一种水溶性四联苯芳烃大环化合物及其制备方法与应用

1.本发明属于有机合成及医药技术领域，涉及一种水溶性四联苯芳烃大环化合物及其制备方法与应用。


背景技术：

2.巴马汀是一种典型的异喹啉生物碱，其母体结构由一个氮原子的两个异喳琳环稠合而成，化学名为 5,6-二氢-2,3,9,10-四甲氧基二苯并[a,g]喹嗪内鎓盐（5,6-dihydro-2,3,9,10-tetramethoxy-dibenzo[a,g]quinolizinium），分子量为387.86，分子式为c
21h22
clno4，具有抗菌抗炎、镇静安定、解热镇痛、抗白血病、抗高血压和抗肿瘤等多方面的药理活性，是临床上一种重要的生物碱活性化合物。
[0003]
研究发现巴马汀药效显著、毒副反应小，具有广泛的应用价值。例如其能够明显抑制金黄色葡萄球菌的生长、显著提升免疫抑制小鼠碳粒廓清指数、抑制西尼罗 ns2b-ns3 病毒蛋白的活性等。然而其在体内的稳定性差、吸收率低，极大地限制了其进一步的实际应用。目前科研工作者们主要开发了磷脂复合物、脂质体、纳米粒、胶束等载体，这些递送系统虽能实现巴马汀药物的递送，但其通常采用简单的物理混合或者化学的共价连接，这势必会造成脱靶、突释、药物结构改变导致的失效等问题。因此，亟待开发一种既不改变巴马汀化学结构又能与其有较强作用力的新型简便的药物递送系统。
[0004]
超分子化学，是研究两个或多个化学物种通过分子间非共价键相互作用（氢键、范德华力、疏水作用、静电作用、π-π 相互作用）连接起来的复杂的有组织的聚集体化学。与传统的共价键作用力相比，超分子非共价键作用在构筑超分子功能材料上表现出独特的优势：1. 分子间的弱相互作用（简称超分子力）具有加和性与协同性，合起来的超分子力很强，可以使构筑的超分子材料具有稳定的拓扑结构；2. 超分子力具有可逆性，组装通常是结构基元之间动态的分子识别过程，这赋予超分子材料在机械损伤后的具有自我修复能力；3. 超分子力也具有自适应性能力，在受到外界刺激时可以通过降低吉布斯自由能使其结构或形貌重新排列到热力学最稳定的状态。在超分子化学发展历程中，以冠醚、环糊精、杯芳烃、葫芦脲、柱芳烃为代表的多种大环受体分子占着举足轻重的作用。利用它们作为主体分子来实现对客体药物分子的识别与络合已被报道。
[0005]
联苯芳烃化合物作为一类新型的超分子大环合成受体是一种很好的客体药物分子的递送载体。但考虑到药物分子发挥作用都是在水溶性环境中，其在水中的低溶解性就成为阻碍其应用的重要因素。虽之前有报道提出了羧酸修饰的水溶性联苯芳烃的合成方法，但其合成过程需要六步，产率仅为56%。
[0006]
尽管文献j incl phenom macrocycl chem, 2009,64,37，org. biomol. chem. 2009, 7, 2699和beilstein j. org. chem. 2018, 14, 2236分别研究了杯芳烃、葫芦脲和联苯芳烃大环对巴马汀的络合，然而它们对巴马汀的络合常数均不超过104，难以实现更高强度的络合。
[0007]
基于以上研究分析，本发明首次合成了一种季铵盐侧链修饰的四联苯[3]芳烃，该
合成方法只需两步反应，并且每步产率均高于80%，操作简便、更有利于工业化生产。本发明涉及的四联苯[3]芳烃铵盐的合成方法一方面有效改善了联苯芳烃在水中溶解度差的问题，为其作为药物载体应用于生物医学领域奠定了基础；另一方面利用季铵盐进行侧链修饰后能够使其带正电荷，有利于和细菌表面的负电荷结合后帮助药物分子实现跨膜，从而提高药效。本发明以巴马汀药物为例，测试了四联苯[3]芳烃铵盐的分子识别、络合能力，通过荧光滴定实验测得键合常数为 (2.36
±
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×
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，实现了对巴马汀药物分子的强络合，为巴马汀药物分子的递送提供了新的思路和方法，为药物分子的体内递送系统的构筑提供了可行性的方案。


技术实现要素：

[0008]
为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：一种式ⅲ所示的水溶性四联苯芳烃大环化合物，其特征在于具有如下的结构特征：其中，n = 1-5。
