全 文 ：致谢　本工作为国家自然科学基金(批准号:19471070)和浙江省自然科学基金资助项目.
参　考　文　献
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(1998-04-16收稿 , 1999-09-07收修改稿)
竹红菌素衍生物在缺氧条件下的光化学
何玉英　安静仪　蒋丽金＊
(中国科学院感光化学研究所 ,北京 100101.＊联系人)
摘要　为了改善竹红菌素的红光吸收特性和亲水性 ,合成了一系列竹红菌乙素的衍生物.利
用顺磁共振(EPR)和吸收光谱法研究了竹红菌乙素衍生物在缺氧条件下的光化学反应.在光
照下 ,所有衍生物都能通过自身电子转移反应生成半醌负离子自由基 ,生成效率和谱图精细结
构与衍生物的结构有关.在电子给体存在时 ,由电子给体向竹红菌乙素衍生物的电子转移增
强了相应半醌负离子自由基的生成效率 ,而且还可用吸收光谱法检测到负离子自由基和氢醌
的生成.结构修饰对竹红菌乙素衍生物半醌负离子自由基和氢醌的吸收峰位影响很小 ,但对
它们的生成效率却有着明显的影响.
关键词　竹红菌乙素衍生物　半醌负离子自由基　氢醌　顺磁共振(EPR)　吸收光谱
光动力疗法(photodynamic therapy , 简称 PDT)是一种治疗肿瘤和癌症的新型疗法[ 1] .选择
性的光敏剂和与光敏剂相匹配的强光源是光动力疗法的两个关键因素;尤其是光敏剂 ,它一直
是PDT 研究的核心问题.现在 ,世界上被批准使用的只有Photofrin Ⅱ®.但它有很多限制和不
足.首先 ,它是一种复杂的混和物 ,难以提纯出单一的活性组分;其次 ,其体内代谢慢 ,易引起
长时间的皮肤光敏作用;其在红光部分的吸收较弱.这些不利因素使光疗研究人员开始研究
和开发第二代光敏剂 ,其中 ,苯并卟啉 、卟吩 、二氢卟吩 、内源卟啉 、酞菁和萘酞菁 、亚甲基蓝 、金
丝桃蒽酮和竹红菌素等被认为是有潜力的光疗药物[ 2 ,3] .
竹红菌素(hypocrellin)是从盛产于我国云南的箭竹寄生真菌———竹红菌中提取的具有两
个主要组分(竹红菌甲素和乙素)的光敏色素.对这种我国特有光敏剂的研究始于我国 ,其光
物理 、光化学和光生物性质已得到广泛的研究[ 4 , 5] .竹红菌素和卟啉及酞菁的一个差别就在于
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第44卷　第 22期 科学通报 1999年11月
简报
竹红菌素的光动力作用不仅涉及到类型 Ⅰ反应机制(自由基机制)和类型Ⅱ反应机制(单重态
氧机制), 而且在缺氧条件下能用顺磁共振(electronic paramagnetic resonance , 简称 EPR)方法检
测到强的竹红菌素半醌负离子自由基的 EPR信号.竹红菌甲素和乙素在苯中的单重态氧量子
产率分别为0.81和0.76[ 6] .在光照条件下 , 竹红菌甲素和乙素还能够通过自身电子转移生成
半醌负离子自由基和半醌正离子自由基 , 但由于正离子自由基的高氧化性而使其稳定性很
低 , 因而难于检测.在缺氧条件下 ,负离子自由基可用 EPR方法检测到相应的 EPR光谱[ 7 ,8] .
在电子给体的存在下 , 甲素和乙素在缺氧有机溶剂-缓冲溶液体系中还能和电子给体反应 , 在
生成半醌负离子自由基后继续反应生成氢醌 , 并可用吸收光谱法检测到[ 8] .最近的研究表
明 ,竹红菌素具有很好的抗病毒作用[ 9 ,10]和对恶性肿瘤细胞的杀伤作用[ 11] ,证明了竹红菌素
是一种具有潜在应用前景的光敏剂.
