阅读说明：本技术 一种缺氧响应型偶氮化合物合成方法及纳米囊泡的制备方法 (Method for synthesizing hypoxia response type azo compound and method for preparing nano vesicles ) 是由 刘昕 孟迟 刘季 曹晓涟 周昕怡 凌勇 于 2020-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及肿瘤诊疗一体化技术领域,具体涉及一种缺氧响应型偶氮化合物合成方法及纳米囊泡的制备方法,本发明通过紫外-可见吸收光谱法,荧光光谱法研究了其在缺氧环境下的响应情况以及其与柱[6]芳烃不同配比下形成纳米囊泡的粒径变化。结果表明该偶氮化合物能够与柱[6]芳烃以4:1的摩尔比自组装形成粒径约123.32nm的纳米囊泡,方法简单,粒径适宜,长期稳定性好。该纳米囊泡能够在缺氧环境下被肿瘤细胞内过表达的偶氮还原酶还原裂解释放出荧光,实现对缺氧肿瘤细胞的诊断与检测。(The invention relates to the technical field of tumor diagnosis and treatment integration, in particular to a synthesis method of an anoxic response type azo compound and a preparation method of nano vesicles. The result shows that the azo compound can be self-assembled with the column [6] arene in a molar ratio of 4:1 to form nano vesicles with the particle size of about 123.32nm, and the method is simple, suitable in particle size and good in long-term stability. The nano vesicle can be reduced and cracked by over-expressed azoreductase in tumor cells under an anoxic environment to release fluorescence, so that diagnosis and detection of the anoxic tumor cells are realized.)

一种缺氧响应型偶氮化合物合成方法及纳米囊泡的制备方法

技术领域

本发明涉及肿瘤诊疗一体化技术领域，具体涉及一种缺氧响应型偶氮化合物合成方法及纳米囊泡的制备方法。

背景技术

由于细胞快速增殖和新脉管系统效率低下，缺氧会由于氧气供应不足而在实体瘤中发生。低氧微环境可以诱导一系列生物学变化包括糖代谢，血管生成，恶性进展以及侵袭和转移，这些都增加了突变率和耐药性，因此，低氧是不良预后和治疗结果的指标。准确的低氧检测和影像学检查有助于识别低氧肿瘤患者并制定合适的临床治疗方案。因此利用实体瘤的低氧环境靶向实体瘤内部的诊疗方法引起了人们极大的关注。

到目前为止，低氧肿瘤和正常氧组织中各种生物还原酶的还原潜力和活性存在显着差异。利用较高的还原应力，开发了多种低氧选择性探针和药物。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种缺氧响应型偶氮化合物合成方法及纳米囊泡的制备方法，利用缺氧环境下偶氮键的断裂，从而实现荧光从无到有的现象，以此来实现对肿瘤的实时诊断。

本发明的首要目的是提供一种缺氧响应型偶氮化合物的合成方法，以DMF为反应介质，以EDCI和DMAP为催化剂，将中间体1.2-(3-氰基-4-((E)-4-((4-羟苯基)二氮烯基)苯乙烯基)-5,5-二甲基呋喃-2(5H)-亚烷基)丙二腈与苯丁酸氮芥按1:1-1:5的摩尔比于室温下搅拌反应24h；反应液浓缩后通过硅胶柱色谱法纯化(二氯甲烷/石油醚，1/2至2/1)纯化，得到黄红色固体，即目标产物，其结构式如下：

优选的，所述中间体1.2-(3-氰基-4-((E)-4-((4-羟苯基)二氮烯基)苯乙烯基)-5,5-二甲基呋喃-2(5H)-亚烷基)丙二腈的结构式如下：

为了更有利于化合物在肿瘤部位的积聚，提高靶向效果，本发明的另一目的是提供一种缺氧响应型偶氮化合物的纳米囊泡的制备方法，按照偶氮化合物与柱[6]芳烃为1:(0.5-1:8)的摩尔比，将偶氮化合物(1x10^-4M)溶于1mL DMF中，得偶氮化合物的DMF溶液，将柱[6]芳烃溶于三蒸水中，振荡均匀；然后滴加偶氮化合物的DMF溶液，待滴加完成后，迅速振荡，并放入摇床上振摇30min；待振摇完成后，三蒸水中透析过夜；冷冻干燥后，即制备成功偶氮化合物和柱[6]芳烃的组装纳米粒子-纳米囊泡(ODC-NPs)。

