[发明专利]一种水溶性苝酰亚胺类化合物及其作为DNA嵌插剂和在抑制癌细胞生长中的应用

说明书

技术领域

本发明属于生物药物化学合成技术领域，特别涉及一种水溶性苝酰亚胺类化合物及其作为DNA嵌插剂和在抑制癌细胞生长中的应用。

背景技术

苝及其衍生物具有很好的光、热、化学稳定性，几乎100％的荧光量子产率，窄的荧光发射峰，能够与细胞背景荧光(395-479nm)分开以及优异的染色性能，目前已广泛应用于有机光电器件、激光染料以及生物荧光探针领域。

嵌插剂（intercalator）是指多环芳烃小分子物质与DNA的可逆性相互作用。这类分子体积小，处于缺电子状态，并具有一定的平面刚性，可以插入到DNA两个堆积的碱基对之间，嵌入过程导致DNA的螺旋延伸和解链。目前研究较多的DNA嵌插剂有吖啶类、吡啶并咔唑类、苯并咪唑[1,2-C]喹啉类、蒽醌类等，并且都被用作抗肿瘤研究。然而具有良好平面刚性结构的苝类衍生物还没有被作为DNA嵌插剂来研究其抗肿瘤性能。

近年来，苝酰亚胺类化合物已经应用于生物领域，如细胞特异性标记，然而较差的水溶性直接影响了它在这一领域的应用，因此提高此类化合物的水溶性及在水溶液中保持高荧光量子产率对其在生物领域，尤其是DNA嵌插剂领域具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一类光、热、化学稳定性好、水溶性好、结构具有可设计性的苝酰亚胺类化合物，并将其应用于生物医学领域，具体研究了作为DNA嵌插剂和在抑制癌细胞生长中的应用。

本发明的技术方案为：首先选择苝酐或苝单酐作为荧光发射团，然后与含有胺基官能团的化合物反应，制备具有胺基官能团修饰的苝酰亚胺衍生物及苝单酰亚胺衍生物；然后通过Eschweiler–Clarke反应制备具有叔胺官能团修饰的苝酰亚胺衍生物及苝单酰亚胺衍生物；最终反应得到含有叔胺盐或季铵盐等不同阳离子化的苝酰亚胺衍生物及苝单酰亚胺衍生物。通过紫外吸收光谱、荧光发射光谱、圆二色谱（CD）分析这些苝酰亚胺衍生物与DNA相互作用，确认这些化合物具有优异的DNA嵌插性能，同时可以作为DNA嵌插剂来抑制肿瘤细胞的生长。然后，通过细胞和组织水平的研究与表征，证明本发明合成的苝酰亚胺衍生物具有细胞核的特异性富集作用和抑制癌细胞生长方面的作用。

本发明所述的水溶性苝酰亚胺类化合物是含苝酰亚胺或苝单酰亚胺结构的多胺衍生物，其结构通式为：

或

或

或

其中，R₂=CH₃或CH₂CH₃，R₃=H或CH₃或CH₂CH₃。

本发明所述的水溶性苝酰亚胺类化合物的合成方法，其具体制备步骤为：

（1）将2mmol的苝酐和6-12mmol的胺类化合物加入3-6mL水中搅拌均匀，然后升温至100-120℃，回流反应12-24h，降到室温后，用1-2wt%KOH水溶液和水洗涤，干燥得到产物；

（2）将0.6mmol步骤（1）得到的产物与5-9mmol的对甲基苯磺酸在3-6mL水中于50-60℃反应4-8h后过滤，滤液经旋转蒸发除去溶剂，接着用丙酮分散，用乙醚沉淀洗涤，离心、干燥，得到叔铵盐苝酰亚胺类化合物；

或者将0.6mmol步骤（1）得到的产物与5-9mmol的对甲基苯磺酸甲酯在50-60℃反应18-24h后，加3-5mL甲醇到反应混合溶液中过滤，通过旋转蒸发对滤液进行浓缩，然后用乙醚进行沉淀洗涤，离心、干燥后得到季铵盐苝酰亚胺类化合物；

步骤（1）所述的胺类化合物为含有一个端胺基的叔胺类化合物，其分子式通式为NH₂(R₁NH)_0-5R₁N(R₂)₂，其中R₁为含有2-6个亚甲基的烷基链，R₂为甲基或乙基；

上述制得的叔铵盐苝酰亚胺类化合物和季铵盐苝酰亚胺类化合物为含2-12个胺基功能化的水溶性线性苝酰亚胺类化合物。

步骤（1）所述的胺类化合物优选N，N-二甲基乙二胺或N,N-二乙基二乙烯基三胺。

本发明所述的水溶性苝酰亚胺类化合物的合成方法，其具体制备步骤为：