但竹红菌素本身 ,包括竹红菌甲素(hypocrellin A ,简称HA)和竹红菌乙素(hypocrellin B , 简
称HB),都是脂溶性物质 , 在光疗窗口(600 ～ 900 nm)的吸收不够强 ,影响了其在临床上的应
用.为了提高竹红菌素在红光部分的吸收 ,改善其两亲性 ,我们合成了一系列竹红菌乙素的衍
生物(见图 1).这些衍生物的红光吸收和两亲性都有所提高.但经化学修饰后得到的光敏剂
发(或助)色团已发生改变 , 所以有必要详细研究其光动力作用 , 并研究光动力作用与结构的
关系.EPR和分光光谱法是常用的方法.本文将报道这些衍生物在缺氧条件下发生的光化学
反应 ,用 EPR和吸收光谱法检测了半醌自由基和氢醌的生成 ,并与竹红菌乙素做了比较.
1　材料与方法
　　(ⅰ)材料.　竹红菌甲素从竹红菌中提取 , 用丙酮重结晶两次.竹红菌乙素按文献[ 12]
的方法制备.竹红菌乙素衍生物(图 1中的化合物 1 ～ 8)按照已发表的方法制备[ 7 , 13 ,14] .5 ,5-
二甲基-1-吡咯啉-氮-氧化物(DMPO)购于 Aldrich 化学品公司;超氧化物歧化酶(SOD)、α-还原
型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、半胱氨酸 、还原型谷胱甘肽 、巯基乙酸 、巯基乙醇 、磺酸钠购
于中国科学院百泰技术公司.所用溶剂为分析纯 , 购于北京化工厂.水为二次蒸馏水.所用
缓冲溶液为:磷酸缓冲溶液(pH=8.5), NaOH-Na2HPO4 缓冲溶液(pH=11.0).DMSO 为二甲
基亚砜.
(ⅱ)EPR方法.　EPR 光谱用 Bruker ESP300 光谱仪在室温下测定.所用微波功率为
8 mW ;调制幅度为 8×10-6 T , 接收器增益为 1×105.光诱导的 EPR光谱用 EPR分析专用的
石英毛细管内注射 40 μL 待测样品测量.待测样品用如下方法除氧:将 2 mL样品置入长颈液
槽 , 然后用胶塞密封 , 用针头向置于暗处的液槽充氩气 30 min.所用光源为 532 nm YAG-900
激光(Spectro-Physics Laser , MT.VIEW , USA);用辐射计(Model 65A , Yellow Springs , OH , USA)
测得光照强度为 100 mW/cm2 , 光照剂量为 20 J/cm2 .为比较竹红菌乙素及其衍生物产生半醌
负离子自由基和氢醌的效率 , 将所有光敏剂在 532 nm 处的吸收调至与乙素一致.
(ⅲ)吸收光谱法.　吸收光谱用 HP 8541A 分光光谱仪(Hewlett-Packard Co., Palo Alto ,
CA)记录.在还原剂存在下 , 光敏剂在有机溶剂-缓冲溶液体系中的吸收光谱变化可用来检测
光敏剂的光还原反应及反应中间体的生成.
2　结果与讨论
　　图1为竹红菌甲素(A)、竹红菌乙素(B)及所合成的乙素衍生物(1 ～ 8).这些衍生物为半
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图 1　竹红菌乙素及其衍生物的化学结构
胱氨一取代环合的乙素(1)、半胱氨二取代环合的乙素(2)、半胱氨酸一取代环合的乙素(3)、半
胱氨酸钠二取代环合的乙素(4)、5位巯基乙酸一取代的乙素(5)、5 ,8位巯基乙酸二取代的乙
素(6)、5 ,8位巯基乙醇二取代的乙素(7)和 5 , 8位巯基乙醇葡萄糖二取代的乙素(8).这些衍
生物在红光部分的吸收都有所增强(见表 1), 尤其是化合物 1 ～ 4 , 其中化合物 2和 4的吸收
已红移至 684 nm.而且由于—OH , —COOH , —COONa和葡萄糖基的引入 ,使所得到的衍生物
的亲水性提高 , 其中化合物 4 ,6和 8已完全能够溶解在水中.
