一类一氧化氮还原酶模拟物及其制备方法技术

本发明专利技术公开一类一氧化氮还原酶模拟物及其制备方法。该模拟物的化学名称为铁卟啉NO复合物和铁卟啉氯化物，包括二碳到五碳烷基捆扎的铁卟啉NO复合物即1‑FeNO到4‑FeNO，及其对应的前体化合物铁卟啉氯化物即1‑FeCl到4‑FeCl。其制备方法涉及利用烷基桥连的双(5‑叔丁基水杨醛)、利用金属模板法合成铁卟啉氯化物、利用亚硝酸分解产生NO，及NO轴向取代得铁卟啉NO复合物。本发明专利技术利用卟啉环变形调控金属电子结构的特点，实现轴向NO配体从亲电到亲核的互变。该系列模拟物非平面结构连续变化，与一氧化氮还原酶的结构和功能变化类似，合成步骤少，原料经济易得，分离纯化成本较低，是一氧化氮还原酶较理想的模拟物。

A class of nitric oxide reductase mimics and their preparation methods

The invention discloses a nitric oxide reductase mimic and a preparation method thereof. The chemical name of the simulator is iron porphyrin NO complex and iron porphyrin chloride, including iron porphyrin NO complex bound by carbon dioxide to pentacarbonyl, i.e. 1 FeNO to 4 FeNO, and its corresponding precursor, iron porphyrin chloride, i.e. 1 FeCl to 4 FeCl. The preparation method involves the synthesis of iron porphyrin chloride by alkyl bridged bis (5 tert-butyl salicylaldehyde), metal template method, decomposition of nitrite to produce NO, and axial substitution of NO to obtain iron porphyrin NO complex. The present invention utilizes the characteristics of porphyrin ring deformation to regulate the electronic structure of metal, and realizes the mutual transformation of the axial NO ligand from electrophilic to nucleophilic. The non-planar structure of the series of simulators changed continuously, similar to the structure and function of nitric oxide reductase, with fewer synthetic steps, easy availability of raw materials, and lower separation and purification costs. It is an ideal simulator of nitric oxide reductase.