[0009]
本发明进一步公开了式ⅲ所示的水溶性四联苯芳烃大环化合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将四联苯全羟单体、1, 3-二溴丙烷和碳酸铯按照1：80：10的比例加入到乙腈中，n2保护90℃条件下搅拌回流12 h，反应结束后自然冷却至室温，抽滤，将所得固体用二氯甲烷和水萃取3次，有机相用硅胶拌样，通过柱层析法分离得到式ⅰ所示化合物；其中，n = 1-5；（2）将式ⅰ所示化合物和多聚甲醛按照1：1的比例加入到1, 2-二氯乙烷中搅拌至原料完全溶解后，加入路易斯酸催化剂，室温下反应30 min，用饱和碳酸氢钠溶液淬灭反应，有机相依次用饱和碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠溶液洗涤，有机相用硅胶拌样，通过柱层析法分离得到式ⅱ所示化合物；
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其中，n = 1-5；（3）将式ⅱ所示化合物加入乙腈中，在n2保护下加热回流，然后向其中加入30%的三甲胺（20 eq）乙醇溶液，反应过夜；结束后自然冷却至室温，将反应液旋干，固体分别用乙腈和二氯甲烷洗涤，即可得到式ⅲ所示水溶性四联苯芳烃大环；其中的路易斯酸催化剂为：三氟化硼乙醚、对甲苯磺酸或三氟乙酸。
[0010]
本发明更进一步公开了式ⅲ所示的水溶性四联苯芳烃大环化合物在有效络合巴马汀药物方面的应用：其中所述的有效络合巴马汀药物指的是：式ⅲ所示的水溶性四联苯芳烃大环化合物与巴马汀药物键合常数可高达 (2.36
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。实验结果显示：本发明的大环主体四联苯[3]芳烃铵盐与巴马汀药物分子通过荧光滴定实验测得键合常数为 (2.36
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，实现了对巴马汀药物分子的强络合。这种利用超分子作用的方式来递送药物，不仅无需改变药物本身的结构故不会导致其理化性质的改变，而且与药物分子的作用力远大于简单的物理混合作用，不失为一种更有利于工业化生产的药物递送方式。
[0011]
本发明更加详细的描述如下：（1）将四联苯全羟单体、1, 3-二溴丙烷和碳酸铯按照1：80：10的比例加入到乙腈中，n2保护90 ℃条件下搅拌回流12 h，反应结束后自然冷却至室温，抽滤，将所得固体用二氯甲烷和水萃取3次，有机相用硅胶拌样，通过柱层析法分离得到式ⅰ所示化合物；其中，n = 1-5（2）将式ⅰ所示化合物和多聚甲醛按照1：1的比例加入到1, 2-二氯乙烷中搅拌至
原料完全溶解后，加入路易斯酸催化剂，室温下反应30 min，用饱和碳酸氢钠溶液淬灭反应，有机相依次用饱和碳酸氢钠溶液、饱和氯化钠溶液洗涤，有机相用硅胶拌样，通过柱层析法分离得到式ⅱ所示化合物；其中，n = 1-5（3）将式ⅱ所示化合物加入乙腈中，在n2保护下加热回流，然后向其中加入30%的三甲胺（20 eq）乙醇溶液，反应过夜。结束后自然冷却至室温，将反应液旋干，固体分别用乙腈和二氯甲烷洗涤，即可得到式ⅲ所示水溶性四联苯芳烃大环本发明涉及的反应只需两步，操作简单，产率较高，同时研究了四联苯[3]芳烃铵盐与巴马汀药物分子的络合作用。本发明涉及医药技术领域，确切的说是一种能够有效递送巴马汀药物分子的四联苯[3]芳烃铵盐的制备方法。
[0012]
作为客体分子的巴马汀药物进入到具有良好的水溶性的主体分子四联苯[3]芳烃铵盐的空腔，两者通过超分子作用力（氢键）形成分子聚集体。该包合物中的四联苯[3]芳烃铵盐具有疏水性刚性空腔，能够很好的容纳客体分子，并且每个四联苯中包含四个苯环，苯环之间的π-π共轭作用进一步加强了对客体分子键合能力。这种依靠主客体分子之间强的相互作用力来实现对药物小分子的整体包结的方式，对提高药物的稳定性、延长药物在体内的作用时间、提高药物的生物利用度有重要作用。
[0013]
