專利名稱：適用作自由基清除劑的高級富勒烯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用作自由基清除劑的富勒烯衍生物。
背景由于歷史上低利用度和高價格，對高級富勒烯的化學(xué)研究得很少。如在本文所用的，“高級富勒烯”指的是含有多于70個碳原子的富勒烯。已經(jīng)表明C60和C70為優(yōu)異的自由基清除劑，但是對富勒烯如C84和分子量高于C70的其他富勒烯的自由基清除能力知道得很少或完全不知道。由于石墨鍵數(shù)量的不同，能量應(yīng)變(與平直度相關(guān)，其通常隨著富勒烯的分子量增加而增加)的差異、電子親和性、HOMO-LUMO間隙等，不同富勒烯的相對自由基清除效率是不同的，這些因素中的任一種或全部都可能會引起不同富勒烯清除自由基效率的相對差異并影響不同富勒烯在不同應(yīng)用中的所得到的效用。Chiang(Chemistry Letters 1998)已經(jīng)表明，具有不同應(yīng)變和/或電子親和性的不同C60富勒烯衍生物顯示出顯著不同的自由基清除效率，并且這種相對差異從衍生物的結(jié)構(gòu)和所引起的C60籠的改變是不可預(yù)測的先驗(priori)。相似地，由高級富勒烯相對于C60的碳數(shù)目改變以及鍵性質(zhì)和電子結(jié)構(gòu)的改變引起的相對于C60籠的差異，可能引起自由基清除效率方面的顯著差異。因此，難以從物理或化學(xué)理論或考慮來預(yù)測不同高級富勒烯的自由基清除效率和效用。
目前商業(yè)類型生產(chǎn)方法如燃燒產(chǎn)生足量的這樣的富勒烯，使其令人感興趣地用于多種應(yīng)用，這些應(yīng)用包括但不限于藥物和個人護理，其中自由基清除或抗氧化能力可能是非常有益的。
由于三重態(tài)的高量子產(chǎn)率，已知C60是單線態(tài)O2的有效產(chǎn)生者，單線態(tài)O2是照射下的活性氧物質(zhì)(ROS)。已知ROS對人體健康是有害的并導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化，神經(jīng)損傷，皮膚損傷和其他破壞性的生化過程。例如，在陽光或其他照射存在下，將C60用作抗氧化劑來防止皮膚損傷也可能導(dǎo)致單線態(tài)O2產(chǎn)生，其依次可損害皮膚。相似地，出于其他原因單線態(tài)O2的產(chǎn)生可能是不需要的，在其中需要自由基清除而不產(chǎn)生單線態(tài)O2的化學(xué)反應(yīng)中，其將在不需要的副反應(yīng)中反應(yīng)。此外，三重態(tài)C60和C70的形成導(dǎo)致還原電勢(電子接受能力)的差異，使得在其中富勒烯的電子接受能力導(dǎo)致不需要的化學(xué)途徑的氧化還原反應(yīng)系統(tǒng)中，具有較低量子產(chǎn)率的三重態(tài)的富勒烯將是有益的。再者，三重態(tài)的C60和C70可能導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)移過程，其形成氧以外的其他單線態(tài)或三重態(tài)分子，導(dǎo)致這些分子反應(yīng)性的不需要的改變。對于富勒烯C60和C70證明保留了自由基清除益處，即它們清除自由基的高效率，同時最小化或防止了高量子產(chǎn)率三重態(tài)C60和C70引起的效應(yīng)，這些效應(yīng)包括但不限于單線態(tài)O2的產(chǎn)生，將是非常有益的。
概述已經(jīng)令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，C84在清除自由基中至少和C60一樣有效。而且，在特定條件下，已經(jīng)觀察到C60可能呈現(xiàn)自由基形成增加，或促氧化(pro-oxidant)活性，并在相同的條件下，已經(jīng)觀察到C84沒有呈現(xiàn)促氧化活性，此外，還呈現(xiàn)可能是抗氧化活性的活性。公開了減少靶中自由基水平的組合物和方法。公開了降低靶中自由基水平而不產(chǎn)生可導(dǎo)致單線態(tài)氧或其他不需要的后果的富勒烯三重激發(fā)態(tài)的組合物和方法。
在本發(fā)明的一方面中，公開了適于用作自由基清除劑的高級富勒烯。高級富勒烯，尤其是C84保持了富勒烯所有碳閉合的籠形結(jié)構(gòu)的自由基清除益處，易進行化學(xué)衍生作用來改變物理特性如溶解度，并導(dǎo)致較少的不需要的后果，如促氧化活性，其可能是富勒烯三重態(tài)的結(jié)果如照射下的單線態(tài)O2產(chǎn)生。因此高級富勒烯和高級富勒烯衍生物在需要自由基清除的應(yīng)用中非常有用，但是由富勒烯三重態(tài)引起的促氧化活性的形成和/或后果如單線態(tài)O2產(chǎn)生或其他效應(yīng)是不需要的。
在本發(fā)明的一方面中，提供了從靶清除(或減少)自由基的方法。將靶暴露于一類高級富勒烯衍生物來降低靶中的自由基水平，而在不需要的后果方面沒有足夠的增加，如由富勒烯三重態(tài)引起的促氧化活性和/或所引起的單線態(tài)氧的產(chǎn)生，或其他不需要的效應(yīng)?？梢杂没瘜W(xué)部分將適用作自由基清除劑的這類化合物官能化，使得可改變富勒烯的化學(xué)和/或物理特性而沒有顯著改變富勒烯籠的內(nèi)在物理和化學(xué)屬性，以便保持富勒烯籠的自由基清除效率。
一方面，清除靶內(nèi)或靶周圍的自由基的方法包括將靶暴露于選自C84及其衍生物的自由基清除性化合物，該化合物的量及暴露時間足以降低靶內(nèi)或靶周圍的自由基水平。
在一個或多個實施方案中，自由基清除劑化合物沒有顯著增加由于自由基清除劑化合物的三重激發(fā)態(tài)引起的促氧化活性。
在一個或多個實施方案中，靶是皮膚或粘膜基質(zhì)。
在一個或多個實施方案中，自由基清除性化合物具有通式C84(Y)m，C84是富勒烯，并且其中Y是直接或間接與富勒烯連接的部分，其中m是1至約30，并且其中Y選自親脂性部分、親水性部分、兩親性部分、自由基清除性部分或生物位點特異性部分。
在一個或多個實施方案中，Y包括親脂性部分，并且該親脂性部分選自烷烴、脂肪酸、脂肪酯胺、脂肪醇和脂肪胺部分，并且化合物能夠轉(zhuǎn)運通過或溶解在生物系統(tǒng)中的脂質(zhì)相中。
在一個或多個實施方案中，Y包括親水性部分，并且該親水性部分選自聚-(環(huán)氧乙烷)類，單-、二-或多-羥基化烷烴，單-、二-或或多-羥基化的環(huán)烷烴，氨基烷烴，二氨基烷烴，單-、二-或多-糖，氫氧化物，銨基團，烷基化銨基團，磷酸酯，烷基磷酸酯，磺酸酯和烷基磺酸酯，膦基團，羧酸酯基團，磺酸基團，亞氨基季銨(iminium)基團，imidine基團和imidinium基團?；衔锬軌蜣D(zhuǎn)運通過或溶解在生物系統(tǒng)中的水相中。
在一個或多個實施方案中，Y包括作為自由基清除劑獨立有效的化學(xué)部分。
