苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁及其合成方法和应用技术领域
本发明涉及苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁及其合成方法和作为光敏剂在光动力疗
法中的应用，属于生物医药领域。
背景技术
随着生态环境的日益破坏，癌症的种类和发病率日益增高。目前放疗和化疗依然
不能满足治疗癌症的需求，光动力疗法作为新兴的一种肿瘤治疗手段，受到了人们的广泛
关注。光敏剂是肿瘤光动力治疗方法中使用的特定药物，是PDT的核心物质，它直接决定PDT
的疗效和该疗法在临床上的应用和推广。最早用于PDT的光敏剂是血卟啉衍生物（HpD），属
于第1代光敏剂，虽然其在临床上疗效肯定，但由于其存在着组分不明、对红光吸收小、皮肤
光毒反应明显等缺点，从而限制了该项医学新疗法的临床推广。为了克服第1代光敏剂的缺
点，人们从血卟啉出发对其进行优化，开始了第2代光敏剂的研究。研究较多的是卟啉衍生
物、具有取代芳基的卟啉衍生物、酞菁类等，它们均具有单一组分，明确的分子结构、长可见
光区吸收强，且具有高的单线态氧量子产率、在治疗剂量下的副作用小等特点，使得PDT的
基础研究和临床应用才得到广泛的关注。第3代光敏剂研发的主要策略是在第2代光敏剂上
交联某些特殊的化学物质，以提高其水溶性和对肿瘤组织的特异选择性。目前临床应用或
试用的PDT光敏剂受到如下的限制：一是品种不多，只有少数几种，难于满足临床的不同需
求；二是一些光敏剂作用光谱不理想，在组织穿透好的红光区及近红外区吸收较小，使得深
处肿瘤组织的治疗受到限制；三是对肿瘤组织的特异选择性较低，难于实现主动靶向作用。
目前克服上述PDT光敏剂缺点的研究主要集中在对卟啉衍生物、酞菁衍生物的结构修饰上，
而关于新型结构的PDT光敏剂的研究报道几乎没有，因此，开发新型结构的长波长PDT光敏
剂具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是合成一类含π-离域阳离子结构的苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁，
将其作为PDT光敏剂应用于光动力疗法中，测其对SMMC-7721细胞的暗毒性和光毒性，筛选
出具有理想作用光谱、光动力活性强的长波长含氮杂环双D-π-A单阳离子结构类PDT光敏
剂。
本发明实现过程如下：
结构式（I）所示的苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁，
结构式（I）所示的苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁的制备方法，包括以下技术路线：
（1）用2-甲硫基苯并[c,d]吲哚碘盐和3-乙基若单宁反应得苯并[c,d]吲哚零次若丹宁
份菁染料B1；
;
（2）然后将B1与含活性甲基的杂环季铵盐反应得苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁RC1-
RC5；
。
上述步骤（1）中，B1合成反应所用溶剂为乙醇，催化剂为醋酸钠。
上述步骤（2）中，苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁RC1-RC5的合成反应所用溶剂为N,
N-二甲基甲酰胺(DMF)，催化剂为三乙胺。
上述步骤（2）中，反应结束后，对于产物RC1用索氏提取法进行提纯，其余产物RC2-
RC5首先用石油醚索氏提取杂质，再用柱色谱分离。
结构式（I）所示的苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁作为光敏剂在光动力疗法中的应
用，本发明利用制备的苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁作为光敏剂，作用于SMMC-7721细胞，通
过研究其暗毒性和光毒性，以及探讨光毒性与浓度之间的关系，筛选出具有特殊光敏作用
的染料以及作为光敏剂时的最佳浓度。