本发明通过核磁共振、高分辨质谱、紫外-可见光谱、熔点测定、元素分析等手段进行表征，表明缺氧响应的偶氮化合物4-((4-((E)-2-(4-氰基-5-(二氰基亚甲基)-2,2-二甲基-2,5二氢呋喃-3-基)乙烯基)苯基)二氮烯基)苯基4-(4-(双(2-氯乙基)氨基)苯基)丁酸酯合成成功。

优选的，所述柱[6]芳烃的结构式如下：

上述柱[6]芳烃的具体合成方法参见文献[1]邹晓春.基于水溶性柱[6]芳烃构筑的刺激响应性超分子药物转运体系[D].南京航空航天大学,2015，由于该具体合成方法为现有技术，因此本申请无需具体公开。

其中，纳米囊泡的缺氧降解通过将ODC-NPs(5uM)(PBS，pH7.4，0.2M)与肝微粒体(500U/mL)和NADPH(1mM)在该系统下于37℃保持24h，记录了化合物孵育之后的紫外(UV)可见光谱和荧光光谱。

优选的，所述制备的纳米囊泡在缺氧条件下通过大鼠肝微粒体和NADPH使偶氮键断裂。

结果发现，在该系统下孵育12h后，缺氧环境下，在肝微粒体和NADPH的情况下，在相应的紫外-可见吸收光谱中，ODC-NPs在440nm处的吸收峰下降，在510nm处出现新的吸收峰。同时，在相应的荧光光谱中，ODC-NPs在610nm处出现一个新的发射峰。因此，ODC-NPs可以在缺氧条件下实现偶氮的断裂，释放出荧光。

本发明有益效果：

本发明通过紫外-可见吸收光谱法，荧光光谱法研究了其在缺氧环境下的响应情况以及其与柱[6]芳烃不同配比下形成纳米囊泡的粒径变化。结果表明该偶氮化合物能够与柱[6]芳烃以4:1的摩尔比自组装形成粒径约123.32nm的纳米囊泡，方法简单，粒径适宜，长期稳定性好。该纳米囊泡能够在缺氧环境下被肿瘤细胞内过表达的偶氮还原酶还原裂解释放出荧光，实现对缺氧肿瘤细胞的诊断与检测。

附图说明

图1为本发明偶氮化合物与柱[6]芳烃组装的纳米粒子的粒径分布图；

图2为本发明ODC-NPs(5×10^-6mol·L^-1)缺氧环境下通过偶氮还原酶和NADPH作用后的紫外可见光谱图；

图3为本发明ODC-NPs(2×10^-6mol·L^-1)缺氧环境下通过偶氮还原酶和NADPH作用后的荧光光谱图。

具体实施方式

下面结合附图和通过具体实施例对本发明偶氮化合物的合成、与柱[6]芳烃组装纳米囊泡的制备方法进行具体阐述。

仪器与试剂：¹HNMR使用Mercury-400BB型核磁共振仪测定，TMS为内标。元素分析使用FlashEA1112型元素分析仪测定；熔点使用X-4数字显示显微熔点测定仪(温度计未校正)测定；紫外光谱使用岛津UV-2550紫外-可见吸收光谱仪(1cm石英液池)测定。溶剂为三次蒸馏水和二甲基亚砜(DMSO，分析纯)。其它试剂均为市售分析纯。