在一個或多個實施方案中，Y包括兩親性部分，并且該兩親性部分選自聚乙二醇、聚(環(huán)氧乙烷)、丙二醇、聚(丙二醇)、己二醇、二乙二醇、丙二醇正-烷醇和乙二醇部分。
在一個或多個實施方案中，Y包括靶向(address)生物靶的部分，如[單克隆]抗體、蛋白質(zhì)、酶、蛋白質(zhì)激素、膜蛋白、類固醇、輔酶、輔因子、[寡]DAN、RNA、酶抑制劑、酶底物、特定細胞或器官、組織。
另一方面，清除靶中或靶周圍的自由基的方法包括將靶暴露于具有下式的化合物，該化合物的量和暴露時間足以降低靶中或靶周圍的自由基水平 其中環(huán)Cn是富勒烯C84；其中X和Z相同或不同，并且其中X或Z獨立地選自親脂性部分、親水性部分、兩親性部分、自由基清除性部分。
在一個或多個實施方案中，自由基清除劑化合物沒有顯著增加由于自由基清除劑化合物的三重激發(fā)態(tài)引起的促氧化活性。
在一個或多個實施方案中，親脂性部分選自烷烴、脂肪酸、脂肪酯胺、脂肪醇和脂肪胺部分，并且化合物能夠轉(zhuǎn)運通過或溶解在生物系統(tǒng)中的脂質(zhì)相中。
在一個或多個實施方案中，X或Z包括親水性部分，并且該親水性部分選自聚-(環(huán)氧乙烷)類，單-、二-或多-羥基化烷烴，單-、二-或或多-羥基化的環(huán)烷烴，氨基烷烴，二氨基烷烴，單-、二-或多-糖，氫氧化物，銨基團，烷基化銨基團，磷酸酯，烷基磷酸酯，磺酸酯和烷基磺酸酯，膦基團，羧酸酯基團，磺酸基團，亞氨基季銨基團，imidine基團和imidinium基團。
在一個或多個實施方案中，X和Z中的一個或多個包括作為自由基清除劑獨立有效的化學(xué)部分或非吸電子基團。
在一個或多個實施方案中，X和Z中的一個或多個包括兩親性部分，并且該兩親性部分選自聚乙二醇、聚(環(huán)氧乙烷)、丙二醇、聚(丙二醇)、己二醇、二乙二醇、丙二醇正-烷醇和乙二醇部分。
在一個或多個實施方案中，非吸電子基團選自烷基、環(huán)烷基、取代的烷基、烷基芳基、烷基醚、烷基芳基醚、烷基硫醚、烷基芳基硫醚、烷基酯、烷基芳基酯、烷基硫酯、烷基芳基硫酯、烷基酰胺、烷基芳基酰胺、烷基胺、烷基芳基胺、烷基酐、烷基芳基酐、烷基碳酸酯(或羧酸)、烷基芳基碳酸酯、芳基烷基、芳基醚、芳基烷基醚、芳基硫醚、芳基烷基硫醚、芳基酯、芳基烷基酯、芳基硫酯、芳基烷基硫酯、芳基酰胺、芳基烷基酰胺、芳基胺、芳基烷基胺、芳基酐、芳基烷基酐、芳基碳酸酯(或羧酸)和芳基烷基碳酸酯。
所述方法進一步包括將靶暴露于至少一種另外的自由基清除性化合物，或選擇用來提高或保持化合物功效的添加劑。
另一方面，提供了具有下式的自由基清除性化合物，
其中環(huán)Cn是富勒烯C84，其中X是(C’)(R’)n，并且C’是芳基碳和X選自芳基、取代的芳基、雜芳基、取代的雜芳基部分；獨立地選擇R’使得X是非吸電子基團，并且n＝2；和Z是(C”)(R”)n，并且C”是選自烷基、烯基、炔基和芳香族碳的碳原子，并且獨立地選擇R”使得Z是非吸電子基團，并且n＝1、2或3。
在一個或多個實施方案中，X＝X’且Z＝(A)(C’＝Q’)(Z’)(Y’)，其中X’選自芳基、取代的芳基、雜芳基和取代的雜芳基；A是含有1至20個碳原子的脂族基團；Q’是O、N或S；Z’是鹵素、O、N或S；且Z’結(jié)合C’；和Y’是結(jié)合Z’的任何化學(xué)基團；及其任何鹽。
在一個或多個實施方案中，C’是芳基碳且X選自芳基、取代的芳基、雜芳基、取代的雜芳基部分，并且Z是(C”)(R”)n，并且C”是選自烷基、烯基、炔基和芳香族碳的碳原子，并且獨立地選擇R”使得Z是非吸電子基團。
在一個或多個實施方案中，C’是芳基碳且X選自芳基、取代的芳基、雜芳基、取代的雜芳基部分，并且Z是(C”)(R”)n，C”是烷基碳，Z獨立地選自烷基部分和帶有雜基團或官能團的烷基部分。
在一個或多個實施方案中，
其中n是1至20，并且R是任何化學(xué)基團。
在一個或多個實施方案中，R選自芳基、取代的芳基、雜芳基、取代的雜芳基部分，烷基部分和帶有雜基團或官能團的烷基部分。
在一個或多個實施方案中，化合物在富勒烯環(huán)上含有兩個至四個C(X)(Z)加合物，并且富勒烯化合物是[5，6]類富勒烯(fulleroid)或[6，6]亞甲基富勒烯。
在一個或多個實施方案中，非吸電子基團選自烷基、環(huán)烷基、取代的烷基、烷基芳基、烷基醚、烷基芳基醚、烷基硫醚、烷基芳基硫醚、烷基酯、烷基芳基酯、烷基硫酯、烷基芳基硫酯、烷基酰胺、烷基芳基酰胺、烷基胺、烷基芳基胺、烷基酐、烷基芳基酐、烷基碳酸酯(或羧酸)、烷基芳基碳酸酯、芳基烷基、芳基醚、芳基烷基醚、芳基硫醚、芳基烷基硫醚、芳基酯、芳基烷基酯、芳基硫酯、芳基烷基硫酯、芳基酰胺、芳基烷基酰胺、芳基胺、芳基烷基胺、芳基酐、芳基烷基酐、芳基碳酸酯(或羧酸)X和芳基烷基碳酸酯。Z是不同的。
在一個或多個實施方案中，化合物能夠降低靶中或靶周圍的自由基水平而沒有顯著增加促氧化活性，如通過避免自由基清除劑化合物的三重激發(fā)態(tài)。
在一個或多個實施方案中，X和Y中的一個或多個包括親脂性部分，并且該親脂性部分選自脂肪酸、脂肪胺、脂肪醇和脂肪胺部分。
在一個或多個實施方案中，X和Y中的一個或多個包括親水性部分，或作為自由基清除劑獨立有效的化學(xué)部分。
在一個或多個實施方案中，X和Y中的一個或多個包括兩親性部分，并且該兩親性部分選自聚乙二醇、聚(環(huán)氧乙烷)、丙二醇、己二醇、二乙二醇、丙二醇正-烷醇和乙二醇部分。
在一個或多個實施方案中，X和Y中的一個或多個是非吸電子基團，并且該非吸電子基團選自烷基、環(huán)烷基、取代的烷基、烷基芳基、烷基醚、烷基芳基醚、烷基硫醚、烷基芳基硫醚、烷基酯、烷基芳基酯、烷基硫酯、烷基芳基硫酯、烷基酰胺、烷基芳基酰胺、烷基胺、烷基芳基胺、烷基酐、烷基芳基酐、烷基碳酸酯(或羧酸)、烷基芳基碳酸酯、芳基烷基、芳基醚、芳基烷基醚、芳基硫醚、芳基烷基硫醚、芳基酯、芳基烷基酯、芳基硫酯、芳基烷基硫酯、芳基酰胺、芳基烷基酰胺、芳基胺、芳基烷基胺、芳基酐、芳基烷基酐、芳基碳酸酯(或羧酸)和芳基烷基碳酸酯。
再一方面，改變生物系統(tǒng)中自由基介導(dǎo)的化學(xué)途徑的方法包括將生物系統(tǒng)中存在的自由基種類與選自C84及其功能化衍生物的化合物反應(yīng)，該化合物的量和反應(yīng)時間足以降低靶中或靶周圍的自由基水平。
再一方面，減少生物系統(tǒng)中氧化應(yīng)激的方法包括將生物系統(tǒng)中存在的自由基種類與選自C84及其功能化衍生物的化合物反應(yīng)，該化合物的量和反應(yīng)時間以足以降低靶中或靶周圍的自由基水平。
在再一實施方案中，防止或減少生物系統(tǒng)中脂質(zhì)過氧化的方法包括將生物系統(tǒng)中存在的自由基種類與選自C84及其功能化衍生物的化合物反應(yīng)，該化合物的量和反應(yīng)時間足以降低靶中或靶周圍的自由基水平。
在一個或多個實施方案中，自由基清除劑化合物沒有顯著增加由于自由基清除劑化合物的三重激發(fā)態(tài)引起的促氧化活性。
在一個或多個實施方案中，自由基清除性化合物具有通式Cn(Y)m，其中Cx是C84富勒烯，并且其中Y是直接或間接與富勒烯連接的部分，其中m是1至30，并且其中Y選自親脂性部分、親水性部分、兩親性部分、自由基清除性部分。