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表 1　竹红菌乙素及其衍生物的吸收光谱数据
化合物 λmax(logε)
B 464(4.34), 554 (4.07), 590 (4.03)
1 532(4.25), 598 (4.03), 652 (4.06)
2 580(4.13), 684(3.95)
3 532(4.24), 598 (4.03), 652 (4.06)
4 580(4.02), 684(3.95)
5 490(4.32), 580(4.04)
6 512 (4.27)
7 514 (4.28)
8 512 (4.26)
2.1　EPR方法检测半醌负离子自由基的生成
光照乙素衍生物的 DMSO除氧溶液(1 mmol/L), 可检测到强的 EPR信号(图 2).由于化
合物 1和3 ,化合物2和 4 ,化合物 6和7及 8分别具有相同的发色团和助色团 , 因而具有相同
的 EPR光谱.
图 2　光照竹红菌乙素及其衍生物的缺氧 DMSO 溶液所检测到的 EPR信号
信号 B对应于乙素(HB), 1～ 8分别对应于图 1中的化合物 1～ 8.EPR设备参数:微波功率 8 mW ,调制幅度
8×10-6 T ,接受器增益为 1×105
这些 EPR信号有着相似的变化规律和趋势.它们都随着光照时间的延长而增强 , 在暗处
放置时逐渐减弱.增大衍生物的浓度使 EPR信号增强.光照和浓度依赖性表明 ,这些 EPR信
号可能是由于长寿命的激发三重态光敏剂与基态光敏剂的电子转移而生成的[ 8] (式(1)和式
(2)).
S
hν 1S isc 3S (1)
3S +S S·-+S·+ (2)
式中 S代表光敏剂 , 即乙素衍生物.为了证明所检测到的 EPR信号是负离子自由基还是正离
子自由基 , 我们进行了一系列实验.
(1)在电子给体 NADH的存在下 ,光照缺氧的衍生物溶液所产生的 EPR信号与无电子给
体时的 EPR信号相似 , 但信号强度大大增强.所有衍生物均呈现出这一趋势.这是由于更易
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图 3　在衍生物的缺氧 DMSO 溶液光照 2 min 后
加入 DMPO 和通入氧气所检测到的 EPR光谱
EPR设备参数:微波功率 8 mW ,调制幅度 1×10-4 T ,
接收器增益为 1×105
于发生的由电子给体向衍生物激发三重态的电
子转移所致(式(3)).
3
S +D S·-+D·+ (3)
式中 D 代表电子给体.其他电子给体的加入 ,
如半胱氨酸 、还原型谷胱甘肽 、巯基乙酸 、巯基
乙醇 、磺酸钠 , 也产生同样的结果.这初步说明
了所检测到的 EPR信号物种的负电性.
(2)在光照后的缺氧溶液中通入氧气 , 所
检测到的图 2中的 EPR信号则不断减弱 , 直至
最后消失.若同时加入DMPO , 则可检测到一个
新的 EPR信号(图 3).该信号可被 SOD猝灭 ,
说明该 EPR信号属于 DMPO-O2(H), 这是由于
缺氧条件下生成的负离子自由基与通入的氧气
反应 , 生成超氧负离子自由基的缘故(式(4)),
这进一步说明了图 2中所示的 EPR信号来自于所生成的半醌负离子自由基 , 而不是半醌正离
子自由基.
S
·-+O2 S +O2·- (4)
　　以上的实验证实了 EPR所检测到的信号来自于半醌负离子自由基(S·-), 而不是正离子
自由基(S·+).