一、偶氮化合物的合成

实施例1：

(1)中间体1.2-(3-氰基-4-((E)-4-((4-羟苯基)二氮烯基)苯乙烯基)-5,5-二甲基呋喃-2(5H)-亚烷基)丙二腈的合成；

以4-((4-羟苯基)二氮烯基)苯甲醛(0.200g，0.88mmol)和2-(3-氰基-4,5,5-三甲基呋喃-2(5H)-亚烷基)丙二腈(0.210g,1.06mmol)为原料，加入哌啶(100μl)和乙酸(100μl)为催化剂，以乙腈为溶剂。将反应体系加热至回流12小时。待反应完成后，通过抽滤收集滤饼并真空干燥，得到中间体1.2-(3-氰基-4-((E)-4-((4-羟苯基)二氮烯基)苯乙烯基)-5,5-二甲基呋喃-2(5H)-亚烷基)丙二腈。

(2)缺氧响应型偶氮化合物的合成：以DMF为反应介质，以EDCI和DMAP为催化剂，将所得中间体与苯丁酸氮芥以1:1的摩尔比于室温下搅拌反应24h；反应液浓缩后通过硅胶柱色谱法纯化(二氯甲烷/石油醚，1/2至2/1)纯化，得到黄红色固体，即目标产物4-((4-((E)-2-(4-氰基-5-(二氰基亚甲基)-2,2-二甲基-2,5二氢呋喃-3-基)乙烯基)苯基)二氮烯基)苯基4-(4-(双(2-氯乙基)氨基)苯基)丁酸酯。

产率：50.9％.¹H NMR(400MHz,CDCl₃):δ8.08–7.91(m,4H,ArH),7.80(d,J＝8.6Hz,2H,ArH),7.70(d,J＝16.5Hz,1H,ArH),7.33–7.20(m,3H,ArH),7.12(dd,J＝12.5,3.8Hz,3H,ArH),6.66(d,J＝8.7Hz,2H,-CH＝CH-),3.83–3.51(m,8H,-CH₂-),2.65(dt,J＝22.0,7.4Hz,4H,-CH₂-),2.16–1.97(m,2H,-CH₂-),1.83(s,6H,-CH₃)；¹³C NMR(101MHz,CDCl₃)δ175.01(s),173.21(s),171.68(s),154.45(s),153.49(s),150.12(s),145.92(s),144.46(s),135.80(s),130.05(d,J＝14.9Hz),129.77(s),124.52(s),123.92(s),122.43(s),115.98(s),112.17(s),111.45(s),110.71(s),110.06(s),100.84(s),97.75(s),58.46(s),53.57(s),40.51(s),33.90(s),33.68(s),26.55(d,J＝14.0Hz).MScalcdfor[M+Na⁺]⁺715.1967,found716.1955。

实施例2：

(1)中间体的合成：与实施例1相同。

(2)缺氧响应型偶氮化合物的合成：以DMF为反应介质，以EDCI和DMAP为催化剂，将所得中间体与苯丁酸氮芥以1:2的摩尔比于室温下搅拌反应24h；反应液浓缩后通过硅胶柱色谱法纯化(二氯甲烷/石油醚，1/2至2/1)纯化，得到黄红色固体，即目标产物4-((4-((E)-2-(4-氰基-5-(二氰基亚甲基)-2,2-二甲基-2,5二氢呋喃-3-基)乙烯基)苯基)二氮烯基)苯基4-(4-(双(2-氯乙基)氨基)苯基)丁酸酯。

产率：55.4％。合成产物的表征数据与实施例1相同。

实施例3：

(1)中间体的合成：与实施例1相同。

(2)缺氧响应型偶氮化合物的合成：以DMF为反应介质，以EDCI和DMAP为催化剂，将所得中间体与苯丁酸氮芥以1:3的摩尔比于室温下搅拌反应24h；反应液浓缩后通过硅胶柱色谱法纯化(二氯甲烷/石油醚，1/2至2/1)纯化，得到黄红色固体，即目标产物4-((4-((E)-2-(4-氰基-5-(二氰基亚甲基)-2,2-二甲基-2,5二氢呋喃-3-基)乙烯基)苯基)二氮烯基)苯基4-(4-(双(2-氯乙基)氨基)苯基)丁酸酯。