還提供了包含生物相容載體和具有下式化合物的組合物
其中環(huán)Cn是富勒烯C84；其中X和Z相同或不同，并且其中X或Z獨立地選自親脂性部分、親水性部分、兩親性部分、自由基清除性部分，以足以降低靶中或靶周圍的自由基水平的量和時間，而沒有顯著增加由于自由基清除劑化合物的三重激發(fā)態(tài)引起的促氧化活性。
附圖簡述參照附圖來描述本發(fā)明的各個實施方案，提供附圖只是用于說明的目而不是用來限制本發(fā)明，本發(fā)明的全部范圍限定在以下的權(quán)利要求中。


圖1是通過與重氮化合物反應(yīng)制備取代的高級亞甲基富勒烯的一般方案。
圖2說明了通過酰鹵置換衍生亞甲基富勒烯的反應(yīng)方案，其中F表示富勒烯籠形結(jié)構(gòu)。
圖3說明了通過從PCBM分子的酯交換衍生亞甲基富勒烯的反應(yīng)方案，其中F表示富勒烯籠形結(jié)構(gòu)。
圖4A和4B說明了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方案直接形成衍生的亞甲基富勒烯的反應(yīng)方案。
圖5是用于測定自由基清除的裝置的示意圖。
圖6A和6B是在不同自由基清除分子存在下，香煙煙霧中所含自由基與染料反應(yīng)引起的熒光圖，該染料在與自由基反應(yīng)時產(chǎn)生熒光。
圖7是比較在相同條件下測定的C84、C60和維生素E的信號的熒光圖。
詳述盡管已知C60和C70是高度有效的自由基清除劑，還知道它們具有高量子產(chǎn)率的三重態(tài)(例如，通過光活化)，其導(dǎo)致其他高能種類如單線態(tài)氧的有效產(chǎn)生。在許多情況中，在光(光子)不存在下通過C60和C70的自由基清除得到理想地實施，其中避免了C60和C70三重態(tài)產(chǎn)生和所引起的單線態(tài)氧。單線態(tài)氧對生物系統(tǒng)的損害影響是熟知的。在藥物或藥物化妝品目的的局部或皮膚應(yīng)用中，其中單線態(tài)氧產(chǎn)生是個問題，需要可替換的富勒烯自由基清除劑。
C76和C84顯著地比C60和C70更不感光。Juha等報道了以下C60，C70，C76和C84的富勒烯光解的量子產(chǎn)率(p)和單線態(tài)氧產(chǎn)生(Δ)。因此，由于通過光活化產(chǎn)生的低量子產(chǎn)率的三重態(tài)，在相當?shù)臈l件下C76和C84只產(chǎn)生由C60和C70產(chǎn)生的單線態(tài)氧的一小部分。
表1估算的四氯乙烯和甲苯中由Ar+激光(λ＝476.5nm)誘導(dǎo)的富勒烯光解的相對量子產(chǎn)率(p)和通過富勒烯光敏化引起的單線態(tài)氧產(chǎn)生(Δ)
a實驗誤差±20％。
b實驗誤差±15％。
c任意選定的值。
d注意根據(jù)[21-26，35]，我們可以認為Δ(C60)≈Δ(C70)。
e接近于苯中Δ(C70)實驗值的任意值[22，24，26，35]。
Juha等，Chem.Phys.Lett.335(2001)539-544。
盡管不同的富勒烯在由光活化引起的可能高能態(tài)中顯著不同，其導(dǎo)致三重態(tài)的產(chǎn)生，并導(dǎo)致產(chǎn)生單線態(tài)氧的傾向，但令人驚奇地發(fā)現(xiàn)C84是高度有效的自由基清除劑，并可能是至少和C60一樣有效的自由基清除劑。此外還令人驚奇地發(fā)現(xiàn)在特定條件下，在實際感興趣的復(fù)合反應(yīng)系統(tǒng)中，甚至在沒有顯著的照射下，并且其中C60起促氧化劑的作用，C84具有不起促氧化劑作用的高度有益方面。涉及測定C84和[6，6]-苯基C61-丁酸甲酯([60]PCBM)(一種C60衍生物)對香煙煙霧中存在的自由基(主要是過氧化氫自由基)的自由基清除有效性的測試建立了，C84是和[60]PCBM一樣有效的自由基清除劑或是比[60]PCBM更好的自由基清除劑。參見以下的圖6A。
此外，在比較含有萘滿作為雜質(zhì)的萘烷中C84和C60的相似測試中，萘滿可能作為H-供體自由基清除劑起作用，并且煙霧的物質(zhì)更有效地轉(zhuǎn)運到溶劑中，甚至在不存在直接光時觀察到C60明顯地起促氧化劑的作用，而C84沒有呈現(xiàn)促氧化活性，并且甚至明顯地顯示出抗氧化活性。該系統(tǒng)是高度復(fù)雜的，煙霧中具有多種自由基和非自由基種類，并且溶劑中H-供體自由基清除劑(萘滿)以相對于富勒烯濃度的高濃度存在。可能的是，由于過程中不同三重態(tài)和能量轉(zhuǎn)移未被光活化，通過C60和C84不同地改變了自由基反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，或甚至小量的光活化導(dǎo)致顯著的影響。
C84的高自由基清除效率，結(jié)合其低產(chǎn)率的三重激發(fā)態(tài)和/或其所引起的低單線態(tài)氧產(chǎn)生，使這些化合物及其功能化衍生物成為自由基清除應(yīng)用中的優(yōu)異侯選物，其中在使用過程中理想地避免了富勒烯三重態(tài)的產(chǎn)生和/或單線態(tài)氧產(chǎn)生。
一方面，高級富勒烯，例如，C84和這些高級富勒烯的衍生物，以及含有高級富勒烯和/或高級富勒烯化學(xué)衍生物的混合物，用作自由基清除劑用于應(yīng)用中，這些應(yīng)用中自由基清除是所需的特性，并且其他不需要的效應(yīng)如促氧化行為的最小化是有益的，促氧化行為可能是三重態(tài)產(chǎn)生，單線態(tài)O2產(chǎn)生或高級富勒烯的其他特性的結(jié)果。
在一個或多個實施方案中，提供了降低系統(tǒng)中自由基水平的方法，同時避免或降低C60和C70的不需要的副作用，如促氧化活性和/或高產(chǎn)率的三重態(tài)，和/或單線態(tài)氧產(chǎn)生的水平。該方法包括將靶暴露于選自C84及其化學(xué)官能化衍生物的化合物，該化合物的量和暴露時間足以降低靶中自由基水平，而沒有對靶產(chǎn)生不需要的副作用如促氧化活性，和/或高產(chǎn)率的三重態(tài)，和/或單線態(tài)氧產(chǎn)生的水平。
靶可以是生物系統(tǒng)，如，微生物，植物，動物，人以及其上的細胞，組織和器官，該生物系統(tǒng)對C60和C70的不需要的特征敏感或受到C60和C70不需要的特征有害影響，這些不利特征如促氧化活性，和/或高產(chǎn)率的三重態(tài)，和/或單線態(tài)氧產(chǎn)生的水平。例如，靶可以是皮膚膜，粘膜，微小的生物靶如DNA，生物靶如脂質(zhì)膜，或其他膜表面或器官。該方法可以用于皮膚學(xué)和藥物化妝品應(yīng)用，這些情況中通常在實踐中不能避免地暴露于光。在此還包括非生理用途，如用作聚合物穩(wěn)定劑，該情況中，靶是聚合物組合物。
可以在載體媒介物中將化合物傳送至靶?？梢栽谌芤夯驊腋∫褐袑⒆杂苫宄曰衔锝o予至靶。可以將它們制成藥物組合物，使用用于口服、局部、肌肉內(nèi)、皮下和靜脈內(nèi)給藥的常規(guī)形式。合適的載體媒介物包括藥物和化妝品物質(zhì)的皮膚應(yīng)用中常用的那些。
