H),5.61(d,J＝26.6Hz,2H),1.26(s,12H)。
实施例6
本实施例对实施例3的SQ-1、实施例4的SQ-2和实施例5的SQ-3进行紫外可见吸收光谱测试以及荧光发射光谱测试，结果见图1和图2，图1为本发明实施例中SQ-1、SQ-2和SQ-3的紫外可见吸收光谱，图2为本发明实施例中SQ-1、SQ-2和SQ-3的荧光发射光谱。图1中，SQ-1、SQ-2和SQ-3均在650nm～700nm之间具有强吸收；图2中，SQ-1、SQ-2和SQ-3均在650nm～800nm之间具有宽发射；结果表明SQ-1、SQ-2和SQ-3的吸收光谱和发射光谱都处于近红外区。
实施例7
本实施例分别将实施例3的SQ-1、实施例4的SQ-2、实施例5的SQ-3和实施例2的SQ溶解于二氯甲烷中，调节吸光度为0.2，再加入捕捉剂DPBF，调节吸光度为1.0。将上述溶液用功率为0.5mw的660nm激光激发，每2min测试一次，测试敏化单线态氧谱图如图3至图5所示。
通过如下公式计算待测样品的单线态氧的量子产率：
Φsam＝Φstd×(ksam/kstd)×(Fstd/Fsam)×(ηsam/ηstd)
F＝1-10--A
其中：Φ代表单线态氧量子产率；k代表吸光度变化斜率；A代表激发波长处吸光度；η代表溶剂粘度；sam代表待测样品；std代表标准样品。标准样品为SQ，SQ的单线态氧量子产率为6.29％。
图3为SQ-1作为光敏剂，DPBF作为捕捉剂在二氯甲烷中的敏化单线态氧谱图。图3表明SQ-1可在660nm光下进行有效敏化单线态氧，单线态氧的量子产率为8.87％。
图4为SQ-2作为光敏剂，DPBF作为捕捉剂在二氯甲烷中的敏化单线态氧谱图。图4表明SQ-2可在660nm光下进行有效敏化单线态氧，单线态氧的量子产率为12.44％。
图5为SQ-3作为光敏剂，DPBF作为捕捉剂在二氯甲烷中的敏化单线态氧谱图。图5表明SQ-3可在660nm光下进行有效敏化单线态氧，单线态氧的量子产率为7.39％。
将实施例3的SQ-1、实施例4的SQ-2、实施例5的SQ-3和实施例2的SQ敏化单线态氧的测试结果进行对比，结果请参阅图6，为本发明实施例中SQ、SQ-1、SQ-2和SQ-3的单线态氧量子产率对比图。SQ-1的单线态氧量子产率为8.87％，SQ-2的单线态氧量子产率为12.44％，SQ-3的单线态氧量子产率为7.39％，而SQ的单线态氧量子产率为6.29％，结果表明本发明吲哚方酸菁染料具有优异的单线态氧生产能力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种吲哚方酸菁染料，其特征在于，所述吲哚方酸菁染料的结构式如式(I)所示；
其中，R为苯基、蒽基或芘基。
2.一种吲哚方酸菁染料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将式(II)所示结构的化合物与芳基硼酸进行Suzuki-Miyaura偶联反应，得到结构式如式(I)所示的吲哚方酸菁染料；
其中，R为苯基、蒽基或芘基。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述Suzuki-Miyaura偶联反应的温度为85℃～95℃；
所述Suzuki-Miyaura偶联反应的时间为2～10h。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述式(II)所示结构的化合物与所述芳基硼酸的摩尔比为1:2～1:4。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，式(II)所示结构的化合物按照以下步骤制备：
在保护气氛下，将式(III)所示结构的化合物与方酸进行第一反应，得到式(II)所示结构的化合物；
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一反应的温度为115℃～120℃；
所述第一反应的时间为1h～5h；
所述式(III)所示结构的化合物与所述方酸的摩尔比为2:1～3:1。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，式(III)所示结构的化合物按照以下步骤制备：
将对碘苯肼与3-甲基-2-丁酮进行第二反应，得到式(III)所示结构的化合物。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第二反应的温度为100℃～120℃；
所述第二反应的时间为1h～3h；
所述对碘苯肼与所述3-甲基-2-丁酮的摩尔比为1:2～1：3。
9.权利要求1所述吲哚方酸菁染料和/或权利要求2至8任意一项所述制备方法制备得到的吲哚方酸菁染料作为光敏剂的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述光敏剂用于制备光动力治疗药物。
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