具有離子跨膜傳輸活性的不對稱聚苯撐乙炔寡聚物的制備和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于人工仿生技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有離子跨膜傳輸活性的不對稱聚 苯撐乙炔寡聚物的制備和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在跨膜運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)中，離子的傳輸由于與多種生命活動過程以及許多疾病的發(fā)生 和發(fā)展密切相關(guān)而引起科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，特別是對離子傳輸起主要作用的離子通道進(jìn) 行了廣泛而深入的研究。2003年，羅德里克·麥金農(nóng)(Roderick MacKinnon)和彼得?阿格 雷(Peter Agre)因在細(xì)胞膜通道方面做出的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾化學(xué)獎。遺傳或者后 天病變導(dǎo)致離子通道結(jié)構(gòu)和功能的異常是多種疾病產(chǎn)生的根源，例如常見的癲癇、偏頭痛、 失聰、先天性肌強(qiáng)直、老年癡呆(阿茲海默癥）、帕金森癥等等，因此研究修復(fù)和替代離子通 道的功能對于疾病的預(yù)防和診治、新藥研發(fā)等都具有非常重要的意義。
[0003] 近幾十年來通過對天然離子通道的研究，科學(xué)工作者們致力于構(gòu)建人工離子傳輸 體系來模擬細(xì)胞膜上離子通道的結(jié)構(gòu)與功能。構(gòu)建人工離子傳輸體系來模擬這一天然運(yùn)輸 過程，其優(yōu)勢在于可以用簡單的分子去模擬天然離子通道性能，為探索離子通道的作用機(jī) 理和診治離子通道疾病提供了一種有效的方法。這類研究的目的涵蓋的范圍非常廣泛，從 一開始單獨(dú)的仿生到最近實際的生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。1)在分子結(jié)構(gòu)上，國內(nèi)外很多課題 組都取得了突破性的成果，其中國外最具有代表性的如瑞士的Stef an Mat i Ie組的剛性桿 木桶板結(jié)構(gòu)（rigid-rod 〇1 igophenyl barrel-stave structures )、美國的George W.Gokel組的氮雜冠醚基于的雙親結(jié)構(gòu)(hydraphiIe)、以及德國Ulrich Koert組的基于短 桿菌肽的衍生結(jié)構(gòu)等構(gòu)建的離子通道;國內(nèi)如復(fù)旦大學(xué)黎占亭和侯軍利研究員組的柱芳烴 衍生物構(gòu)建的水/氨基酸通道、上海交通大學(xué)的邵志峰教授組利用芳香大環(huán)衍生物構(gòu)建的 離子通道等。2)在生物應(yīng)用上，人工離子通道能有效地提供殺菌、抗癌和生物毒性等功能。 例如Ghadiri等設(shè)計合成的D，L_a環(huán)肽與革蘭氏陽性菌和陰性菌膜具有很好的作用，增加膜 通透性的同時破壞細(xì)胞的滲透平衡從而起到了很好的殺菌效果;Voyer等設(shè)計合成的苯并 冠醚-小肽雜化體系對乳癌細(xì)胞(MDA)和老鼠的白血病細(xì)胞(P388)具有較高的細(xì)胞毒性； Gokel等合成的hydraphiIes除了具有殺菌作用外還對非轉(zhuǎn)化的哺乳動物細(xì)胞HEK 293和 Cac〇2癌細(xì)胞具有較高的細(xì)胞毒性，并通過直接注射到病灶實現(xiàn)了荷瘤老鼠癌組織的損壞， 結(jié)合使用探針染料為其進(jìn)一步的切除提供便利。