高級富勒烯自由基清除性化合物的有效劑量取決于給藥方式和生物系統(tǒng)或待治療患者的狀況。給藥方法包括使合適載體中的高級自由基清除性化合物接觸靶或生物系統(tǒng)或治療的患者。
對于富勒烯作為各種環(huán)境中自由基清除劑的應(yīng)用，使用富勒烯衍生物是有用的，該衍生物保持富勒烯籠的高效自由基清除特性至最高可能程度而沒有不利地改變富勒烯籠的電子親和性，高能張力，反應(yīng)活性部位的數(shù)量，立體有效性等。此外，形成富勒烯衍生物中間產(chǎn)物以允許形成具有不同官能度的各種新富勒烯衍生物，例如，親脂性，親水性或兩性富勒烯是有用的，這些衍生物的自由基清除效率與其富勒烯母體沒有顯著不同。
在一個或多個實施方案中，在此所述方法中所用的化合物具有通式Cn(Y)m，其中Cn是C84，并且其中Y是直接或間接與富勒烯籠連接的部分，并且m是1至約30，優(yōu)選1至約20。Y可以具有親脂性(或疏水性)，親水性或兩親性特性。還可以包括提供生物功能性的化學(xué)部分或獨立地是自由基清除劑的部分。其還可以是聚合物，該情況中，Cn部分束縛在聚合物上。
在一個或多個實施方案中，Y包括提供親脂性(或疏水性)官能度的化學(xué)部分，即，對脂質(zhì)樣物質(zhì)具有親和性。脂質(zhì)包括其特征在于為水不溶和可用非極性(或脂肪)溶劑如醇、醚、氯仿、苯等提取的脂肪樣物質(zhì)。全部含有作為主要組分的脂族羥。用于自由基清除的合適親脂性部分包括長鏈烷或取代的長鏈烷(6或更多個碳原子，或10個碳原子或12個碳原子或16個或更多個碳原子)，其可以是分枝的，并且其可以含有具有脂質(zhì)親和性的各種其他化學(xué)基團。含有親脂性部分的化合物在轉(zhuǎn)運自由基清除性化合物通過生物系統(tǒng)中的脂質(zhì)相或化學(xué)系統(tǒng)中的疏水相中是有用的。
舉例的親脂性基團包括脂肪醇和脂肪酸酯，脂肪酰胺，脂肪胺部分，如異硬脂酸衍生物，或源自分子如棕櫚酸異丙酯，異硬脂酸異丙酯，硬脂酸十八酯，己二酸二異丙酯，棕櫚酸辛酯，棕櫚酸異丙酯，乳酸十六酯，蓖麻油酸十六酯，乙酸生育酯，乙酰化羊毛脂醇，乙酸十六酯，油酸甘油酯，油酸甲酯，油酸異丁酯，亞油酸生育酯，丙酸花生酯，乳酸肉豆寇酯，油酸癸酯，羊毛酸異丙酯(isopropyl lanolate)，二辛酸/二癸酸新戊基乙二醇酯，異壬酸異壬酯，異壬酸異十三酯，肉豆蔻酸肉豆蔻酯，辛基十二烷醇，脂肪酸的蔗糖酯，羥基硬脂酸辛酯，硬脂酰胺，油酰胺和芥酰胺(erucamide)等的官能團。
在一個或多個實施方案中，Y包括提供親水性官能度的化學(xué)部分，即，對水或親水物質(zhì)具有親和性?？梢蕴峁┯H水性官能度的基團包括聚-(環(huán)氧乙烷)類，單-、二-或多-羥基化烷烴，單-、二-或多-羥基化環(huán)烷烴，氨基烷烴，二氨基烷烴，單-、二-或多-糖，氫氧化物，銨基團，烷基化銨基團，磷酸酯，烷基磷酸酯，磺酸酯，烷基磺酸酯，膦基團，羧酸酯基團，磺酸基團，亞氨基季銨基團，imidine基團和imidinium基團。含有親水性部分的化合物在轉(zhuǎn)運自由基清除性化合物通過生物或化學(xué)系統(tǒng)中的水相中是有用的?？梢詫⒁粋€或多個親水性Y-基團連接至高級富勒烯的碳。例如，用一個至約30個羥基，或一個至約10個六磺丁基，磺酸酯基團或烷基磺酸酯基團官能化高級富勒烯以使化合物為水溶性。
在一個或多個實施方案中，Y包括提供兩親性官能度的化學(xué)部分。兩親性官能度指的是同時具有親脂性和親水性的分子。提供兩親性官能度的基團包括聚乙二醇、聚(環(huán)氧乙烷)類、丙二醇、己二醇、二甘醇、丙二醇正-烷醇和其他乙二醇部分。或者，通過選擇多個Y-取代基的親脂性和親水性特性來獲得兩親性特征。
在再一實施方案中，Y包括提供生物功能性的化學(xué)部分。生物功能性適用于提高高級富勒烯在生物系統(tǒng)中的溶解度、溶混性或運送。它可適用于鑒定和結(jié)合合適的生物靶。因此，Y可以是糖，組胺，氨基酸或類胡蘿卜素等。Y基團還可以包括作為自由基獨立有效的化學(xué)部分，例如酚物質(zhì)，多酚物質(zhì)，類黃酮，類胡蘿卜素，花色素，硫辛酸，類泛醌(ubiquinoid)，類視色素或維生素E部分等。在再一實施方案中，Y包括提供特異性靶向生物靶的生物功能性的化學(xué)部分。因此Y可以是[單克隆]抗體，其他蛋白質(zhì)，{例如，酶，蛋白質(zhì)激素，膜蛋白質(zhì)，等}，類固醇，輔酶，輔因子，[寡]DNA，RNA，酶抑制劑，酶底物，特定的細胞或器官，組織等。
高級富勒烯的各種亞甲基富勒烯可用作具有低單線態(tài)氧產(chǎn)生的自由基清除劑?！皝喖谆焕障敝傅氖呛透焕障┗\形成環(huán)丙基環(huán)加合物的亞甲基橋接的富勒烯。環(huán)丙基環(huán)的亞甲基碳稱為“亞甲基碳”。通過改變亞甲基碳而不是富勒烯籠上的懸垂基團來調(diào)節(jié)富勒烯的化學(xué)和/或物理功能性。提供改變來獲得亞甲基富勒烯提高的親脂性，親水性，兩親性或其他特性。在一個或多個實施方案中，至少一個亞甲基碳懸垂基團是非吸電子基團，或甚至是供電子基團。富勒烯籠上電子吸收的不存在或減少有助于維持富勒烯分子的自由基清除能力。
通過將靶暴露于具有下式的化合物，可以從靶上或靶內(nèi)清除自由基， 其中環(huán)Cn是C84；其中X和Z相同或不同，并且其中X或Z獨立地選自親脂性部分、親水性部分、兩親性部分、自由基清除性部分。
在一個或多個實施方案中，X和/或Z包括提供親脂性(或疏水性)官能度的化學(xué)部分，即，對脂質(zhì)樣物質(zhì)具有親和性。脂質(zhì)包括其特征在于為水不溶和可用非極性(或脂肪)溶劑如醇、醚、氯仿、苯等提取的脂肪樣物質(zhì)。全部含有作為主要組分的脂族羥。用于自由基清除的合適親脂性部分包括長鏈烷烴或取代的長鏈烷烴(6或更多個碳原子，或10個碳原子或12個碳原子或16個或更多個碳原子)，其可以是分枝的，并且其可以含有具有脂質(zhì)親和性的各種其他化學(xué)基團。含有親脂性部分的化合物在轉(zhuǎn)運自由基清除性化合物通過生物系統(tǒng)中的脂質(zhì)相或化學(xué)系統(tǒng)中的疏水相中是有用的。
實例親脂基團包括脂肪醇和脂肪酸酯，脂肪酰胺，脂肪胺部分，如異硬脂酸衍生物，或源自分子如棕櫚酸異丙酯，異硬脂酸異丙酯，硬脂酸十八酯，己二酸二異丙酯，棕櫚酸辛酯，棕櫚酸異丙酯，乳酸十六酯，蓖麻油酸十六酯，乙酸生育酯，乙?；蛎?，乙酸十六酯，油酸甘油酯，油酸甲酯，油酸異丁酯，亞油酸生育酯，丙酸花生酯，乳酸肉豆寇酯，油酸癸酯，羊毛酸異丙酯，二辛酸/二癸酸新戊基乙二醇酯，異壬酸異壬酯，異壬酸異十三酯，肉豆蔻酸肉豆蔻酯，辛基十二烷醇，脂肪酸的蔗糖酯，羥基硬脂酸辛酯，硬脂酰胺，油酰胺和芥酰胺等的官能團。