具体来说，将结构式（1）所示化合物作用于SMMC-7721细胞，研究其不同浓度下的
暗毒性和光毒性。发现RC1和RC2对SMMC-7721细胞没有毒性或细胞毒性极低，即呈现出很低
的暗毒性。而光照下RC1和RC2对SMMC-7721细胞有明显的光毒性。例如，当光照下在RC2浓度
为2.5×10-6 mol/L时，SMMC-7721细胞的生长抑制率达到了78%。
可见，苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁可以作为光敏剂应用在光动力疗法中，效果显
著。苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁带一个单位正电荷，并具有两种不同的π共轭体系，一种是
中性基团（亲脂性结构），一种是单阳离子型基团（亲水性结构）。由于大部分肿瘤细胞表面
带净负电荷，因此，带正电荷的阳离子结构基元能有效地富集到肿瘤细胞上、并能穿过细胞
膜进入到肿瘤细胞内，具有肿瘤细胞靶向性。由于肿瘤细胞比正常细胞具有更多的低密度
脂蛋白受体，所以苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁中的亲脂性部分易于附着在低密度脂蛋白
上，即易在肿瘤组织上聚集；亲水性的结构能够通过白蛋白和血清蛋白的运输，聚集在肿瘤
的间质和血管组织里，因此，苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁结构对肿瘤细胞具有靶向作用。
若丹宁核是一个生物活性中心，结构易于修饰，被比喻为合成上的建筑块。它具有
亲电性和亲核性双重功能，在一定条件下既可以与亲核基团反应，又可以与亲电基团反应，
形成具有两种不同π共轭体系的单阳离子结构。因此，结构式（1）所示结构具有摩尔吸光系
数大、波长可调谐范围广及光敏化能力强等特征。
本发明首次合成苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁，并将其作为光敏剂研究其在光动
力疗法中的应用。该合成方法适用合成一系列苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁，实验操作简单
明了，产物产率较高，并将其作用于人体肝癌细胞系(SMMC-7721)，测试其暗毒性和光毒性，
实验结果表明：两种苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁RC1和RC2对SMMC-7721细胞没有毒性或细
胞毒性极低，即呈现出很低的暗毒性。而光照下RC1和RC2对SMMC-7721细胞有明显的光毒
性。该类若丹复合份菁可成为潜在的光敏剂应用在PDT领域。
说明书附图
图1为细胞在不同浓度染料下（RC1）不光照和经光照时的存活率；
图2为细胞在不同浓度染料下（RC2）不光照和经光照时的存活率；
图3为细胞在不同浓度染料下（RC3）不光照和经光照时的存活率；
图4为细胞在不同浓度染料下（RC4）不光照和经光照时的存活率；
图5为细胞在不同浓度染料下（RC5）不光照和经光照时的存活率。
具体实施方式
通过下述实施例将有助于本发明，但并不限制本发明的内容。
表1为不同浓度下染料RC1-RC5对SMMC-7721细胞的毒性（暗毒性）数据。其中，细胞
存活率指的是细胞平均存活率，存活率越高，说明染料对细胞的暗毒性越低，反之，说明染
料对细胞的暗毒性越高。
表2为光照下不同浓度染料RC1-RC5对SMMC-7721细胞的抑制率。抑制率越高，说明
染料对细胞的光毒性越大，反之，说明染料对细胞的光毒性越小。
实施例1：3-乙基-5-(苯并[c,d]吲哚-2(1H)-亚基)-2-硫代-1,3-噻唑烷-4-酮B1的合
成
在干燥的圆底烧瓶中依次加入3.27g（0.01mol）2-甲硫基苯并[c,d]吲哚碘盐、1.61g
（0.01mol）3-乙基若丹宁、0.66g（0.01mol）NaAc和30.0mL无水乙醇，回流反应2 h，冷却后，
有红棕色沉淀析出，抽滤，干燥，用甲苯进行重结晶，得到红棕色粉末状产物B1 2.03g，产率
为65.1%，其熔点为238-239℃。