【技术实现步骤摘要】
一类一氧化氮还原酶模拟物及其制备方法
本专利技术涉及化学生物学和生物模拟合成，具体涉及一类一氧化氮还原酶模拟物及其制备方法，可以用于NO生理功能及生理机制的研究。
技术介绍
一氧化氮(NO)是心血管、免疫和癌症中一个重要的信号分子，显露出了一些意想不到的作用，它曾经被《Science》指定为“年度分子”。一氧化氮还原酶(NOR)是生物体内控制NO平衡及转化的一类酶，但是该还原酶结构和功能的体外重现和模拟却非常困难。NOR存在于血红蛋白中，是一类铁卟啉NO复合物，与血红素属于同源蛋白酶，它的功能很大程度取决于卟啉环的扭曲。最近众多的机理研究也表明，NOR的催化性能与卟啉环的动态变形有关系。天然NOR在生物体内的含量极低，功能的发挥离不开先天的生理环境，但是目前又没有一种在结构和功能方面能与天然NOR相匹配的人造材料进行相应的结构-性能相关性模拟研究。所以，本专利技术的目的是设计开发一类结构和功能与天然NOR类似、合成步骤少、合成产率较高、反应条件相对温和、原料简单易得的NOR模型化合物，从结构、功能和机理等方面揭示天然NOR酶行为。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一类一氧化氮还原酶模拟物及其制备方法，利用卟啉环本身的变形对中心金属铁电子结构进行调节的特点，提供4个铁卟啉NO复合物作为一个组合来模拟一氧化氮还原酶的功能。本专利技术的技术方案为：一类一氧化氮还原酶模拟物，其化学名称为铁卟啉轴向复合物，涉及铁卟啉NO复合物和铁卟啉氯化物，包括二碳到五碳烷基即(CH2)x,x＝2-5捆扎的铁卟啉NO复合物即1-FeNO到4-FeNO，及其前体铁卟啉氯化物即1-FeCl到4-FeCl；结构式如式(1)所示：上述的一氧化氮还原酶模拟物的制备方法，包括如下步骤：(1)4个烷基桥连二(5-叔丁基水杨醛)的制备采用卤代烃与酚羟基缩合的方法，在剧烈搅拌下，将无水碳酸钾加入到N,N-二甲基甲酰胺中，恒温55～70℃并惰性气体保护；加入5-叔丁基水杨醛，维持8～15分钟；然后将1,ω-二溴烷烃逐滴加入，混合物继续搅拌8～24h；其中，1,ω-二溴烷烃、5-叔丁基水杨醛及无水碳酸钾的物质的量比为：1.0：2.0-2.6：2-8；反应液冷却至0℃以下，往反应混合物中缓慢加水，加水时维持温度5℃以下；离心分离出固体，并在CH2Cl2-甲醇体系中重结晶(有利于粗产品在溶剂中析出)，结晶时维持在0℃以下(有利于结晶)，得到桥连双醛白色固体，产率55-81％；(往反应混合物中加水前反应液需冷却至0℃以下(包括0℃)，加水过程需维持溶液温度0～5℃，避免醛基氧化)(2)4个非平面铁卟啉氯化物的制备采用金属模板策略和Alder-Longo缩合法制备，取FeCl3，步骤(1)所得桥连双醛和吡咯和FeCl3按1.0：2.0-3.0：1.0-8.0的摩尔比分批加入沸腾的丙酸/丁酸混合物中，在回流10～15分钟后，另一当量吡咯(即用量与前面的吡咯相同)加入混合溶液中(参与反应的两当量吡咯分批加入效果更好，这样可减少聚合物的形成，以及吡咯的变质)，继续搅拌45～90分钟，然后趁热减压蒸除混合酸；固体残余物用二氯甲烷浸泡2～6次，合并浸泡液，用水洗涤该溶液4～6次，并用硫酸钠干燥；除去溶剂后，通过硅胶柱色谱法用二氯甲烷/石油醚(1:2，v/v)进行分离(同分异构的副产物极性更小)，收集第二色带，得到紫红色铁卟啉氯化物1-FeCl、2-FeCl、3-FeCl或4-FeCl，产率2-18％；(3)气体NO的制备与干燥采用酸性条件分解亚硝酸钠的方法，反应如式(2)所示，往双颈瓶中加入稀硫酸，以惰性气体置换体系中的空气，然后以恒压滴液漏斗将亚硝酸钠溶液缓慢滴加至稀硫酸中，产生的NO气体经无水CaCl2干燥，滴加速度视NO复合物的生成速度而进行调节；(避免H2O或新生成的NO2与铁卟啉反应得其他复合物)6NaNO2+3H2SO4═3Na2SO4+2HNO3+4NO↑+2H2O(2)(4)4个非平面铁卟啉NO复合物的制备采用NO与铁(III)卟啉氯化物直接络合的方法，取铁卟啉氯化物溶于无水溶剂中，将溶液充分脱氧气，然后将新制的干燥NO气体鼓入铁卟啉溶液直至铁卟啉氯化物完全反应，约需4h；借助溶剂挥发进行重结晶(结晶过程中有约80％产品以固体析出即可停止，收集晶体进行其他测试和备用，因为无论反应条件如何严格，总有些目前难于确认的副产物，所以重结晶过程不宜太彻底)，分离目标络合物，得到深紫色的铁卟啉NO复合物1-FeNO、2-FeNO、3-FeNO或4-FeNO，产率75-80％。(NO复合物反应结束后，反应体系仍需要隔绝空气以避免复合物轴向NO的氧化、取代或解离。)注：铁卟啉氯化物为1-FeCl、2-FeCl、3-FeCl或4-FeCl；铁卟啉NO复合物在重结晶过程中，结晶体系需保持在NO氛围中。进一步地，步骤(1)中，1,ω-二溴烷烃为1,2-二溴乙烷，1,3-二溴丙烷，1,4-二溴丁烷和1,5-二溴戊烷中的一种，所得对应的桥连双醛分别简称为碳二双醛即2,2'-[乙烷-1,2-二基双(氧基)]二(5-叔丁基)苯甲醛，碳三双醛即2,2'-[丙烷-1,3-二基双(氧基)]二(5-叔丁基)苯甲醛，碳四双醛即2,2'-[丁烷-1,4-二基双(氧基)]二(5-叔丁基)苯甲醛，碳五双醛即2,2'-[戊烷-1,5-二基双(氧基)]二(5-叔丁基)苯甲醛。进一步地，步骤(1)中，碳酸钾作为催化剂使用，使用前需要充分干燥。进一步地，步骤(1)中，N,N-二甲基甲酰胺与无水碳酸钾的用量比为70～100ml：120～160mmol。进一步地，步骤(1)中，水与无水碳酸钾的用量比为80～120ml：120～160mmol。进一步地，步骤(2)中，作为中心金属的FeCl3物种提前加入，Fe在反应过程中既作为铁源，又作为模板诱导吡咯成卟啉环。进一步地，步骤(2)中，丙酸/丁酸混合物中，丙酸、丁酸的体积比为2:1。进一步地，步骤(3)中，稀硫酸的浓度为6mol/L，值得说明的是，此处不宜用相同浓度的盐酸；亚硝酸钠的浓度为2mol/L。进一步地，步骤(4)中，溶剂为二氯甲烷、氯仿、甲苯中的一种，且溶剂使用前需充分除水和脱氧气，避免其他复合物的产生，其中以二氯甲烷为最佳，其低沸点有利于反应结束后快速挥发而复合物产品结晶，而氯仿、甲苯等非极性溶剂也可行。本专利技术(a)利用了较短的烷基双醚键对卟啉环的强制捆扎，通过改变烷基的长度实现分子扭曲度的改变(如图1所示)，进而调节中心金属和轴向配体电子结构和反应性能，(b)利用了NO与卟啉中心金属易于发生分子内电子转移的特点，实现扭曲度调节轴向NO亲电/亲核性能的转变。据此开发了一个成系列的铁卟啉NO复合物，并以此成系列复合物模拟天然一氧化氮还原酶(NOR)的结构与功能。该铁卟啉复合物的合成步骤较少，反应条件温和，分离纯化成本较低。铁卟啉NO复合物的开发将为NOR的理论与实验研究提供最佳选择。本专利技术的特点主要体现在：1)在结构方面，本专利技术的铁卟啉复合物与一氧化氮还原酶有高度的相似性，构型确定，对NO有良好的亲合性。2)在功能方面，本专利技术的铁卟啉复合物能调节中心金属Fe和轴向NO配体电子结构的能力，为研究NO的生理反应提供了理论基础。3)在合成方面，本专利技术铁卟啉复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一类一氧化氮还原酶模拟物，其特征在于，其化学名称为铁卟啉轴向复合物，涉及铁卟啉NO复合物和铁卟啉氯化物，包括二碳到五碳烷基即(CH2)x,x＝2‑5捆扎的铁卟啉NO复合物即1‑FeNO到4‑FeNO，及其前体铁卟啉氯化物即1‑FeCl到4‑FeCl；结构式如式(1)所示：

