新型尾式水楊酸卟啉的合成及其與牛血清白蛋白的相互作用*

盧昌利，侯安新(1.金發(fā)科技股份有限公司企業(yè)技術(shù)中心，廣東廣州　51050; .武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院，湖北武漢　43007)

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新型尾式水楊酸卟啉的合成及其與牛血清白蛋白的相互作用*

盧昌利1，2，侯安新2
(1.金發(fā)科技股份有限公司企業(yè)技術(shù)中心，廣東廣州510520; 2.武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430072)

摘要:以吡咯、苯甲醛和對(duì)羥基苯甲醛為原料，經(jīng)“一鍋法”制得5-(4-羥基苯基)-10，15，20-三苯基卟啉(1); 1與直鏈二溴烷烴反應(yīng)制得溴代烷氧基卟啉(3a～3e); 3a～3e分別與水楊酸經(jīng)消除反應(yīng)合成了10個(gè)尾式水楊酸卟啉4a～4e和5a～5e，其中4a，4b，4d，4e，5a，5b，5d和5e為新化合物，其結(jié)構(gòu)經(jīng)UV-Vis，1H NMR，IR 和ESI-MS表征。用熒光光譜研究了4a～4e和5a～5e與牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。結(jié)果表明:4a～4e 和5a～5e對(duì)BSA的熒光猝滅為靜態(tài)猝滅; Stern－Volmer曲線的線性關(guān)系良好; kq值均遠(yuǎn)大于2.0×1010L· mol－1·s。

關(guān)鍵詞:一鍋法;合成;卟啉;牛血清白蛋白;相互作用

卟啉是一類具有生物活性的共軛大環(huán)化合物，在動(dòng)植物新陳代謝過(guò)程中起著重要作用［1］。此外，卟啉由于其獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)和對(duì)腫瘤細(xì)胞特殊的選擇性吸附而被廣泛應(yīng)用于光動(dòng)力學(xué)療法、發(fā)光材料、生物醫(yī)學(xué)、催化化學(xué)和分析化學(xué)等領(lǐng)域。

Scheme 1

水楊酸是阿司匹林的主要水解產(chǎn)物，具有很強(qiáng)的生物活性。

本研究在文獻(xiàn)［2－3］方法基礎(chǔ)上，將以上兩種具有生物活性的化合物通過(guò)柔性烷基鏈連接起來(lái)，以期發(fā)揮兩者的藥效協(xié)同效應(yīng)。以吡咯、苯甲醛和對(duì)羥基苯甲醛為原料，經(jīng)“一鍋法”合成5-(4-羥基苯基)-10，15，20-三苯基卟啉(1); 1與直鏈二溴烷烴反應(yīng)制得溴代烷氧基卟啉(3a～3e); 3a～3e分別與水楊酸經(jīng)消除反應(yīng)合成了10個(gè)尾式水楊酸卟啉4a～4e和5a～5e(Scheme 1)，其中4a，4b，4d，4e，5a，5b，5d和5e為新化合物，其結(jié)構(gòu)經(jīng)UV-Vis，1H NMR，IR和ESI-MS表征。用熒光光譜研究了4a～4e和5a～5e與牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

TU-1900型紫外-可見(jiàn)光譜儀(DMF為溶液); Schimadzu RF-5301PC型熒光光譜儀(激發(fā)波長(zhǎng)290 nm，激發(fā)狹縫5 nm，發(fā)射狹縫10 nm); Nicolet Magna-IR 550型紅外光譜儀(KBr壓片); Varian Mercury-VX 300 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)); LCQ advantage-ESI型質(zhì)譜儀。

1參考文獻(xiàn)［2］方法合成; DMF使用前經(jīng)氫化鈣回流干燥后減壓蒸餾;苯甲醛和對(duì)羥基苯甲醛，化學(xué)純;其余所用試劑均為分析純。實(shí)驗(yàn)用水均為二次蒸餾水。