在一個或多個實施方案中，X和/或Z包括提供親水性官能度的化學(xué)部分，即，對水或親水性物質(zhì)具有親和性?？梢蕴峁┯H水性官能度的基團包括聚-(環(huán)氧乙烷)類，單-、二-或多-羥基化烷烴，單-、二-或多-羥基化的環(huán)烷烴，氨基烷烴，二氨基烷烴，單-、二-或多-糖，氫氧化物，銨基團，烷基化銨基團，磷酸酯，烷基磷酸酯，磺酸酯和烷基磺酸酯，膦基團，羧酸酯基團，磺酸基團，亞氨基季銨基團，imidine基團和imidinium基團。含有親水性部分的化合物在轉(zhuǎn)運自由基清除性化合物通過生物或化學(xué)系統(tǒng)中的水相中是有用的。可以將一個或多個親水性X-和/或Z-基團連接至高級富勒烯的碳。例如，用一個至約30個羥基，或一個至約10個六磺丁基，磺酸酯基團或烷基磺酸酯基團官能化高級富勒烯，以使化合物為水溶性。
在一個或多個實施方案中，X和/或Z包括提供兩親性官能度的化學(xué)部分。兩親性官能度指的是同時具有親脂性和親水性的分子。提供兩親性官能度的基團包括聚乙二醇、聚(環(huán)氧乙烷)類、丙二醇、己二醇、二甘醇、丙二醇正-烷醇和其他乙二醇部分?；蛘?，通過選擇多個X-或Z-取代基的親脂性和親水性特性來獲得兩親性特征。
在再一實施方案中，X和/或Z包括提供生物功能性的化學(xué)部分。生物功能性適用于提高高級富勒烯在生物系統(tǒng)中的溶解度、混溶性或運送。它可適用于鑒定和結(jié)合合適的生物靶。因此，X和/或Z可以是糖，組胺，氨基酸或類胡蘿卜素等。X和/或Z基團還可以包括作為自由基獨立有效的化學(xué)部分，例如類黃酮，類胡蘿卜素，花色素，硫辛酸，類泛醌，類視色素或維生素E部分等。
在再一實施方案中，X和/或Z包括提供特異性靶向生物靶的生物功能性的化學(xué)部分。因此Y可以是[單克隆]抗體，其他蛋白質(zhì)，{例如，酶，蛋白質(zhì)激素，膜蛋白質(zhì)，等}，類固醇，輔酶，輔因子，[寡]DNA，RNA，酶抑制劑，酶底物，特定的細胞或器官，組織等。
在一個或多個實施方案中，X和/或Z是非吸電子基團或供電子基團。例如，基團可以包括烷基，環(huán)烷基和取代的烷基，烷基芳基，烷基醚、烷基芳基醚、烷基硫醚、烷基芳基硫醚、烷基酯、烷基芳基酯、烷基硫酯、烷基芳基硫酯、烷基酰胺、烷基芳基酰胺，烷基胺，烷基芳基胺，烷基酐，烷基芳基酐，烷基碳酸酯(或羧酸)和烷基芳基碳酸酯。例如，基團可以包括取代的芳基，如芳基烷基，芳基醚，芳基烷基醚，芳基硫醚、芳基烷基硫醚、芳基酯、芳基烷基酯、芳基硫酯，芳基烷基硫酯、芳基酰胺、芳基烷基酰胺、芳基胺、芳基烷基胺、芳基酐，芳基烷基酐，芳基碳酸酯(或羧酸)和芳基烷基碳酸酯。本發(fā)明范圍中還包括其他取代基。
通過將缺少雙鍵或三鍵的α-碳包括于懸垂于亞甲基碳的一個和多個官能團中的負電性原子如O、N或S來獲得其他實例的非吸電子基團。將芳香族，烷基，烯基和炔基α-碳連接至另外的化學(xué)部分或H。通過在亞甲基碳直接連接供電子或電子中性部分，更好地保持了富勒烯籠的電子和化學(xué)完整性。吸電子基團或其他部分在遠離富勒烯處被束縛于富勒烯，這些基團不與富勒烯籠處緊密接近，使得保持富勒烯的固有自由基清除效率。這樣的吸電子官能團對實現(xiàn)分子的其他目的是理想的，如獲得所需的溶解度，運送或結(jié)合特征。
考慮Y基團可以直接連接富勒烯籠。Y可以是上述的基團。Y可以通過亞甲基橋或其他功能鍵來連接富勒烯。
自由基清除性高級富勒烯化合物可以具有一個或多個亞甲基富勒烯加合物。參照亞甲基富勒烯使用的術(shù)語“加合物”，意思是將亞甲基基團加成至富勒烯籠，使得形成環(huán)丙烷環(huán)。官能團可以連接亞甲基碳上可適用的位點。
具有最小數(shù)目加合物例如單加合物或2-3個加合物的亞甲基富勒烯，允許以理想的方式改變富勒烯的化學(xué)和物理特性，同時極大程度地保留了富勒烯籠的烯烴鍵數(shù)目、立體有效性和其他特性。鄰近富勒烯籠的吸電子基團的不存在或減少也維持或提高了自由基清除效率。
特別地，單加合物提供了富勒烯籠化學(xué)和物理性質(zhì)的最小破壞，并且允許方便地合成單異構(gòu)體。然而，二，三和高級加合物可以用于在此所述的自由基清除過程中。
再者，具有普通的加成化學(xué)是有用的，通過其可以將具有不同官能度的化學(xué)部分加成至富勒烯。
各種亞甲基富勒烯是本領(lǐng)域已知的，這些化合物通過重氮烷烴加成化學(xué)的合成具有為簡單合成化學(xué)并提供了高產(chǎn)率的單加合物的優(yōu)點。圖1中用圖說明了該反應(yīng)?？蓪⒏焕障┗衔锱c重氮化合物2反應(yīng)來提供功能化的亞甲基富勒烯1。重氮烷烴加成首先形成[6，6]diazoline加合物，其可以排出N2并產(chǎn)生[5，6]類富勒烯，其可以異構(gòu)成[6，6]亞甲基-橋接的富勒烯，另外稱為環(huán)丙烷富勒烯(在此稱為亞甲基富勒烯)。環(huán)丙烷富勒烯中的碳原子稱為亞甲基碳。重氮化合物2的X和Z可以是本文關(guān)于亞甲基富勒烯化合物所述的部分，或它們可以是含有能夠進一步反應(yīng)形成所需亞甲基碳的X，Z官能團的反應(yīng)基的中間產(chǎn)物。此外，相似的重氮烷烴加成化學(xué)可以用來形成多個富勒烯衍生物，使用不同的重氮烷烴前體，其可以方便地合成很多種。這提供了不同取代的可用于本文所述自由基清除方法中的亞甲基富勒烯化合物的合成途徑。
富勒烯衍生物[6，6]-苯基C61-丁酸甲酯(PCBM)3是通過重氮烷烴加成化學(xué)形成的富勒烯衍生物的實例，其中重氮烷烴是1-苯基-1-(3-(甲氧基羰基)-丙基)重氮甲烷。通過基于環(huán)丙烷基的富勒烯衍生物(亞甲基富勒烯)如PCBM 3的重氮烷烴加成的合成可以通過在攪拌下混合重氮化合物和富勒烯C60來完成。該反應(yīng)方案還可以用于制備高級富勒烯衍生物(Angew.Chem.2003，115，3493-3497)。
酯官能團(例如，化合物3中的甲酯)允許方便地合成大量的化合物，通過圖2反應(yīng)方案中所示的置換途徑，或圖3中所示的酯交換。所得到的化合物3’，一種PCBM的高級富勒烯類似物，可以用作化學(xué)中間產(chǎn)物來合成無限數(shù)量的具有多種官能度的新富勒烯衍生物。首先使用反應(yīng)步驟(a)[含水HCl/AcOH/1，2-二氯苯]和(b)[SOCl2/CS2]將化合物3’轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的?；?a’。然后通過各種基團置換?；?a’來形成多種官能化的酯衍生物。這種使用C60的化學(xué)的實例可以在文獻中找到(例如，參見Hummelen等，J.Org.Chem.1995，60，532)。因此，圖2中，置換甲基來形成C12烷基酯4，使用反應(yīng)步驟(c)[ROH/吡啶，其中R＝C12]或聚乙二醇酯5，使用反應(yīng)步驟(d)[ROH/吡啶，其中R＝C8H17O4]?；蛘撸褂梅磻?yīng)步驟(e)[R-OH/Bu2SnO/1，2-二氯苯/加熱]將PCBM類似物3’酯交換來獲得酯交換化合物6。例如，以下描述了一種高級富勒烯衍生物，[84]PCBM的合成。該化合物，[84]PCBM，與PCBM(化合物3)相似，是待轉(zhuǎn)化成其他分子的合適前體，如通過進行如圖2和3中所示的修飾。或者，可以相似的方式來使用重氮烷烴加成化學(xué)，但是在與富勒烯分子反應(yīng)之前形成所需的官能化重氮化合物。參見圖4A和4B，其中選擇合適的重氮化合物來提供烷基酯官能化的亞甲基富勒烯7和芳基酯官能化的亞甲基富勒烯8。