【技术特征摘要】
1.一类一氧化氮还原酶模拟物，其特征在于，其化学名称为铁卟啉轴向复合物，涉及铁卟啉NO复合物和铁卟啉氯化物，包括二碳到五碳烷基即(CH2)x,x＝2-5捆扎的铁卟啉NO复合物即1-FeNO到4-FeNO，及其前体铁卟啉氯化物即1-FeCl到4-FeCl；结构式如式(1)所示：2.权利要求1所述的一氧化氮还原酶模拟物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)4个烷基桥连二(5-叔丁基水杨醛)的制备采用卤代烃与酚羟基缩合的方法，在搅拌条件下，将无水碳酸钾加入到N,N-二甲基甲酰胺中，恒温55～70℃并惰性气体保护；加入5-叔丁基水杨醛，维持8～15分钟；然后将1,ω-二溴烷烃逐滴加入，混合物继续搅拌8～16h；其中，无水碳酸钾、5-叔丁基水杨醛及1,ω-二溴烷烃的物质的量之比为4.5-6：1.8-2.5：0.8-1.1；反应液冷却至0℃以下，往反应混合物中缓慢加水，加水时维持温度0～5℃；离心分离出固体，并在CH2Cl2-甲醇体系中重结晶，结晶时维持在0℃以下，得到桥连双醛白色固体；(2)4个非平面铁卟啉氯化物的制备采用金属模板策略和Alder-Longo缩合法制备，取步骤(1)所得桥连双醛，吡咯和FeCl3按1.0：2.0-3.0：1.0-8.0的摩尔比分批加入沸腾的丙酸/丁酸混合物中，在回流10～15分钟后，另一当量吡咯加入混合溶液中，继续搅拌30～60分钟，然后趁热减压蒸除混合酸；固体残余物用二氯甲烷浸泡2～5次，合并浸泡液，用水洗涤该溶液4～6次，并用硫酸钠干燥；除去溶剂后，通过硅胶柱色谱法用二氯甲烷/石油醚进行分离，收集第二色带，得到紫红色铁卟啉氯化物1-FeCl、2-FeCl、3-FeCl或4-FeCl；(3)气体NO的制备与干燥采用酸性条件分解亚硝酸钠的方法，反应如式(2)所示，往双颈瓶中加入稀硫酸，以惰性气体置换体系中的空气，然后以恒压滴液漏斗将亚硝酸钠溶液缓慢滴加至稀硫酸中，产生的NO气体经无水CaCl2干燥，滴加速度视NO复合物的生成速度而进行调节；6NaNO2+3H2SO4═3Na2SO4+2HNO3+4NO↑+2H2O(2)(4)4个非平面铁卟啉NO复合物的制备采用NO与铁(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秋华，林炳华，周再春，张金金，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43