1.2合成

(1)3a～3e的合成(以3a為例)［4］

在反應(yīng)瓶中加入1 0.50 g(0.80 mmol)和干燥無(wú)水碳酸鉀1.0 g(7.2 mmol)，抽真空20 min，通氮?dú)? min(重復(fù)3次);注入無(wú)水DMF 10 mL 和1，2-二溴乙烷(2a)2 mL(23.1 mmol)，攪拌下于80℃(浴溫)反應(yīng)3.5 h(TLC監(jiān)測(cè))。減壓蒸除多余DMF和2a，殘余物用少量二氯甲烷溶解，經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑A:氯仿)純化{收集第一紫色帶，濃縮，剩余物再經(jīng)硅膠柱層析［洗脫劑:V(氯仿)∶V(石油醚)=1∶1］純化，收集主要色帶，旋蒸除溶}，用氯仿-甲醇重結(jié)晶得紫色固體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。

用類似的方法合成3b～3e。

(2)4a～4e和5a～5e的合成(以4a和5a為例)［5］

在三口燒瓶中加入3a 180 mg(0.26 mmol)，水楊酸180 mg(1.30 mmol)和無(wú)水DMF 20 mL，攪拌使其溶解;加入無(wú)水碳酸鉀2.0 g，氮?dú)獗Ｗo(hù)下于60℃反應(yīng)24 h(TLC監(jiān)測(cè))。冷卻至室溫，加入飽和食鹽水60 mL，靜置0.5 h。抽濾，濾餅依次用蒸餾水和甲醇洗滌，用二氯甲烷(5 mL)溶解，經(jīng)硅膠柱層析［洗脫劑B:V(氯仿)∶V(石油醚)=1∶1］純化，收集第一色帶得3a;剩余物繼續(xù)經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:B=3∶1)純化，收集第二主要色帶得紫色固體4a 80 mg，收率37.4%;換用洗脫劑A純化，收集第三主要色帶得紫色固體5a 70 mg，收率32.8%。

用類似的方法合成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生物活性測(cè)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℃測(cè)定2.0×10－6mol·L－1BSA溶液(3 mL)在290 nm～500 nm的熒光光譜。取10 μL微量進(jìn)樣器一支，每次向BSA溶液中加入4.0×10－4mol·L－1的卟啉溶液3 μL，攪拌2 min后測(cè)定其在290 nm～500 nm的熒光光譜(共計(jì)加入10次)。依次測(cè)得不同c(4a～4e)和c(5a～5e)對(duì)BSA溶液熒光光譜的影響［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　結(jié)果與討論

2.1合成

(1)1的合成

合成1時(shí)，由于原料中有兩種芳香醛，雖然嚴(yán)格控制了苯甲醛和對(duì)羥基苯甲醛的摩爾比(3∶1)，但反應(yīng)過(guò)程中仍然有6種產(chǎn)物生成，給1的純化帶來(lái)很大困難。本文參考文獻(xiàn)［6］方法和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，首先以氯仿為洗脫劑，快速洗脫四苯基卟啉，然后以氯仿-乙醇(9∶1)為洗脫劑洗脫1。由于1中仍含有微量羥基卟啉，需將1濃縮后再次用硅膠柱層析(氯仿為洗脫劑)，收集主要色帶，濃縮，殘余物用氯仿-甲醇重結(jié)晶得純度較高的1。

(2)3a～3e的合成

合成3a～3e時(shí)，由于2為雙官能團(tuán)化合物，存在一分子2與兩分子羥基卟啉反應(yīng)的可能。為減少副反應(yīng)發(fā)生和提高收率，通常選擇在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以極性較大的DMF為溶劑，控制反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)3.5 h，并嚴(yán)格控制1與2的摩爾比為

1∶30［7－8］。

(3)4a～4e和5a～5e的合成

合成4a～4e和5a～5e時(shí)，雖然也存在雙官能團(tuán)的水楊酸與兩分子3反應(yīng)的可能，但由于3a～3e自身體積較大，空間位阻作用較強(qiáng)，這一可能性相對(duì)較小。

2.2表征

3a～3e中的Br與水楊酸羧基上的氫發(fā)生消除反應(yīng)合成4a～4e，與水楊酸羥基上的氫反應(yīng)合成5a～5e。這一結(jié)果可從IR光譜得到驗(yàn)證。3a～3e在700 cm－1～500 cm－1處特征峰為中等強(qiáng)度的C－Br鍵吸收峰; 4a～4e在1 720 cm－1處特征峰為酯羰基吸收峰，700 cm－1～500 cm－1處的C－Br鍵吸收峰消失; 5a～5e在1 630 cm－1附近特征峰為羧基吸收峰，同時(shí)在700 cm－1～500 cm－1處的C－Br鍵吸收峰消失。