将乙素衍生物的 EPR光谱和乙素本身的 EPR光谱相比较 , 化合物 1和 3具有很好的精细
结构 , 而其他化合物的 EPR光谱则因结构修饰而失去了精细结构.同时 , 为了比较乙素及其
衍生物半醌负离子自由基的产生效率 ,我们将乙素的浓度调为 1 mmol/L , 乙素衍生物(化合物
1 ～ 8)的浓度调整到使其在 532 nm 处的吸收与乙素相同 , 测定其 EPR信号产生的强度 , 测定
结果列于表2(其中以乙素为标准 , 设为 100%).由表 2可见 , 巯基化使得到的衍生物生成负
离子自由基的能力大大增强 , 且巯基化程度越大 , 其效率越高;二巯基化衍生物(化合物 6 ～
8)负离子自由基的生成效率已达到乙素的 3倍左右 , 即使在氧气饱和条件下 , 光照仍能检测
到EPR信号.而乙素 4位 C N 取代 C O 后则使负离子自由基的生成效率大大降低 , 化
合物 1和3的效率只有乙素的三分之一左右 , 很明显 C N 取代对生成效率的抑制作用抵消
了巯基化的增强作用.但化合物 2和 4呈现出和二巯基化相近的生成效率 , 说明 C—NH 对
C —OH取代的影响较小 , 无法和巯基化的影响相竞争.这些结果表明竹红菌素衍生物的类型
Ⅰ反应受衍生物结构的影响.当然 , 其他环境因素 , 如反应介质 、氧含量 、底物的存在及光敏
剂的浓度等也明显影响类型Ⅰ反应.
表 2　竹红菌乙素及其衍生物半醌负离子自由基的产生效率比较
化合物 B 1 2 3 4 5 6 7 8
效率/ % 100 36 280 32 290 190 275 286 295
2.2　吸收光谱法检测半醌负离子自由基和氢醌的生成
由于化合物1和 3 ,2和 4 ,6和7及8分别具有相同的发色团及相似的吸收光谱;而 5和 6
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等的吸收光谱相比峰形相似 ,只是峰位蓝移;所以分别以 1 ,2和 6为代表来进行研究.
图 4　光照缺氧的竹红菌乙素衍生物和 NADH 的 DMSO-缓冲溶液(体积比 1∶1 , pH=8.5)时
体系的吸收光谱变化
(a)和(b)对应于化合物 1(或 3), 光照时间为(a):0 , 20 , 40 , 60 , 80 , 120 s;(b):120, 180 , 300 , 600 , 900 s;
(c)和(d)对应于化合物 2(或 4), 光照时间为(c):0 , 20, 40 , 60 s;(d):60 , 120 , 180 , 300 , 600 s;(e)和(f)对
应于化合物 6(或 7 , 8), 光照时间为(e):0, 10 , 20 , 40 , 60 s;(f):60, 120 , 180 , 300 , 600 s .箭头标明了吸
收光谱的变化方向
光照缺氧的含有乙素衍生物和 NADH的DMSO-缓冲溶液(体积比 1∶1 , pH=8.5), 溶液的
吸收光谱都发生了明显的变化(图 4).图 4中记录的吸收光谱变化都反映出相似的趋势:即
在开始光照时 , 衍生物本身的吸收下降 , 随之在 620 ～ 640 nm间出现新的吸收峰(图 4(a),
(c),(e)), 同时体系的颜色变成绿色.这个新的吸收峰在通入氧气后消失 ,又回到衍生物的吸
收光谱.这说明新吸收峰来自于乙素衍生物的一个还原型中间体.这些现象都与乙素的研究
结果相似[ 7] , 说明新生成的还原型中间体为相应的负离子自由基.继续光照后 , 620 ～ 640 nm
处的吸收峰逐渐下降 , 在500 ～ 520 nm间又出现了一个新的吸收峰(图 4(b),(d),(f)), 同时
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溶液的颜色变成粉橙色.通入氧气后 ,这个新吸收峰也逐渐下降 , 并最后回复到乙素衍生物
本身的光谱 , 说明新生成的物种也是衍生物的还原型中间体 , 而且是继半醌负离子自由基后
进一步还原得到的产物 , 即氢醌.乙素相似的光还原现象更好地证明了上面的推论[ 7] .氢醌
的生成可能源于两种途径:负离子自由基的歧化反应(式(5))和负离子自由基与溶液中的电
子给体的电子转移反应(式(6)).