实施例2：2-[3-乙基-5-(苯并[c,d]吲哚-2(1H)-亚基)-4-羰基-1,3-噻唑烷-2-亚
基甲基]-3-甲基苯并噻唑碘盐RC1的合成
在干燥的圆底烧瓶中依次加入0.31g（0.001mol）B1、0.60g（0.003mol）对甲苯磺酸甲
酯、0.30g（0.001mol）2,3-二甲基苯并噻唑碘盐和15.0mL的N，N-二甲基甲酰胺，滴入几滴三
乙胺作为催化剂，在130℃反应1 h，反应液由红棕色变为紫红色，冷却，析出沉淀，抽滤，干
燥，用乙醇索氏提取产品，得紫红色有金属光泽的粉末状固体RC1 0.22g，产率为38.5%，其
熔点为288-290℃。
RC1：UV-vis (MeOH) λmax: 575.0 nm, ε: 1.22×105 L·mol-1·cm-1.1H NMR
(DMSO-d6, 400 MHz) δ (ppm): 1.33 (t, 3H, J = 8.0 Hz, CH2CH3), 4.13 (s, 3H, N-
CH3), 4.28 (q, 2H, J = 6.4 Hz, CH2CH3), 6.88 (s, 1H, =CH-), 7.10 (d, 1H, J =
7.2 Hz, ArH), 7.40-7.48 (m, 2H, ArH), 7.60-7.64 (m, 3H, ArH), 7.78 (b, 1H,
ArH), 8.00 (b, 1H, ArH), 8.25 (b, 2H, ArH), 11.92 (b, 1H, NH). IR (KBr) υ:
3443 (s, υNH), 3076 (w, υ=CH), 2925 (w, υCH), 1744, 1661, 1585 (s, υC=C, υC=N),
1521 (s,υC=O), 1189 (m, δCH), 816, 755, 677 (w, δ=CH) cm-1. HRMS (ESI)
calculated for C25H 20N3OS2+: 442.1042, found: 442.1028.
实施例3：10-[3-乙基-5-(苯并[c,d]吲哚-2(1H)-亚基)-4-羰基-1,3-噻唑烷-2-亚基
甲基]-9-甲基吖啶碘盐RC2的合成
在干燥的圆底烧瓶中依次加入0.31g（0.001mol）B1、0.60g（0.003mol）对甲苯磺酸甲
酯、0.34g（0.001mol）9,10-二甲基吖啶碘盐和10.0mL的N，N-二甲基甲酰胺，滴入几滴三乙
胺作为催化剂，在130℃反应2 h，反应液由红棕色变为艳红色，冷却，析出沉淀，抽滤，干燥，
用石油醚索氏提取杂质，再用柱色谱分离（石油醚：乙酸乙酯=5:1），得棕黑色有金属光泽的
粉末状固体RC2 0.22g，产率为36.1%，其熔点为152-154℃。
RC2：UV-vis (MeOH) λmax: 668.5 nm, ε: 4.72×103 L·mol-1·cm-1. 1H NMR
(DMSO-d6, 400 MHz) δ (ppm): 1.84 (s, 3H, CH2CH3), 3.77 (q, 2H, J = 8.0 Hz,
CH2CH3), 4.22 (s, 3H, N-CH3), 6.40 (s, 1H, =CH-), 7.11 (d, 3H, J =8.0 Hz,
ArH), 7.21-7.25 (m, 4H, ArH), 7.34 (b, 2H, ArH), 7.82-7.86 (m, 2H, ArH), 7.98
(d, 1H, J =8.0 Hz, ArH), 8.18 (b, 1H, ArH), 8.38 (d, 1H, J =8.0 Hz, ArH),
9.28 (b, 1H, NH). IR (KBr) υ: 3388 (s, υNH), 3084 (w, υ=CH), 2925 (w, υCH),
1727 1658, 1594 (s, υC=C, υC=N), 1506 (s,υC=O), 1263, 1197, 1078 (s, υC-N, δCH),
865, 808, 754, 686 (w, δ=CH) cm-1. HRMS (ESI) calculated for C31H 24N3OS+:
486.1635, found: 486.1656.