产率：48.4％。合成产物的表征数据与实施例1相同。

实施例4：

(1)中间体的合成：与实施例1相同。

(2)缺氧响应型偶氮化合物的合成：以DMF为反应介质，以EDCI和DMAP为催化剂，将所得中间体与苯丁酸氮芥以1:4的摩尔比于室温下搅拌反应24h；反应液浓缩后通过硅胶柱色谱法纯化(二氯甲烷/石油醚，1/2至2/1)纯化，得到黄红色固体，即目标产物4-((4-((E)-2-(4-氰基-5-(二氰基亚甲基)-2,2-二甲基-2,5二氢呋喃-3-基)乙烯基)苯基)二氮烯基)苯基4-(4-(双(2-氯乙基)氨基)苯基)丁酸酯。

产率：52.1％。合成产物的表征数据与实施例1相同。

实施例5：

(1)中间体的合成：与实施例1相同。

(2)缺氧响应型偶氮化合物的合成：以DMF为反应介质，以EDCI和DMAP为催化剂，将所得中间体与苯丁酸氮芥以1:5的摩尔比于室温下搅拌反应24h；反应液浓缩后通过硅胶柱色谱法纯化(二氯甲烷/石油醚，1/2至2/1)纯化，得到黄红色固体，即目标产物4-((4-((E)-2-(4-氰基-5-(二氰基亚甲基)-2,2-二甲基-2,5二氢呋喃-3-基)乙烯基)苯基)二氮烯基)苯基4-(4-(双(2-氯乙基)氨基)苯基)丁酸酯。

产率：56.6％。合成产物的表征数据与实施例1相同。

二、纳米粒子的制备

实施例6：

将偶氮化合物(1x10^-4M)溶于1mL DMF中，按照偶氮化合物:柱[6]芳烃为1:0.5的摩尔比，将柱[6]芳烃溶于三蒸水中，振荡均匀。然后滴加偶氮化合物的DMF溶液，待滴加完成后，迅速振荡，并放入摇床上振摇30min。待振摇完成后，三蒸水中透析过夜。冷冻干燥后，即制备成功偶氮化合物和柱[6]芳烃的组装纳米囊泡，即ODC-NPs。

实施例7：

将偶氮化合物(1x10^-4M)溶于1mL DMF中，按照偶氮化合物:柱[6]芳烃为1:1的摩尔比，将柱[6]芳烃溶于三蒸水中，振荡均匀。然后滴加偶氮化合物的DMF溶液，待滴加完成后，迅速振荡，并放入摇床上振摇30min。待振摇完成后，三蒸水中透析过夜。冷冻干燥后，即制备成功偶氮化合物和柱[6]芳烃的组装纳米囊泡，即ODC-NPs。

实施例8：

将偶氮化合物(1x10^-4M)溶于1mL DMF中，按照偶氮化合物:柱[6]芳烃为1:2的摩尔比，将柱[6]芳烃溶于三蒸水中，振荡均匀。然后滴加偶氮化合物的DMF溶液，待滴加完成后，迅速振荡，并放入摇床上振摇30min。待振摇完成后，三蒸水中透析过夜。冷冻干燥后，即制备成功偶氮化合物和柱[6]芳烃的组装纳米囊泡，即ODC-NPs。

实施例9：

将偶氮化合物(1x10^-4M)溶于1mLDMF中，按照偶氮化合物:柱[6]芳烃为1:4的摩尔比，将柱[6]芳烃溶于三蒸水中，振荡均匀。然后滴加偶氮化合物的DMF溶液，待滴加完成后，迅速振荡，并放入摇床上振摇30min。待振摇完成后，三蒸水中透析过夜。冷冻干燥后，即制备成功偶氮化合物和柱[6]芳烃的组装纳米囊泡，即ODC-NPs。

实施例10：

将偶氮化合物(1x10^-4M)溶于1mL DMF中，按照偶氮化合物:柱[6]芳烃为1:8的摩尔比，将柱[6]芳烃溶于三蒸水中，振荡均匀。然后滴加偶氮化合物的DMF溶液，待滴加完成后，迅速振荡，并放入摇床上振摇30min。待振摇完成后，三蒸水中透析过夜。冷冻干燥后，即制备成功偶氮化合物和柱[6]芳烃的组装纳米囊泡，即ODC-NPs。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。