我们首次合成了四联苯[3]芳烃铵盐，反应只需两步，操作简便，每步的产率均高于80％。所述的超分子主体能够与巴马汀进行较强的络合，四联苯[3]芳烃铵盐与巴马汀的键合常为巴马汀药物分子的递送提供了新的思路和方法，为药物分子的体内递送系统的构筑提供了可行性的方案。
[0014]
本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：1、本发明制备工艺简单，只需两步反应即可得到，并且每步的产率均高于80％；2、本发明首次合成了一种季铵盐侧链修饰的水溶性四联苯[3]芳烃大环化合物，这种合成方法是一种解决联苯芳烃类聚合物水溶性差的通用性新方法；3、本发明所述四联苯[3]芳烃铵盐具有良好的水溶性，能够与巴马汀药物分子实现较强的络合（键合常数为 (2.36
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），为巴马汀药物分子的递送提供了新
的思路和方法，为药物分子的体内递送系统的构筑提供了可行性的方案。
附图说明
[0015]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]
图1
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四联苯全羟单体的结构式及核磁氢谱图；图2
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溴链四联苯单体的结构式及核磁氢谱图；图3
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溴链四联苯[3]芳烃的结构式及核磁氢谱图 ；图4
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四联苯[3]芳烃铵盐的结构式及核磁氢谱图 ；图5
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巴马汀和四联苯[3]芳烃铵盐的荧光滴定实验曲线；图6
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式ⅲ所示水溶性四联苯芳烃大环结构式。
具体实施方式
[0017]
下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。本发明所用原料及试剂例如：四联苯全羟单体、1, 3-二溴丙烷、碳酸铯、1, 2-二氯乙烷、三氟甲磺酸、多聚甲醛、三甲胺乙醇、二氯甲烷、石油醚等原料均由市售。
[0018]
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0019]
实施例1四联苯[3]芳烃铵盐的合成方法（1） 溴链四联苯单体的制备与表征：在 250 ml 圆底烧瓶中加入四联苯全羟单体（0.20 g，0.54 mmol），1, 3-二溴丙烷（8.72 g，43.2 mmol）和碳酸铯（1.76 g，5.41 mmol），再向其中加入 60 ml 乙腈做溶剂，搅拌至原料完全溶解后，加热至90 ℃，在 n2保护下搅拌回流12 h，反应过程中通过薄层色谱进行监测。反应结束后自然冷却至室温，抽滤，将所得固体用二氯甲烷洗涤（3
×
50 ml），合并滤液，减压蒸馏除去溶剂，通过硅胶柱层析法提纯产物，得到白色固体即为溴链四联苯单体。（洗脱剂组成：从纯石油醚至石油醚/二氯甲烷=1/1, v/v，产率83%）。1h nmr (400 mhz, cdcl3) δ 7.68 (d, j = 8.0 hz, 4h), 7.57 (d, j = 8.0 hz, 4h), 7.31 (d, j = 9.2 hz, 2h), 6.62 (m, 4h)，4.17 (t, j = 5.6 hz, 4h)，4.13 (t, j = 6.0 hz, 4h), 3.64 (t, j = 6.4 hz, 4h)，3.53 (t, j = 6.4 hz, 4h)，2.36 (m, 4h), 2.27 (m, 4h) ppm。
[0020]
（2） 溴链四联苯[3]芳烃的制备与表征：在 250 ml 圆底烧瓶中加入溴链四联苯单体（0.20 g, 0.23 mmol），多聚甲醛
