手性氮氧自由基的合成及輻射防護(hù)性能初探

田敏，張改，羅奕奕

(西安工業(yè)大學(xué) 材料與化工學(xué)院，陜西 西安 710021)

氮氧自由基是一類(lèi)具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的自由基，最初氮氧自由基因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使其具有特殊的磁學(xué)性質(zhì)［1-3］和光學(xué)性能［4-5］，在材料學(xué)等［6-8］多個(gè)領(lǐng)域具有其廣泛的應(yīng)用前景，因此該類(lèi)自由基成為研究熱點(diǎn)。

近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)氮氧自由基具有自由基清除劑功能，在生物活性研究方面，受到了人們的普遍關(guān)注［9］。隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，輻射作為一種廣泛存在于自然界的“隱形污染源”，在許多領(lǐng)域嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的健康。造成輻射損傷的主要原因是高能量射線可使體內(nèi)許多化合物的化學(xué)鍵發(fā)生均裂，形成高密度自由基，而自由基是輻射致傷的關(guān)鍵因子［10］。藥物防護(hù)劑其實(shí)就是一種自由基清除劑(Radical scavengers，ScH)，可以在分子水平破壞活性氧自由基(ROS)，從而對(duì)輻射損傷進(jìn)行防護(hù)。本文以對(duì)醛基苯甲酸為原料，首先在二氯亞砜中轉(zhuǎn)化成酰氯，再分別與R-1-苯乙胺、雙羥胺縮合，最后經(jīng)氧化等步驟，將手性胺鍵合在自由基上，合成了一種未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的手性自由基，并通過(guò)EA、IR、MS、EPR 等手段對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)鑒定。進(jìn)一步選擇健康雄性昆明鼠作為研究對(duì)象，對(duì)這種氮氧自由基的抗輻射作用進(jìn)行研究，以期為新型輻射防護(hù)劑的開(kāi)發(fā)提供參考。合成路線如下:

圖1 目標(biāo)產(chǎn)物合成路線Fig.1 Synthetic route for title compounds

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

雙羥胺，自制;醛酸、二氯亞砜、三乙胺、碳酸氫鈉、甲醇、高碘酸鈉、無(wú)水硫酸鈉、硅膠、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、四氫呋喃、氯仿、乙酸乙酯、石油醚(b.p. 60 ～90 ℃)、石油醚(b.p. 90 ～120 ℃)試劑均為化學(xué)純。

BRUKER TENSOR27 型紅外光譜儀;Perkin-Elemer 240 型元素分析儀;XRC-1 型數(shù)字顯微熔點(diǎn)儀(溫度計(jì)未校正);Varian 7.0T ESI-FTICR-MS 型質(zhì)譜儀;a Bruker ESP 300Espectrometer 型ESR 譜儀;Bruker AV-300 NMR spectrometer (400 MHz)型核磁共振儀，溶劑為DCCl3，TMS 作內(nèi)標(biāo);使用Alugramsilica gel/uv 254 薄層板，V(氯仿)∶V(石油醚)=1∶1的混合溶劑為展開(kāi)劑，TLC 法跟蹤反應(yīng)進(jìn)程;柱分離用粒徑0.074 ～0.049 mm 硅膠。

1.2 中間體R-10 的制備

將醛酸4.50 g(30 mmol)溶于重蒸的50 mL 的SOCl2中，逐漸升溫，回流3 h，反應(yīng)完畢后，蒸出大量溶劑，減壓抽干，得淡土黃色液體4. 45 g，產(chǎn)率88%。

1.3 中間體R-11 的制備

在250 mL 的三頸瓶中加入2.4 g(20 mmol)R-1-甲基苯乙胺，THF 100 mL，三乙胺4.4 mL 冰浴下攪拌，滴加含有3.37 g(20 mmol)對(duì)醛基苯甲酰氯的50 mL THF 溶液。滴加完畢后室溫?cái)嚢? h 后回流2 h。用乙酸乙酯100 mL 萃取，飽和碳酸氫鈉洗滌2次。干燥、除去溶劑后得白色固體產(chǎn)物，柱層析純化得產(chǎn)物4.15 g。

1.4 自由基R-1 的制備

將上述產(chǎn)物0.93 g(3.68 mmol)、2，3-二羥胺-2，3-二甲基丁烷0.54 g(3.68 mmol)溶于20 mL 甲醇中，回流攪拌反應(yīng)24 h，除去溶劑，將殘?jiān)鼞腋∮?0 mL CH2Cl2中，冰浴，滴加含有NaIO40. 71 g(3.35 mmol)的20 mL 水溶液，反應(yīng)結(jié)束后分離有機(jī)相，干燥，柱層析純化，得產(chǎn)物0.73 g。

1.5 氮氧自由基的順磁共振光譜(EPR)分析

以DMF 為溶劑，室溫下測(cè)定了氮氧自由基R-1的EPR 譜。

1.6 自由基的抗輻射效果研究

動(dòng)物模型復(fù)制及給藥:將雄性昆明小鼠隨機(jī)分為正常對(duì)照組、照射對(duì)照組、陽(yáng)性藥物對(duì)照組和受試藥物組，將受試藥物設(shè)置不同的3 個(gè)給藥劑量組。給藥組于照射前30 min 腹腔或灌胃給藥，給藥體積0.5 ～1.0 mL(5%DMSO 溶解)，一次給藥，照射對(duì)照組給予相同體積的生理鹽水，除正常對(duì)照組外，其余各組動(dòng)物接受一次性全身性照射。對(duì)急性放射病小鼠存活率的影響:每天觀察受照射小鼠的存活情況，連續(xù)觀察30 d，記錄小鼠狀況、死亡數(shù)、死亡時(shí)間，觀察藥物的抗輻射作用。

