一种水溶性富勒烯的制备方法.pdf

本发明属于药物和化妆品技术领域，具体涉及一种水溶性富勒烯C60的合成方法。具体步骤如下：称取富勒烯溶于有机溶剂中，向其中加入溶解于有机溶剂的对叠氮基苯甲酸，加热到45-80℃，回流70小时-80小时后加入有机溶剂，加热至100-130℃，继续回流1-3个小时，旋出有机溶剂，得到黄色的固体以及部分未反应的黑色固体富勒烯，用环己烷作为洗脱剂，柱层析除去富勒烯，然后用甲苯作为洗脱剂，得到含羧基的水溶性富勒烯；其中：对叠氮基苯甲酸与富勒烯C60的摩尔比为1.1∶1-10∶1。本方法成本低，产物单一、工艺简便易行，易于工业化。

1、  一种水溶性富勒烯的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
称取富勒烯溶于有机溶剂中，向其中加入溶解于有机溶剂的对叠氮基苯甲酸，加热到45-80℃，回流70小时-80小时后加入有机溶剂，加热至100-130℃，继续回流1-3个小时，旋出有机溶剂，得到黄色的固体以及部分未反应的黑色固体富勒烯，用环己烷作为洗脱剂，柱层析除去富勒烯，然后用甲苯作为洗脱剂，得到含羧基的水溶性富勒烯；其中：对叠氮基苯甲酸与富勒烯C₆₀的摩尔比为1.1：1-10：1。

2、  根据权利要求1中所述的水溶性富勒烯的制备方法，其特征在于所使用的有机溶剂为甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯或氯萘中任一种。

一种水溶性富勒烯的制备方法
技术领域
本发明属于药物和化妆品技术领域，具体涉及一种水溶性富勒烯(C₆₀)的制备方法。
背景技术
富勒烯(Fullerene)碳簇一经问世，便发现在材料科学上和生物医学方面有广泛应用前景。生物化学方面的研究表明，C₆₀分子与生物系统相互作用可得到一些具有特殊意义的结果^[1]：
功能化的C₆₀衍生物呈现出光诱导剪切DNA的特性，并能提供有特殊功能的光诱导电子运输的载体^[2]，用低能量的光照射DNA和C₆₀羧酸的混合物时可产生选择性含鸟嘌呤链的裂解实验证实C₆₀羧酸在含水DM SO中产生单线态氧，并发现它对细胞生长和酶的活性有抑制作用，此水溶性的C₆₀衍生物在可见光的照射下在鸟嘌呤的位置破坏DNA的行为。
C₆₀衍生物有抑制HIV21蛋白酶(艾滋病病毒)活性^[3]。HIVP病毒酶的活性部位可以近似地被描述成一个线形圆筒状结构，其半径与C₆₀的半径相近。可以设想如果用C60分子堵住病毒活性中心的洞口，切断病毒赖以生存的营养供给，就可以。
清楚自由基和作为神经保护剂
一些具有电子亲和力的富勒醇成为适合的试剂，用于生物体系的自由基和水溶性的抗氧化剂，以减少有病血液中的自由基的浓度和抑制不正常或有病细胞的生长，但由于C₆₀是一种非极性分子，仅能溶于对生物体有害的非极性有机溶剂如苯、甲苯、二氯苯中，所以阻碍了它在生物化学和医学方面的研究和应用。因此合成水溶性的C₆₀衍生物显得极为重要。富勒烯的水溶化目前主要有物理方法和化学方法。
物理方法主要有下列三种方式：
第一是Williams，Rene M.等人利用特殊的结构体将C₆₀富勒烯包裹起来，得到包裹微粒^[4]。其结构式如下所示，利用人工膜结构也可包覆C₆₀分子。1996年，Dr.Williams利用微脂囊(liposomes)将C₆₀富勒烯及C₆₀衍生物包裹起来，分子可以在氧化还原作用中发挥作用。

第二种方式是Scrivens等利用一些助溶剂来制备C₆₀富勒烯的悬浮液，C₆₀富勒烯的悬浮液较容易进入人体肌肤^[5]，但该方法应用极为有限。
第三种方式是利用一些亲水性的分子与C₆₀富勒烯做结合来增加C₆₀富勒烯分子的溶解性^[6]。到目前为止，这是被研究探讨最多的功能性C₆₀制造方式。许多种类的水溶性分子发现可与C₆₀富勒烯结合增加C₆₀溶解度。目前来说这种亲水性的分子主要有以下几种：聚乙烯基吡咯烷酮^[7]、环式糊精^[8]、异硬脂酸^[9]、甲氧基氨基聚乙二醇^[10]。其结构式如下所示：

上述三种方式，富勒烯与其它分子之间并没有发生化学反应，没有形成共价键，因而结合不紧密，包合物结构不稳定，易被氧化。
富勒烯C₆₀的水溶化的化学方法是在富勒烯的表面引入羧酸基，Tokuyama等合成了合成出了含羧酸基的富勒烯^[11]，其结构式如下所示，但是由于其制备过程复杂，原料难以制备，其应用受到限制。