（0.014 g, 0.46 mmol），然后再向其中加入 100 ml 1, 2-二氯乙烷作溶剂，搅拌至原料完全溶解后，加入三氟甲磺酸（0.01 ml, 0.12 mmol）。室温下反应，反应过程中通过薄层色谱进行监测，30 min 反应结束后将反应液转移至 500 ml 分液漏斗中，用饱和碳酸氢钠溶液淬灭反应，有机相依次用饱和碳酸氢钠溶液（3
×
50 ml）、饱和氯化钠溶液（50 ml）洗涤，最后通过无水硫酸钠干燥，通过减压蒸馏除去溶剂，硅胶柱层析法提纯产物（洗脱剂组成：石油醚/二氯甲烷=2/1 至石油醚/二氯甲烷=1/2, v/v），最终得白色固体产物即为溴链四联苯[3]芳烃（0.12 g, 产率87%）。1h nmr (400 mhz, cdcl3) δ 7.62 (d, j = 8.4 hz, 12h), 7.50 (d, j = 8.4 hz, 12h), 7.03 (s, 6h), 6.60 (s, 6h), 4.13 (m, 24h), 3.92 (s, 6h), 3.50 (m, 24h), 2.31 (m, 12h), 2.24 (m, 12h) ppm; 13c nmr (100 mhz, cdcl3) δ 156.6, 155.0, 139.0, 137,5, 132.1, 129.9, 126.6, 123.2, 122.6, 98.7, 66.6, 66.0, 32.7, 32.5, 30.6, 30.2, 28.3 ppm。
[0021]
（3） 四联苯[3]芳烃铵盐的制备与表征： 在 500 ml 两口瓶中加入溴链四联苯[3]芳烃（化合物 3，0.50 g, 0.19 mmol），加入250 ml乙腈作溶剂溶解，在 n2保护下加热至 90℃，然后向其中加入30%的三甲胺乙醇溶液10 ml，搅拌回流7天。反应结束后自然冷却至室温，将反应液旋干，固体分散于乙腈中超声洗涤（2
×
50 ml），再用二氯甲烷洗涤（50 ml），离心得固体产物即为四联苯[3]芳烃铵盐（0.50 g, 81%），熔点为302 ℃；1h nmr (400 mhz, dmso-d6) δ 7.70 (d, j = 8.0 hz, 12h), 7.50 (d, j = 8.0 hz, 12h), 6.95 (s, 6h), 6.88 (s, 6h)，4.19 (br, 12h), 4.13 (br, 12h), 3.91 (s, 6h), 3.45 (br, 24h), 3.13 (m, 54h), 3.10 (m, 54h), 2.16 (br, 24h) ppm。
[0022]
实施例2四联苯[3]芳烃铵盐与巴马汀进行荧光滴定的实验步骤：(1) 准备两种母液备用：用天平准确称取0.66 mg四联苯[3]芳烃铵盐溶于100 ml纯水中，制的浓度为2
×
10-6 m的主体分子母液，用天平准确称取0.33 mg巴马汀溶于3 ml纯水中，制的浓度为2
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10-4 m的客体分子母液。
[0023]
(2) 先向比色皿中加入2 ml浓度为2
×
10-6 m的主体分子母液，然后用微量进样器向比色皿中依次加入0 μl、10 μl、20 μl、40 μl、80 μl、120 μl、160 μl、240 μl、300 μl、360 μl、440 μl浓度为2
×
10-4 m的客体分子母液，在激发波长ex=312 nm和发射波长em=407 nm条件下进行荧光光谱测试，得到一系列荧光谱图。如图5所示，随着主体分子的加入，客体的荧光强度逐渐降低，说明主客体间发生了光诱导的电子转移（pet）作用，客体分子被包结在大环主体的空腔内。通过非线性拟合计算出四联苯[3]芳烃铵盐与巴马汀的键合常数为(2.36
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0.13)
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8 m-1
。结果表明四联苯[3]芳烃铵盐是一种很好的巴马汀药物载体，这种强的络合作用能够提高巴马汀药物的水溶性和稳定性，为巴马汀体内疗效的提高奠定了基础。
[0024]
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。