上述方法允許形成部分(例如圖2和3中所示的)或全部(例如，如圖4A和4B中所示的)加合物，這些加合物全部通過重氮烷烴加成化學(xué)被加成至以下通式1的富勒烯分子， 其中環(huán)Cn是選自C76，C84和C90的富勒烯；其中X和Z相同或不同，并且其中X或Z獨立地選自親脂性部分、親水性部分、兩親性部分、自由基清除性部分。
以下顯示了化合物1的特定實施方案(化合物7)，其中Y’是芳基上的任何取代基；Ar是任何芳基；m大于或等于零并表示芳基上獨立取代基Y’的總數(shù)；n＝1至20；Z’是任何雜原子(例如，O、N、S)；X’是任何化學(xué)基團；和Cn是閉合的籠形全碳分子(富勒烯)，選自C76，C84和C90。
芳基取代的亞甲基富勒烯對于前體重氮烷烴的合成是方便的，因為常用的芳香族化學(xué)，如Friedel Crafts?；?，可以用于制備重氮前體。此外，已經(jīng)觀察到芳基取代的亞甲基富勒烯更易于從[5，6]類富勒烯光異構(gòu)化成[6，6]亞甲基橋。
以下顯示了化合物1的另一個特定實施方案(化合物8)，如圖4B產(chǎn)物中所示的，其中R是烷基，例如長鏈，支鏈或直鏈，飽和或不飽和碳鏈，具有多于6個碳原子或多于8個碳原子，或多于12個碳原子，或多于18個碳原子。盡管對于8顯示了C5-烷基，但可以使用具有1-20個碳原子的烷基。
如上所述的分子是用于清除任何類型自由基的 如，但不限于，生物重要性的自由基，如活性氧種類·OH，·O2-，ROO·；NOx自由基；生物自由基途徑的產(chǎn)物如脂肪酸自由基以及生物自由基清除劑與自由基反應(yīng)的產(chǎn)物，如生育酚自由基，泛醌醇自由基和抗壞血酸自由基；聚合物和其他系統(tǒng)如食品中的自氧化和自氧化產(chǎn)物；環(huán)境來源如香煙煙霧和環(huán)境燃燒來源，如汽車廢氣的自由基。此外，該分子還可以用于清除自由基聚合反應(yīng)中的自由基，來形成共聚物，提高交聯(lián)，或作為聚合物穩(wěn)定劑。
在各種應(yīng)用中，理想的是將富勒烯靶向至特定環(huán)境，例如，應(yīng)用于生物系統(tǒng)中。例如，靶可以是皮膚或其他膜表面或器官。本發(fā)明提供了方便的方法來合成具有化學(xué)官能度的新分子用于這樣的靶向。實例包括但不限于親脂性、親水性、兩親性或生物位點特異性化合物的形成，如[單克隆]抗體，其他蛋白質(zhì)，{例如，酶，蛋白質(zhì)激素，膜蛋白質(zhì)，等}，類固醇，輔酶，輔因子，[寡]DNA，RNA，酶抑制劑，酶底物，特定細胞或器官，組織等。例如，化合物4是親脂性的，并可以用于將富勒烯靶向至親脂性環(huán)境，如細胞膜，和/或穿過細胞膜，和/或通過哺乳動物皮膚的親脂相穿透皮膚的角質(zhì)層。
可以在載體媒介物中將高級富勒烯自由基清除性化合物傳送至靶。可以在溶液或懸浮液中將自由基清除性化合物施用至靶。可以將它們制成藥物組合物，使用用于口服、局部、肌肉內(nèi)、皮下和靜脈內(nèi)給藥的常規(guī)形式。合適的載體媒介物包括藥物和化妝品物質(zhì)的皮膚應(yīng)用中常用的那些。
高級富勒烯自由基清除性化合物的有效劑量取決于給藥的方式和生物系統(tǒng)或待治療患者的狀況。給藥方法包括使合適載體中的高級富勒烯自由基清除性化合物接觸靶或生物系統(tǒng)或治療的患者。
作為另一個實例，如在化合物5中可以連接更高度親水性的部分(或聚-(乙二醇)，聚(環(huán)氧乙烷)，單-、二-或多-糖，或用于提高親水性的其他親水性部分)用于將富勒烯靶向親水部位，如哺乳動物皮膚中的親水相，或允許在血流中生物分布和/或通過胃腸道吸收。作為再一個實例，通過在化合物1的X位置連接親水性部分和在Z位置連接親脂性部分或反之亦然，或在化合物7的任何可替換的取代點連接所述部分，來方便地合成兩親性分子。
任何用于靶向的組分，包括上述的親水性和親脂性部分，或任何其他這樣的部分，可以在化合物7中的任何取代位置如X’，Y’或Z’上被取代?；蛘撸瑢ι锇邢蛑匾钠渌糠?，如但不限于單克隆抗體，可以在化合物1或7的X，Z，X’，Y’或Z’上被取代。
同樣，通過在上述化合物的X，Z，X’，Y’或Z’取代，可以將其他的化學(xué)或物理功能性添加至富勒烯自由基清除性分子，例如如下1.在介質(zhì)，如油，醇類，水或芳香族化合物等中增加的溶解度；2.另外的化學(xué)反應(yīng)性，例如，添加其他自由基清除性部分，如其他抗氧化劑(例如，類胡蘿卜素，類黃酮、花色素，硫辛酸，類泛醌，類視色素)，用于分子二價形式的組合抗氧化劑的形成，3.提高的對抗給定自由基的自由基清除效率，或提供對抗不同自由基有效的多功能自由基清除劑(例如，β-胡蘿卜素，單線態(tài)氧的有效清除劑，但不是過氧化氫自由基的有效清除劑，在化合物1或7的X，Z，X’，Y’或Z’取代來提供有效對抗單線態(tài)氧和過氧化氫自由基的單個自由基清除分子，對抗它們富勒烯是有效的)；4.為了形成清除自由基聚合反應(yīng)中自由基的共聚物，形成共聚物，提高交聯(lián)，或起聚合物穩(wěn)定劑的作用；5.物理特性的改變，如提高的光吸收；6.為了猝滅富勒烯的單重激發(fā)態(tài)，使得至富勒烯的激發(fā)三重態(tài)的系間竄越不發(fā)生，因此不產(chǎn)生單線態(tài)氧。
本發(fā)明的分子可以用于組合物中，該組合物含有這些分子，如，但不限于，本發(fā)明分子的鹽，例如，可以使用在此所述的富勒烯清除化合物的藥物學(xué)上可接受的鹽和藥物學(xué)上可接受的酯；含有本發(fā)明分子的制劑，包括但不限于用于個人護理的組合物，如油/水或水/油乳濁液；脂質(zhì)體制劑等；主-客包合物如環(huán)糊精復(fù)合物，等。
在此所述的分子可以和其他活性化合物用于組合物中，尤其是結(jié)合其他自由基清除劑，如生育酚，抗壞血酸，泛醌，類胡蘿卜素，花色素，類黃酮，硫辛酸等。本發(fā)明的富勒烯分子可以提供協(xié)同的化學(xué)效應(yīng)，借此富勒烯提高了或保持了組合物中一種或多種其他取代基自由基清除劑的功效。此外，考慮在此所述的富勒烯可以用于將另一種清除劑靶向至各種環(huán)境，和/或保持或提高各種環(huán)境中的功效，所述另一種清除劑如本文提及的通過本文所述化合物的X，Z，X’，Y’、Z’化學(xué)取代自由基清除劑的那些。本文所述的高級富勒烯還可以結(jié)合其他制劑物質(zhì)如穩(wěn)定劑，表面活性劑，乳化劑，防腐劑，UV吸收劑，抗炎劑或抗微生物劑來使用。
為了最好地解釋本發(fā)明的原理，選擇并描述了實施方案，因此其實際應(yīng)用能夠使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員以各種實施方案來最好地利用本發(fā)明并考慮適于特定用途的各種改進。