实施例4：2-[3-乙基-5-(苯并[c,d]吲哚-2(1H)-亚基)-4-羰基-1,3-噻唑烷-2-亚基甲
基]-苯并[cd]吲哚高氯酸盐RC3的合成
在干燥的圆底烧瓶中依次加入0.31g（0.001mol）B1、0.60g（0.003mol）对甲苯磺酸甲
酯、0.27g（0.001mol）2-甲基苯并[c,d]吲哚高氯酸盐和10.0mL的N,N-二甲基甲酰胺，滴入
几滴三乙胺作为催化剂，在130℃反应2 h，反应液由红棕色变为淡黄色，冷却，析出沉淀，抽
滤，干燥，用石油醚索氏提取杂质，再用柱色谱分离（石油醚：乙酸乙酯=10:1），得棕黑色有
金属光泽的粉末状固体RC3 0.12g，产率为21.8%，其熔点为193-195℃。
RC3：UV-vis (MeOH) λmax: 590.5 nm, ε: 4.48×103 L·mol-1·cm-1. 1H NMR
(DMSO-d6, 400 MHz) δ (ppm): 1.64 (t, 3H, J = 8.0 Hz, CH2CH3), 4.21-4.24 (m,
2H, CH2CH3), 5.32 (s, 1H, =CH-), 7.11-7.13 (m, 3H, ArH), 7.48-7.50 (m, 3H,
ArH), 7.67-7.68 (m, 3H, ArH), 7.77 (b, 1H, ArH), 8.10 (d, 1H, J =8.0 Hz,
ArH), 8.41 (d, 1H, J = 8.0 Hz, ArH). IR (KBr) υ: 3421 (s, υNH), 2925 (w, υCH),
3070 (w, υ=CH), 1729, 1646 (s, υC=C, υC=N), 1558 (s,υC=O), 1459, 1388 (m,δCH, δNH),
1282, 1193, 1126, 1018 (s, υC-N, δCH), 809, 744, 682 (w, δ=CH) cm-1. HRMS (ESI)
calculated for C28H 20N3OS+: 446.1322, found: 446.1326.
实施例5：2-[3-乙基-5-(苯并[c,d]吲哚-2(1H)-亚基)-4-羰基-1,3-噻唑烷-2-亚基甲
基]-1-甲基喹啉碘盐RC4的合成
在干燥的圆底烧瓶中依次加入0.31g（0.001mol）的B1、0.60g（0.003mol）对甲苯磺酸甲
酯、0.29g（0.001mol）1,2-二甲基喹啉碘盐和10.0mL的N，N-二甲基甲酰胺，滴入几滴三乙胺
作为催化剂，在138℃反应2h，反应液由红棕色变为深紫色，冷却，析出沉淀，抽滤，干燥，用
石油醚索氏提取杂质，再柱色谱分离（洗脱剂：二氯甲烷：甲醇=20:1梯度洗脱），得紫黑色有
金属光泽的粉末状固体RC4 0.23g，产率为41.1%，其熔点为185-186℃。
RC4：UV-vis (MeOH) λmax: 596.0 nm, ε: 3.76×104 L·mol-1·cm-1. 1H NMR
(DMSO-d6, 400 MHz) δ(ppm): 1.36 (t, 3H, J = 8.0 Hz, CH2CH3), 4.25 (q, 2H, J =
8.0 Hz, CH2CH3), 4.35 (s, 3H, N-CH3), 6.57 (s, 1H, =CH-), 7.11 (d, 1H, J =8.0
Hz, ArH), 7.35 (d, 1H, J =8.0 Hz, ArH), 7.46 (b, 1H, ArH), 7.91 (d, 1H, J =
8.0 Hz, ArH), 7.95 (b, 1H, ArH), 7.77 (b, 1H, ArH), 8.16 (b, 1H, ArH), 8.20
(d, 1H, J =8.0 Hz, ArH), 8.29 (d, 1H, J =8.0Hz, ArH), 8.40 (b, 1H, ArH), 8.46
(d, 1H, J =8.0Hz, ArH), 9.46 (d, 1H, J =8.0 Hz, ArH), 11.67 (b, 1H, NH). IR
(KBr) υ: 3421 (s, υNH), 3108 (w, υ=CH, υArH),2925 (w, υCH), 1729, 1662, 1598 (s,
υC=C, υC=N), 1517 (s,υC=O), 1461, 1355 (m,δCH, δNH), 1267, 1199, 1132, 1070 (s,
υC-N, δCH), 815, 744, 686 (w, δ=CH) cm-1. HRMS (ESI) calculated for C27H 22N3OS+:
436.1478, found: 436.1486.