S·-+S·- H+ SH2 +S (5)
S·-+D H+ SH2 +D·+ (6)
当反应介质的 pH 值增加到11.0时 , 化合物1(或 3)和化合物 2(或4)的吸收光谱变化与pH=
8.5时光谱相似 , 只是反应速度快一倍左右;而化合物 6(或 7 , 8)的吸收光谱变化(图 5)则不
同于 pH=8.5时的情形(图 4(e)、(f)).随着光照的进行 , 衍生物本身的吸收下降 , 在 500 ～
520 nm处出现了新的吸收峰 , 同时体系的颜色变成粉橙色.通入氧气后 , 该吸收峰逐渐消失 ,
并回到衍生物本身的吸收光谱.根据前面的推测可知 , 这个粉橙色的新物种是衍生物的还原
产物 , 氢醌.与 pH=8.5时情况不同的是没有观察到半醌负离子自由基的吸收光谱.这可能
是由于 pH值的增高 ,负离子自由基的稳定性下降的缘故[ 15] .而化合物 1(或3)和化合物 2(或
4)由于 4或/和 9位上N对O的取代 , 使相应的负离子自由基对 pH值变化较不敏感所致 , 因
而仍能观察到负离子自由基的吸收光谱.
图 5　光照缺氧的化合物 6(或 7 , 8)和 NADH 的
DMSO-缓冲溶液(体积比 1∶1 , pH=11.0)时体系的
吸收光谱变化
光照时间为 0 , 5 , 10 , 20, 40 , 70 , 130 s.箭头标明了
吸收光谱的变化方向
由图 4和图 5的结果还可以看出 , 尽
管所得到的半醌负离子自由基和氢醌的吸
收光谱的峰形不同 , 但它们都具有相近的
吸收峰位 , 说明发生光还原后生成的产物
的吸收特性更趋于一致 , 与其母体乙素的
还原产物的结果相近.此外 , 化合物 1和 3
的半醌负离子自由基的生成要比乙素慢 ,
而化合物 6 ～ 8则要比乙素快得多.这与
EPR的研究结果是一致的.
总而言之 , EPR和吸收光谱法的研究
表明 ,在缺氧条件下 , 竹红菌乙素衍生物都
能发生光诱导的电子转移反应 , 生成半醌
负离子自由基 , 而它又是有氧时超氧负离
子自由基和羟基自由基的前体.在还原剂
的存在下 , 衍生物生成负离子自由基的能力大大增强 , 同时还可在 DMSO-缓冲溶液体系中用
吸收光谱检测到负离子自由基和氢醌的生成.经结构修饰得到的乙素衍生物的分子结构影响
其吸收峰位和类型Ⅰ反应的效率 , 但对相应的负离子自由基和氢醌的吸收峰位影响不大.
致谢　本工作为国家自然科学基金(批准号:39830090)资助项目.
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(1999-05-28收稿 , 1999-08-20收修改稿)
新手性 3-氯-2(5H)-呋喃酮的合成
及其不对称反应的研究
黄 慧＊　陈庆华
(北京师范大学化学系 , 北京 100875.＊访问学者 ,吉林通化师范学院化学系 ,通化 134002. 联系人)
摘要　研究了新的手性合成子 , 5-(l-孟氧基)-3-氯-2(5H)-呋喃酮(5a)的合成方法及其不对称
合成反应.5a制备方法简便 ,它作为稳定的 Michael受体 ,可与氧的亲核试剂发生串联的双
Michael加成/分子内亲核取代反应 , 通过此反应 ,一举生成了 4个新的手性中心 ,得到了一般
方法难以合成的含有多个手性中心的螺-环丙烷类化合物 8.详细报道了 5a和 8的合成以及
它们的 IR ,UV ,1H NMR , 13C NMR ,MS ,元素分析等结构分析数据.经 X-四圆衍射确定了手性
的螺[ 1-氯代-4-(l-孟氧基)-5-氧代-6-羰基双环[ 3.1.0]己烷-2 ,3′-(4′-l-孟氧基-5′-l-孟氧基丁内
酯)](8)的立体化学结构.此不对称反应可以为某些新的光学活性螺-环丙烷类化合物提供重
要的合成策略.
关键词　新手性合成子　5-(l-孟氧基)-3-氯-2(5H)-呋喃酮　绝对构型　多手性中心的螺-环丙烷双内酯化合物
新型手性试剂的合成及其在复杂分子和天然产物合成中的应用是当今有机化学中非常活
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