對在此所描述和說明的構(gòu)造和方法可以進行各種改進而不脫離本發(fā)明的范圍，確定以上描述中所包含的或附圖中所示的所有主題應(yīng)當解釋為說明性的而不是限制性的。例如，上述的方法可以容易地應(yīng)用至其他后生動物，包括但不限于人，而具有相同的結(jié)果。因此。本發(fā)明的外延和范圍不應(yīng)當受限于上述的任何實例實施方案的限制，而只是受到根據(jù)以下所附的權(quán)利要求及其等價方案的限定。
實施例實施例1.[84]PCBM的合成和表征用類似于關(guān)于[60]PCBM和[70]PCBM的方法來合成[84]PCBM(Hummelen等，J.Org.Chem.1995.60，532；Angew.Chem.2003，115，3493-3497)。通過以下方式的柱色譜法來獲得產(chǎn)物用CS2洗脫來產(chǎn)生未反應(yīng)的C84。然后開始用環(huán)己烷∶甲苯(1∶1(v/v))洗脫來獲得單加合物。將兩種級分蒸發(fā)至干，再溶解于最小量的鄰-二氯苯中并用MeOH沉淀。將所得到的懸浮液離心并將MeOH傾析掉。將獲得棕色沉淀用MeOH洗滌兩次、離心并傾析。將所獲得的棕色沉淀在50℃真空干燥2天。分離的產(chǎn)率；回收的C8448.6mg(4.8 10-2mmol，35％)。單加合物(異構(gòu)體的混合物)37.5mg(3.12 10-3mmol，23％)。IR(KBr)；v(cm-1)3446(m)，2942(m)，1737(s)，1628(m)，1600(w)，1517(w)，1493(w)，1455(s)，1434(s)，1384(m)，1330(m)，1261(m)，1155(m)，1056(w)，1034(s)，795(s)，749(s)，727(w)，702(s)，643(s)，576(m)，527(w)，515(w)，499(m)，455(w)，432(w)，426(w)，415(w)，405(w)。1H NMR(D2O，400MHz)；δ(ppm)8.0(d，J＝7.0Hz，2H)，7.89(d，J＝6.6Hz，2H)，7.58-7.41(m，3H)，7.26-7.23(m，3H)，3.65(s，3H)，3.64(s，3H)，3.63(s，3H)，3.47(m，2H)，3.27(m，2H)，3.09(t，J＝8.1Hz，2H)，2.54(t，J＝7.3Hz，2H)，2.51-2.46(m，2H)，2.28-2.22(m，2H)。13C NMR(CS2，100MHz)；δ(ppm)170.86，170.80，153.74，151.57，151.47，151.29，150.72，149.95，149.83，143.57，143.51，143.09，142.86，142.56，142.50，142.16，141.65，141.45，140.97，140.90，140.62，140.57，140.33，140.31，138.82，138.78，137.97，137.93，137.89，137.47，137.46，137.33，137.28，137.23，137.15，137.01，136.37，135.77，134.56，134.50，133.34，133.07，132.05，131.94，131.62，130.02，128.13，128.08，127.97，127.84，127.04，64.75，61.98，61.74，54.12，50.83，50.65，50.62，50.53，37.23，35.58，35.05，34.91，34.78，34.46，33.88，33.30，33.26，33.08，33.03，32.89，29.75，28.65，26.37，22.93，22.84，22.56，21.86，21.69，21.37，20.95，20.69，20.15。
實施例2.自由基清除效率的測定進行測試來研究高級富勒烯對抗香煙煙霧中存在的自由基(主要是過氧化氫自由基)的有效性。將香煙煙霧通過圓柱狀的，粗玻璃料進入溶解了自由基清除劑的溶劑(萘烷)中鼓泡。然后將煙霧引出該溶劑并通過第二個燒瓶，其中使用了受到自由基氧化時發(fā)出熒光的熒光探針(二氫若丹明6G(DHR 6G)，從Molecular Probes購得)。參見圖5。熒光信號的改變直接對應(yīng)于香煙煙霧的自由基含量，并因此測量了自由基清除劑減少自由基的尺度。每10秒種測量信號。圖6顯示了相同條件下測量的C84和維生素E的熒光信號的比較，維生素E通常用作自由基清除劑，也知道能有效對抗過氧化氫自由基。
可以看出，C84明顯地比維生素E清除了顯著更多的香煙煙霧中存在的自由基。因為過氧化氫自由基是香煙煙霧中存在的主要自由基種類，本發(fā)明的分子還有效防止生物系統(tǒng)中的氧化損害，其中過氧化氫自由基氧化是脂質(zhì)過氧化中的主要途徑。羥基自由基也存在于香煙煙霧中，并且同樣是生物系統(tǒng)中氧化應(yīng)激的重要原因。此外，清楚地看到C84清除自由基與[60]PCBM一樣，甚至在5支香煙后，在低于[60]PCMB的一半濃度時產(chǎn)生相同的自由基清除效果，顯示了C84是比C60更有效的自由基清除劑的可能性。
實施例3.不同濃度水平維生素E的比較進行測試來研究實施例2中測試裝置對作為清除香煙煙霧中存在的自由基(主要是過氧化氫自由基)的自由基清除劑的維生素E的不同濃度的靈敏度。將香煙煙霧通過圓柱狀的，粗玻璃料進入溶解了自由基清除劑的溶劑(萘烷)中鼓泡。然后將煙霧引出該溶劑并通過第二個燒瓶，其中使用了受到自由基氧化時發(fā)出熒光的熒光探針(二氫若丹明6G(DHR 6G)，從Molecular Probes購得)。參見圖5。熒光信號的改變直接對應(yīng)于香煙煙霧的自由基含量，并因此測量了自由基清除劑減少的自由基的尺度。每10秒種測量信號。圖6顯示了在相同條件下對150μM和300μM維生素E測得的熒光信號的比較，維生素E通常用作自由基清除劑，也知道能有效對抗過氧化氫自由基。可以清楚地看出，維生素E濃度從150μM翻倍至300μM產(chǎn)生非常小的偏差。因此115μM C84和300μM維生素E之間的熒光信號的差異相當于自由基清除效率的非常大的差異。
實施例4.C60和C84的促氧化活性的比較進行測試來研究高級富勒烯對抗香煙煙霧中存在的自由基(主要是過氧化氫自由基)的有效性。將香煙煙霧通過中等玻璃料進入溶解了自由基清除劑的溶劑(萘烷)中鼓泡，其產(chǎn)生許多較小的泡并導(dǎo)致更多的煙霧的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到所述溶劑中。然后將煙霧引出該溶劑并通過第二個燒瓶，其中使用了受到自由基氧化時發(fā)出熒光的熒光探針(二氫若丹明6G(DHR 6G)，從Molecular Probes購得)。參見圖5。熒光信號的改變直接對應(yīng)于香煙煙霧的自由基含量，并因此測量了自由基清除劑減少的自由基的尺度。每10秒種測量信號。圖7顯示了相同條件下測得的C84，C60和維生素E的熒光信號的比較，維生素E通常用作自由基清除劑，也知道能有效對抗過氧化氫自由基。