实施例6：4-[3-乙基-5-(苯并[c,d]吲哚-2(1H)-亚基)-4-羰基-1,3-噻唑烷-2-亚基甲
基]-1-甲基喹啉碘盐RC5的合成
在干燥的圆底烧瓶中依次加入0.31g（0.001mol）B1、0.60g（0.003mol）对甲苯磺酸甲
酯、0.29g（0.001mol）1,4-二甲基喹啉碘盐（A10）和10.0mL的N，N-二甲基甲酰胺，滴入几滴
三乙胺作为催化剂，在138℃反应2h，反应液由红棕色变为深紫色，冷却，析出沉淀，抽滤，干
燥，用石油醚索氏提取杂质，再柱色谱分离进行纯化（洗脱剂：从二氯甲烷：甲醇=20:1梯度
洗脱），得紫黑色有金属光泽的粉末状固体RC5 0.20g，产率为35.7%，其熔点为228-229℃。
RC5：UV-vis (MeOH) λmax: 611.0 nm, ε: 6.81×104 L·mol-1·cm-1. 1H NMR
(DMSO-d6, 400 MHz) δ(ppm): 1.35 (b, 3H, CH2CH3), 2.28-2.51 (m, 2H, CH2CH3),
4.38 (s, 3H, N-CH3), 7.28 (s, 1H, =CH–), 7.05-7.12 (m, 2H, ArH), 7.49-7.53
(m, 3H, ArH), 7.86 (b, 2H, ArH), 8.10-8.16 (m, 3H, ArH), 8.77-8.84 (m, 2H,
ArH), 11.59 (b, 1H, NH). IR (KBr) υ: 3421 (s, υNH), 3029 (w, υ=CH), 2921 (w,
υCH), 1725, 1654, 1596 (s, υC=C, υC=N), 1527 (s,υC=O), 1440, 1374 (m,δCH, δNH),
1311, 1195, 1085, 1010 (s, υC-N, δCH), 890, 809, 746, 680 (w, δ=CH) cm-1. HRMS
(ESI) calculated for C27H 22N3OS+: 436.1478, found: 436.1482.
实施例7：苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁的光动力活性测定
（1）苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁的暗毒性测定
取干粉RPMI 1640培养基一包，将其溶解于800 mL蒸馏水中，搅拌溶解，加入2g NaHCO3
后，调节溶液的pH为7.4，然后定容至1000 mL。过滤除菌，分装，在4℃温度下保存。使用时与
血清以及青霉素、链霉素溶液混合均匀，即可得到含10%胎牛血清的完全RPMI l640培养基。
将SMMC-7721细胞消化于含10%胎牛血清的RPMI-1640培养液（pH7.0-7.4）中，在恒
温培养箱中37℃、5%CO2及90%湿度条件下进行传代培养。用MTT法分析染料对细胞的毒性，
将1×10-3 mol/L染料储存液，以RPMI 1640培养液稀释成工作液，对照组为含0.1% DMSO的
RPMI 1640培养液。取对数生长期细胞，接种于96孔板上，每孔200 μL RPMI-1640培养基，放
置于恒温培养箱中，在37℃、5%CO2及90%湿度条件下培养24 h，待细胞贴壁后，更换培养液
（198μL/孔），然后实验各组分别加入2 μL不同浓度染料RC1-RC5的DMSO溶液，使得每个浓度
梯度的最终物质的量浓度分别为3.12×10-7、6.25×10-7、1.25×10-6、2.50×10-6、5.00×