富勒烯C₆₀的水溶化的化学方法可在富勒烯的表面引入羟基，即富勒醇。C₆₀的羟基化合物又称富勒醇(fullerol)，一般含多个羟基的富勒醇易溶于水，在生物活性材料及生命化学方面有着重大的理论及实践意义，此外富勒醇在水溶液化学、电化学、高分子材料化学方面也有很大的应用潜力。迄今为止国内外化学研究人员已通过多种途径合成得到富勒醇，主要有如下几种制备方法；C₆₀与HNO₃/H₂SO₄混酸反应法；RCO₂NO₂亲电加成法；C₆₀与KOH反应法；四丁基氢氧化铵催化合成法等等。虽然富勒醇溶解效果很好，但是由于所反应的羟基个数较多，一般为20-48个，并且没有确切数值，所以富勒醇本身双键被打开的数目比较多，且不确定，所以影响了富勒烯本身的清除自由基的功能。而目前尚无在C₆₀表面直接引入苯甲酸的简便方法。
参考文献
[1]Ros，T.D.，et al.，Chem.Commun.1999，663-669.
[2]Hwang，K.C.，et al.，Nature，1993，361，138.
[3]Friedman，S.H.，et al.，J.Am.Chem.Soc.1993，115，6，506.
[4]Williams，R.M.et al.，Jan W.Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas，1996，115，72-76.
[5]Scrivens，W.A.，et al.，J.Am.Chem.Soc.1994，116，4517-4518.
[6]Burangulov，N.et al.，US 2005136079 A1
[7]Ito，S.，et al.，JP 2005047858 A
[8] B.-B.，et al.，J.Chem Soc.，Perkin Trans.2，2001，191-196.
[9]Sanba，N.，et al.，JP 2005060380 A
[10]Li Xi.et al.，Biomedicine & Pharmacotherapy，2005，59，51-358
[11]Tokuyama，et al.，J.Am.Chem.Soc.1993，115，7918-7919
发明内容
本发明目的在于提供一种水溶性富勒烯的制备方法。
本发明提出的水溶性富勒烯的制备方法，具体步骤如下：
称取富勒烯溶于有机溶剂中，向其中加入溶解于有机溶剂的对叠氮基苯甲酸，加热到45-80℃，回流70小时-80小时后加入有机溶剂，加热至100-130℃，继续回流1-3个小时，旋出有机溶剂，得到黄色的固体以及部分未反应的黑色固体富勒烯，用环己烷作为洗脱剂，柱层析除去富勒烯，然后用甲苯作为洗脱剂，得到含羧基的水溶性富勒烯；其中：对叠氮基苯甲酸与富勒烯C₆₀的摩尔比为1.1：1-10：1。本发明合成路线如下：

本发明中，所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯或氯萘中任一种。
本发明合成工艺简单，水溶性富勒烯可应用于生物医药和化妆品。
具体实施方式
下述通过实施例进一步说明本发明，但不能限制本发明的内容。
实施例1：对叠氮基苯甲酸的制备
将对氨基苯甲酸溶于10ml的水中，冰水浴中搅拌，逐滴加入6M盐酸10ml，然后逐滴加入亚硝酸钠水溶液，搅拌60min后逐滴加入叠氮钠溶液。过一小时后点板，发现反应已经完毕。用20ml乙酸乙酯萃取，水相再用乙酸乙酯提取三次。混合有机相，水洗两次，用无水硫酸钠干燥，过滤出去硫酸钠，旋蒸得到白色固体对叠氮基苯甲酸。产率98.7％。
实施例2：
称取富勒烯C₆₀100.0mg(0.139mmol)溶于氯苯(3mL)中，向其中加入溶解于3mL甲苯的对叠氮基苯甲酸25.0mg(0.153mmol)，加热到55℃，回流72h后加入甲苯(10mL)后，加热至110℃，回流1小时。旋出溶剂甲苯。得到黄色的固体以及部分未反应的黑色固体富勒烯。用环己烷作为洗脱剂，柱层析除去富勒烯C60，然后用甲苯作为洗脱剂，得到含羧基的水溶性富勒烯55.0mg，产率为45.83％。经¹H NMR测定δ 10.017含有羧基，在δ7.32-7.70证明含有苯环。
实施例3：
称取富勒烯C₆₀8.0mg(0.0111mmol)溶于二甲苯(3mL)中，向其中加入溶解于3mL甲苯的对叠氮基苯甲酸25.0mg(0.153mmol)，加热到55℃，回流72h后加入甲苯(10mL)后，加热至110℃，回流1小时。旋出溶剂甲苯。得到黄色的固体以及部分未反应的黑色固体富勒烯。用环己烷作为洗脱剂，柱层析除去富勒烯C₆₀，然后用甲苯作为洗脱剂，得到含羧基的水溶性富勒烯4.8mg，产率为47.67％。
实施例4：
称取富勒烯C₆₀1.000g(1.39mmol)溶于甲苯(3mL)中，向其中加入溶解于3mL甲苯的对叠氮基苯甲酸0.50g(2.06mmol)，加热到70℃，回流72h后加入甲苯(10mL)后，加热至110℃，回流1小时。旋出溶剂甲苯。得到黄色的固体以及部分未反应的黑色固体富勒烯。用环己烷作为洗脱剂，柱层析除去富勒烯C₆₀，然后用甲苯作为洗脱剂，得到含羧基的水溶性富勒烯0.66g，产率为54.68％。