[0004] 然而目前大部分構(gòu)建的人工離子通道都是利用多分子自組裝來構(gòu)建的，大量非活 性單體的存在，導(dǎo)致整體的跨膜活性不是很高，其EC 5Q(跨膜活性達(dá)50%時所需通道分子的 濃度)值往往在?〇-?〇〇μΜ級，這種濃度需求大大地限制了其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。而天然 離子通道如短桿菌肽等離子通道，它們往往只需要單個分子或兩個分子就可以實現(xiàn)成功跨 膜，由于沒有自組裝體系中最低自組裝濃度的限制，大大降低了所需通道分子的濃度，其 EC5Q值降低至ηΜ級。因此，如果我們將多分子自組裝的超分子跨膜體系利用共價鍵融合到單 分子中，使其單個分子就能實現(xiàn)跨膜、離子傳輸?shù)墓δ?，勢必會很大程度地提高分子跨膜?性，增加其進(jìn)一步實際生物醫(yī)用的潛力。另外，由于單分子類人工離子通道其通道傳輸?shù)慕Y(jié) 構(gòu)比較明確，在研究過程中還減少了許多其他附加情況的考慮與機(jī)理猜測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有離子跨膜傳輸活性的不對 稱聚苯撐乙炔寡聚物及其制備和應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0007] 本發(fā)明的第一目的在于提供一種具有離子跨膜傳輸活性的不對稱聚苯撐乙炔寡 聚物，該不對稱聚苯撐乙炔寡聚物具有如式(I)所示的結(jié)構(gòu)式：
[0009] 其中，R1 選自-CH2 (CH2)4CH3、-CH2 (CH2) 6CH3、-CH2 (CH2) sCH3、-CH2 (CH2) IoCH3、_ OCH2CH2OCH2CH2O (CH2) 5CH3、-OCH2CH2OCH2CH2O (CH2) 7CH3 中的一種；
[0010] R2為陽離子識別基團(tuán)或陰離子識別基團(tuán)；所述陽離子識別基團(tuán)選自苯并15冠5醚、 苯并18冠6醚、氮雜化15冠5、氮雜化18冠6、二苯并15冠5醚、二苯并18冠6醚中的一種;所述 陰離子識別基團(tuán)選自2,6_吡啶二酰胺、間苯二酰胺中的一種。
[0011] 其中，n = l、3或 5。
[0012]優(yōu)選的，所述不對稱聚苯撐乙炔寡聚物具有如式（Π )所示的結(jié)構(gòu)式：
[0014] 其中，n = 3 或 n = 5
[0015] 本發(fā)明的第二目的在于提供一種具有離子跨膜傳輸活性的不對稱聚苯撐乙炔寡 聚物的制備方法，包括：
[0016] (I)將對苯二酚、碳酸鉀溶于無水N，N-二甲基甲酰胺1中，90°C下反應(yīng)30min后加入 碘化鉀加速反應(yīng)進(jìn)程;然后滴加含C1-C12鹵代烷或其衍生物的無水N，N-二甲基甲酰胺2溶 液，反應(yīng)4h;待反應(yīng)結(jié)束后，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH至中性，然后經(jīng)萃取、干燥、抽濾、柱層析提 純，得產(chǎn)物1，如式(ΙΠ )所示;其中，對苯二酚、碳酸鉀、無水N，N-二甲基甲酰胺1、C1-C12鹵代 烷或其衍生物、無水N，N-二甲基甲酰胺2的比例為90mmo 1:99mmo 1:1 OOmL: 90mmo 1:20mL;
[0018]其中，R1 選自-CH2 (CH2)4CH3、-CH2 (CH2) 6CH3、-CH2 (CH2) sCH3、-CH2 (CH2) IoCH3、_ OCH2CH2OCH2CH2O (CH2) 5CH3、-OCH2CH2OCH2CH2O (CH2) 7CH3 中的一種；
[0019] (2)將產(chǎn)物1和三乙胺溶于二氯甲烷1得反應(yīng)液，然后將對甲基苯磺酰氯溶于二氯 甲烷2并在冰浴下滴加入反應(yīng)液，攪拌反應(yīng)8-10h;待反應(yīng)結(jié)束后，旋干去除溶劑去除溶劑、 柱層析提純，得產(chǎn)物2,如式(IV)所示;其中，產(chǎn)物1、三乙胺、二氯甲烷1、對甲基苯磺酰氯、二 氯甲焼2的比例為31mmol :79mmol :30mL:31mmol :20mL;
[0021] (3)將產(chǎn)物2、碘酸鉀、四氯化碳、乙酸和水混合，然后滴加98wt %濃硫酸，再加入碘 單質(zhì)，控制溫度90°C回流反應(yīng)48-72h;待反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)萃取，干燥，抽濾旋干去除溶劑，柱 層析提純，得產(chǎn)物3,如式（V)所示;其中，產(chǎn)物2、碘酸鉀、四氯化碳、乙酸、水、98wt%濃硫酸 的比例為27mmol :9.8mmol :30mL:60mL:36mL:6mL;
[0023] (4)將產(chǎn)物3和20wt%氫氧化鈉溶液混合，加入叔丁醇，控制溫度90°C回流反應(yīng)16- 24h;待反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)體系酸化至pH = 7，然后經(jīng)萃取，干燥，旋干去除溶劑，柱層析提 純，得產(chǎn)物4，如式(VI)所示;其中，產(chǎn)物3、叔丁醇、20wt %氫氧化鈉溶液的比例為28.9mmol: 45mL：IOmL;