10-6、1.00×10-5mol/L；同时设空白对照孔（只加培养液），其中每个浓度设3个平行孔。将其
培养24 h后，每孔加入20 μL 5 mg/mL的MTT溶液，然后将其放回培养箱继续培养4h，最后，
小心吸取上层清液，加入150 μL的DMSO，在微量振荡器上振荡10-15 min，再用酶标仪读出
各孔在490 nm处的吸光度A值，实验重复3次，用公式1.1计算细胞存活率，将所测的吸光度
值进行方差分析。实验结果见表1和图1。
细胞存活率 = 实验组A值/对照组A值*100% （1.1）
（2）苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁的光动力（光毒性）测定
同上所述细胞毒性测试实验步骤中的细胞培养方法。取对数生长期细胞，接种于96孔
板上，每孔200 μL RPMI-1640培养基，放置于恒温培养箱中，在37℃、5%CO2及90%湿度条件
下培养24 h，待细胞贴壁后，更换培养液（198μL/孔），然后实验各组分别加入2 μL不同浓度
染料RC1-RC5的DMSO溶液，使得每个浓度梯度的最终物质的量浓度分别为3.12×10-7、6.25
×10-7、1.25×10-6、2.50×10-6、5.00×10-6、1.00×10-5mol/L；同时每一种染料设置空白对
照组，每个处理组设置3个平行孔。染料添加完毕后将96孔板置于恒温培养箱中培养4 h后，
用波长范围为400-800nm的氙灯照射（强度为350 mW/cm2，功率为105 J/cm2，每孔照射5
min），照射后继续孵育20 h，更换培养液（180μL/孔）。然后每孔加入新制的0.5%MTT溶液20
μL，继续在恒温培养箱中培养4 h。吸弃上层清液，每孔加入150 μL DMSO，震荡10 min后，用
酶标仪测定490 nm处吸光度（A）值。按公式（1.2）计算细胞抑制率。实验重复3次即可得到染
料的光毒性实验数据。实验结果见表2和图1。
细胞抑制率 =（1-实验组A值/对照组A值）×100% （1.2）
（3）苯并[c,d]吲哚若丹复合份菁的光动力活性分析
从表1可以看出：染料RC1，RC2和RC4浓度为2.5×10-6mol/L时，细胞的存活率均在90%
以上，说明其对SMMC-7721细胞有极低的毒性，即几乎没有暗毒性。而染料RC3和RC5浓度为
1.00×10-5mol/L，细胞的存活率在58%以上，说明其对SMMC-7721细胞有轻微的细胞毒性。
从表2对照组数据可以看出，单纯的光照并不能杀伤肝癌SMMC-7721细胞。在无光
照时，染料RC1，RC2和RC4对SMMC-7721细胞没有毒性，或细胞毒性极低（细胞存活率在浓度
为2.5×10-6mol/L时均大于90％），即呈现出很低的暗毒性。光照下RC1，RC2和RC4对SMMC-
7721细胞有明显的光毒性。当RC2浓度为2.5×10-6 mol/L时，无光照时细胞存活率为92%，光
照时细胞的生长抑制率达到了78%。染料浓度为5.0×10-6mol/L时，RC1无光照时细胞存活率
为92%，光照时细胞抑制率为72%；染料浓度为2.5×10-6mol/L时，RC3无光照时细胞存活率为
87%，光照时细胞抑制率为70%；染料浓度为5.0×10-6mol/L时，RC4无光照时细胞存活率为
74%，光照时细胞抑制率为66%；染料浓度为5.0×10-6mol/L时，RC5无光照时细胞存活率为
64%，光照时细胞抑制率为74%。可见染料RC1和RC2的光动力活性较为优良。该类若丹复合份
菁可作为潜在的光敏剂应用在PDT领域。