2.3生物活性

白蛋白是生物體中含量最豐富的蛋白質(zhì)，具有貯運(yùn)內(nèi)源代謝產(chǎn)物和外源藥物小分子的功能［9］。研究藥物小分子與BSA的相互作用，有助于了解藥物小分子在體內(nèi)的運(yùn)輸和分布，從而有利于探討其作用機(jī)理，為新藥物開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。BSA中存在能發(fā)出熒光的色氨酸和酪氨酸殘基，利用熒光光譜可以根據(jù)熒光強(qiáng)度和吸收峰的變化，判斷BSA構(gòu)像的變化［10－12］。熒光猝滅過(guò)程遵從Stern-Volmer方程［13］。各種猝滅劑對(duì)生物分子的最大kq為2.0×1010L·mol－1·s，若測(cè)試值大于該值，可認(rèn)為是靜態(tài)猝滅。

以4a和5a為例，研究了4a和5a與BSA相互作用的FL譜圖，其熒光淬滅曲線分別見(jiàn)圖1和圖2。

圖1　4a與BSA相互作用的FL譜圖Figure 1　FL spectra of 4a interaction with BSA

由圖1和圖2可見(jiàn)，隨著c(4a)和c(5a)增大，BSA在350 nm附近的熒光強(qiáng)度產(chǎn)生了明顯的猝滅效應(yīng)，表明4a和5a與BSA的色氨酸或酪氨酸發(fā)生了較強(qiáng)的鍵合作用，且4a和5a與BSA之間發(fā)生了能量轉(zhuǎn)移。

以350 nm處4a～4e和5a～5e與BSA作用的熒光淬滅曲線的熒光強(qiáng)度作圖，得擬合直線(圖3和圖4)。

由圖3和圖4可得4a～4e和5a～5e與BSA作用的Stern-Volmer方程，結(jié)果分別見(jiàn)表1和表2。

圖2　5a與BSA相互作用的FL譜圖Figure 2　FL spectra of 5a interaction with BSA

圖3　4a～4e與BSA相互作用熒光強(qiáng)度擬合曲線*Figure 3　Fitting curves of FL intensityof 4a～4e interaction with BSA

圖4　5a～5e與BSA相互作用熒光強(qiáng)度擬合曲線*Figure 4　Fitting curves of FL intensityof 5a～5e interaction with BSA

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

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

由圖3，圖4，表1和表2可見(jiàn)，在較大c范圍內(nèi)，4和5與BSA相互作用的Stern－Volmer曲線線性關(guān)系良好，kq值均遠(yuǎn)大于2.0×1010L· mol－1·s，表明4和5對(duì)BSA的熒光猝滅是靜態(tài)猝滅。

3　結(jié)論

用具有不同柔性烷基鏈的直鏈二溴烷烴與羥基卟啉反應(yīng)制得溴代烷氧基卟啉(3a～3e); 3a～3e與水楊酸經(jīng)消除反應(yīng)合成了10個(gè)尾式水楊酸卟啉(4a～4e和5a～5e)，其中4a，4b，4d，4e，5a，5b，5d和5e為新化合物。熒光光譜分析結(jié)果表明:4a～4e和5a～5e對(duì)BSA的熒光猝滅為靜態(tài)猝滅; Stern-Volmer曲線的線性關(guān)系良好; kq值均遠(yuǎn)大于2.0×1010L·mol－1·s。 4a～4e和5a～5e與BSA詳細(xì)的作用機(jī)理和生物活性測(cè)試有待進(jìn)一步研究。

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·研究論文·

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

通訊作者:侯安新，教授，E-mail:houanxin@ sina.com

作者簡(jiǎn)介:盧昌利(1986－)，男，漢族，湖北武漢人，碩士，工程師，主要從事精細(xì)化工的研究。E-mail:luchangli945@126.com

收稿日期:2014-10-20;

修訂日期:2015-04-28

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

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

中圖分類號(hào):O621.3; O626.13