[0025] (5)將產(chǎn)物4溶于二氯甲烷1，冰浴下滴加液溴的二氯甲烷2溶液，于0°C反應(yīng)2_5h; 待反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)萃取，干燥，旋干去除溶劑，柱層析提純，得產(chǎn)物5,如式(W)所示;其中，產(chǎn) 物4、二氯甲烷1、液溴、二氯甲烷2的比例為46.46mmo1:30mL: 55.76mmo1:30mL;
[0027] (6)將產(chǎn)物5、碳酸鉀，催化量的18-冠醚-6溶于二甲基甲酰胺，100°C反應(yīng)30min后
加入碘化鉀加速反應(yīng)進(jìn)程，然后滴加溴乙酸叔丁酯，反應(yīng)S-IOh;待反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)旋干去除 溶劑，柱層析提純，得產(chǎn)物6,如式(VI)所示;其中，產(chǎn)物5、碳酸鉀、二甲基甲酰胺、溴乙酸叔 丁酯的比例為7mmol: 1 Bmmol ： 20mL： 10.5mmol ；
[0029] (7)將產(chǎn)物6在無水無氧的冰浴條件下，加入二氯甲烷和三氟乙酸，攪拌反應(yīng)1.5h; 待反應(yīng)結(jié)束后，向反應(yīng)體系中加入乙酸乙酯，經(jīng)旋干去除溶劑，得產(chǎn)物7,如式(K)所示；其 中，產(chǎn)物6、二氯甲烷、三氟乙酸、乙酸乙酯的比例為0.92mmol:10mL:10mL :30mL;
[0031] (8)將產(chǎn)物7在無水無氧條件下與二氯甲烷混合，冰浴下滴加1-氯-N，N，2-三甲基 丙烯胺、催化量的無水N，N-二甲基甲酰胺，室溫下反應(yīng)5h;待反應(yīng)結(jié)束后，旋干去除溶劑，得 產(chǎn)物8,如式（X)所示；其中，產(chǎn)物7、二氯甲烷、1-氯-N，N，2-三甲基丙烯胺的比例為 0.82mmo1：15mL：0.9mmοI；
[0033] (9)將氨基修飾的離子識別化合物在無水條件下溶解在二氯甲烷1中，然后加入Ν， N-二異丙基乙胺得反應(yīng)液，將產(chǎn)物8在無水條件下溶解于二氯甲烷2并在冰浴下滴加至反應(yīng) 液中，室溫反應(yīng)8-10h;待反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)萃取，干燥，旋干去除溶劑，硅膠柱分離純化，得產(chǎn) 物9,如式(XI)所示;其中，氨基修飾的離子識別化合物、二氯甲烷1、N，N-二異丙基乙胺、產(chǎn) 物8、二氯甲燒2的比例為0.67mmol: IOmL: 0.47mL: 0.76mmol: 5mL;所述氨基修飾的離子識別 化合物為氨基修飾的陽離子識別化合物或陰離子識別化合物；
[0035]其中，R2為陽離子識別基團(tuán)或陰離子識別基團(tuán)；所述陽離子識別基團(tuán)選自苯并15 冠5醚、苯并18冠6醚、氮雜化15冠5、氮雜化18冠6、二苯并15冠5醚、二苯并18冠6醚中的一 種;所述陰離子識別基團(tuán)選自2，6_吡啶二酰胺、間苯二酰胺中的一種；
[0036] (11)將產(chǎn)物9溶于四氫呋喃，然后加入碘化亞銅、四三苯基膦鈀和三乙胺，凍抽除 氧，再加入三甲基硅乙炔，25°C反應(yīng)4-5h;待反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)萃取、干燥、旋干去除溶劑，柱層 析提純，真空干燥，得產(chǎn)物10,如式（M)所示；其中，產(chǎn)物9、碘化亞銅、四三苯基膦鈀、三乙 胺、四氛咲喃的比例為〇· 7Bmmol ：0.03mmol ：0.OBmmoI ：6mL： IOmL；
[0038] (II)將產(chǎn)物10、四丁基氟化銨、甲醇和四氫呋喃混合，室溫攪拌反應(yīng)8-10h;待反應(yīng) 結(jié)束后，經(jīng)萃取，干燥，旋干去除溶劑，硅膠柱分離純化，得產(chǎn)物11，如式（xm)所示;其中， 產(chǎn)物10、四丁基氟化銨、甲醇、四氫咲喃的比例為0.12mmol: Immol: ImL: IOmL;
[0040] (12)將產(chǎn)物11溶于四氫呋喃，然后加入碘化亞銅、四三苯基膦鈀和三乙胺，凍抽除 氧，60°C反應(yīng)72-96h