2 結(jié)果與討論

2.1 化合物的表征結(jié)果

R-1 為藍(lán)色晶體，產(chǎn)率52%。MS(m/z):380.91［M + H］+;IR(KBr 壓片):2 982，2 896，1 637，1 541，1 448，1 361，987，856，700 cm－1;計(jì)算值C22H26N3O3:C69.09，H7.38，N10.99;實(shí)測(cè)值C69.10，H7.39，N10.98。

圖2 氮氧自由基R-1 的EPR 譜Fig.2 EPR spectra of nitroxyls in DMF

由圖2 顯示氮氧自由基R-1 為五重峰，g =2.003 2，|aN| =7.81G，各峰強(qiáng)度比為1∶2∶3∶2∶1。

2.2 目標(biāo)化合物抗輻射活性

表1 結(jié)果顯示正常小鼠受到6.0 Gyγ 射線照射后，隨著天數(shù)的增加，存活的小鼠逐漸減少，服用陽(yáng)性對(duì)照藥(1 mmol/kg)的小鼠基本未受到輻射的影響，藥物組分別選用3 個(gè)濃度劑量為0. 1，0. 25，0.5 mmol/kg，結(jié)果顯示，R-1 藥物有很好的抗輻射作用。

隨著輻射劑量增大至6.5 Gy(表2)，小鼠存活率均有明顯下降，與陽(yáng)性對(duì)照藥WR2721 對(duì)比，R-1 顯示更好的抗輻射作用。當(dāng)輻照劑量增加到7.0 Gy，同時(shí)增加給藥濃度(陽(yáng)性對(duì)照藥1 mmol/kg，藥物組分別選用3 個(gè)濃度劑量為0.25，0.5，1 mmol/kg)，隨著觀察時(shí)間延長(zhǎng)，小鼠存活率降低，R-1 有比陽(yáng)性對(duì)照藥 WR2721 作用更好的抗輻射作用。

表1 R-1 對(duì)雄性昆明小鼠6.0 Gyγ 射線照射后生存率的影響Table 1 The radioprotective effect of R-1 in male mice on 6.0 Gyγ

表2 R-1 對(duì)雄性昆明小鼠6.5 Gyγ 射線照射后生存率的影響Table 2 The radioprotective effect of R-1 in male mice on 6.5 Gyγ

表3 R-1 對(duì)雄性昆明小鼠7.0 Gyγ 射線照射后生存率的影響Table 3 The radioprotective effect of R-1 in male mice on 7.0 Gyγ

3 結(jié)論

本文合成一種未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道的手性氮氧自由基R-1，并對(duì)其進(jìn)行表征。通過(guò)選擇健康雄性昆明鼠作為研究對(duì)象，分別在6.0，6.5，7.0 Gyγ 不同輻射強(qiáng)度下對(duì)其存活率進(jìn)行了研究，并與陽(yáng)性對(duì)照藥WR2721 進(jìn)行比較。綜合3 組實(shí)驗(yàn)，表明R-1 有比陽(yáng)性對(duì)照藥WR2721 作用更好的抗輻射作用。

［1］ 劉志亮，廖代正，姜宗慧.氮氧自由基磁偶合體系的研究進(jìn)展［J］.高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2002，23(5):843-848.

［2］ Luneau D，Borta A，Chumakov Y，et al.Molecular magnets based on two-dimensional Mn (II)-nitronyl nitroxide frameworks in layered structures［J］. Inorganica Chimica Acta，2008，361:3669-3676.

［3］ Wang L Y，Cheng J T，Jiang K，et al. A new one-dimensional dicyanamide bridged zinc(ii)complex containing nitronyl nitroxide radicals:synthesis，crystal structure and magnetic properties［J］.Chinese J Struct Chem，2009，28:713-717.

［4］ Samir S Atik，Lawrence A.Singer nitroxyl radical quenching of the pyrene fluorescence in micellar environments.Development of a kinetic model for steady-state and transient experiments［J］. Chem Phys Lett，1978，59 (3):519-524.

［5］ Yu Y X，Zhang D Q，Zhang G X，et al.Bisnitronyl nitroxides bridged by tetra(ethyleneoxy)sensing metal ions spectroscopically and electrochemically［J］. Tetrahedron Lett，2006，47:3413-3417.

［6］ Raymond Z，Christophe S，Henrike H，et al.Previous article next article table of contents strong exchange interactions between two radicals attached to nonaromatic spacers deduced from magnetic，EPR，NMR，and electron density measurements［J］.J Am Chem Soc，2004，126:12604-12613.

［7］ Matsushita M M，Kawakami H，Kawada Y，et al.Negative magneto-resistance observed on an ion-radical salt of a TTF-based spin-polarized donor［J］.Chem Lett，2007，1:110-111.

［8］ Ise T，Shiomi D，Sato K，et al.Watson-Crick pairing of nucleobases functionalized with open-shell molecular entities in crystalline solids［J］. Chem Commun，2006，14:4832-4834.

［9］ Soule B P，Hyodo F，Matsumoto K，et al. The chemistry and biology of nitroxide compounds［J］.Free Radical Biol Med，2007，42:1632-1650.

［10］Kocherginsky N，Swartz H，Boca Raton.Nitroxide Spin Labels:Reactions in Biology and Chemistry［M］. FL:CRC Press(Boca Raton，F(xiàn) la.)，1995:1143-1149.