可以看出，C60比空白產(chǎn)生了更多的自由基，而與空白相比C84清除了自由基。該系統(tǒng)是復(fù)雜的，因為煙霧中存在許多自由基和非自由基種類，萘滿以高于富勒烯的濃度作為萘烷中的雜質(zhì)存在(萘滿可以作為H-供體自由基清除劑起作用)，其可以引起富勒烯自由基清除劑之間復(fù)雜的相互作用，并且煙霧運送至液體中可能是因素。此外，這些測試在直接光不存在下進行，因此單線態(tài)氧產(chǎn)生可能不是所見差異中的主要因素。過氧化氫自由基是香煙煙霧中存在的主要自由基種類，本發(fā)明的分子還有效地防止生物系統(tǒng)中的氧化損害，其中過氧化氫自由基氧化是脂質(zhì)過氧化中的主要途徑。羥基自由基也存在于香煙煙霧中，并且同樣是生物系統(tǒng)中氧化應(yīng)激的重要原因。
權(quán)利要求
1.清除靶中或靶周圍的自由基的方法，它包括將靶暴露于選自C84及其衍生物的自由基清除性化合物，該化合物的量和暴露時間足以降低靶中或靶周圍的自由基水平。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述自由基清除劑化合物沒有顯著增加由于自由基清除劑化合物的三重激發(fā)態(tài)引起的促氧化活性。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述靶是皮膚或粘膜基質(zhì)。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述自由基清除性化合物具有通式C84(Y)m，C84是富勒烯，并且其中Y是直接或間接與富勒烯連接的部分，其中m在1至約30的范圍內(nèi)，并且其中Y選自親脂性部分、親水性部分、兩親性部分、自由基清除性部分或生物位點特異性部分。
5.權(quán)利要求4的方法，其中Y包括親脂性部分，并且該親脂性部分選自烷烴、脂肪酸、脂肪酯胺、脂肪醇和脂肪胺部分。
6.權(quán)利要求4的方法，其中Y包括親脂性部分，并且所述化合物能夠轉(zhuǎn)運通過或溶解在生物系統(tǒng)中的脂質(zhì)相中。
7.權(quán)利要求4的方法，其中Y包括親水性部分。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述親水性部分選自聚-(環(huán)氧乙烷)、單-、二-或多-羥基化烷烴、單-、二-或多-羥基化的環(huán)烷烴、氨基烷烴、二氨基烷烴、單-、二-或多-糖、氫氧化物、銨基團、烷基化銨基團、磷酸酯、烷基磷酸酯、磺酸酯和烷基磺酸酯、膦基團、羧酸酯基團、磺酸基團、亞氨基季銨基團、imidine基團和imidinium基團。
9.權(quán)利要求7的方法，其中Y包括親水性部分，并且所述化合物能夠轉(zhuǎn)運通過或溶解在生物系統(tǒng)中的水相中。
10.權(quán)利要求4的方法，其中Y包括作為自由基清除劑獨立有效的化學(xué)部分。
11.權(quán)利要求4的方法，其中Y包括兩親性部分。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述兩親性部分選自聚乙二醇、聚(環(huán)氧乙烷)、丙二醇、聚(丙二醇)、己二醇、二乙二醇、丙二醇正-烷醇和乙二醇部分。
13.權(quán)利要求4的方法，其中Y包括靶向生物靶的部分，如[單克隆]抗體、蛋白質(zhì)、酶、蛋白質(zhì)激素、膜蛋白、類固醇、輔酶、輔因子、[寡]DNA、RNA、酶抑制劑、酶底物、特定的細胞或器官、組織。
14.清除靶中或靶周圍的自由基的方法，它包括將靶暴露于具有下式的化合物，該化合物的量和暴露時間足以降低靶中或靶周圍的自由基水平， 其中環(huán)Cn是富勒烯C84；其中X和Z相同或不同，并且其中X或Z獨立地選自親脂性部分、親水性部分、兩親性部分、自由基清除性部分。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述自由基清除劑化合物沒有顯著增加由于自由基清除劑化合物的三重激發(fā)態(tài)引起的促氧化活性。
16.權(quán)利要求14的方法，其中所述親脂性部分選自烷烴、脂肪酸、脂肪酯胺、脂肪醇和脂肪胺部分。
17.權(quán)利要求16的方法，其中X和Z中的一個或多個包括親脂性部分，并且所述化合物能夠轉(zhuǎn)運通過或溶解在生物系統(tǒng)中的脂質(zhì)相中。
18.權(quán)利要求14的方法，其中X或Z包括親水性部分。
19.權(quán)利要求17的方法，其中所述親水性部分選自聚(環(huán)氧乙烷)，單-、二-或多-羥基化烷烴，單-、二-或多-羥基化的環(huán)烷烴，氨基烷烴，二氨基烷烴，單-、二-或多-糖，氫氧化物，銨基團，烷基化銨基團，磷酸酯，烷基磷酸酯，磺酸酯和烷基磺酸酯，膦基團，羧酸酯基團，磺酸基團，亞氨基季銨基團，imidine基團和imidinium基團。
20.權(quán)利要求18的方法，其中X和Z中的一個或多個包括親水性部分，并且所述化合物能夠轉(zhuǎn)運通過或溶解在生物系統(tǒng)中的水相中。
21.權(quán)利要求14的方法，X和Z中的一個或多個包括作為自由基清除劑獨立有效的化學(xué)部分。
22.權(quán)利要求14的方法，其中X和Z中的一個或多個包括兩親性部分。
23.權(quán)利要求22的方法，其中所述兩性化合物選自聚乙二醇、聚(環(huán)氧乙烷)、丙二醇、聚(丙二醇)、己二醇、二乙二醇、丙二醇正-烷醇和乙二醇部分。
24.權(quán)利要求14的方法，其中X和Z中的一個或多個是非吸電子基團。
25.權(quán)利要求24的方法，其中所述非吸電子基團選自烷基、環(huán)烷基、取代的烷基、烷基芳基、烷基醚、烷基芳基醚、烷基硫醚、烷基芳基硫醚、烷基酯、烷基芳基酯、烷基硫酯、烷基芳基硫酯、烷基酰胺、烷基芳基酰胺、烷基胺、烷基芳基胺、烷基酐、烷基芳基酐、烷基碳酸酯(或羧酸)、烷基芳基碳酸酯、芳基烷基、芳基醚、芳基烷基醚、芳基硫醚、芳基烷基硫醚、芳基酯、芳基烷基酯、芳基硫酯、芳基烷基硫酯、芳基酰胺、芳基烷基酰胺、芳基胺、芳基烷基胺、芳基酐、芳基烷基酐、芳基碳酸酯(或羧酸)和芳基烷基碳酸酯。
26.權(quán)利要求1或14的方法，它進一步包括將靶暴露于至少一種另外的自由基清除性化合物。
27.權(quán)利要求1或14的方法，其中所述化合物進一步包括選擇用來增加或保持化合物的功效的添加劑。
28.具有以下通式的自由基清除性化合物， 其中環(huán)Cn是富勒烯C84，其中X是(C’)(R’)n，C’是芳基碳，并且X選自芳基、取代的芳基、雜芳基、取代的雜芳基部分；獨立地選擇R’使得X是非吸電子基團，并且n＝2；以及Z是(C”)(R”)n，并且C”是選自烷基、烯基、炔基和芳香族碳的碳原子且獨立地選擇R”使得Z是非吸電子基團，并且n＝1、2或3。
29.權(quán)利要求28的化合物，其中X＝X’和Z＝(A)(C’＝Q’)(Z’)(Y’)，其中X’選自芳基、取代的芳基、雜芳基和取代的雜芳基；A是含有1至20個碳原子的脂族基團；Q’是O、N或S；Z’是鹵素、O、N或S；且Z’結(jié)合C’；并且Y’是結(jié)合Z’的任何化學(xué)基團；或其任何鹽。
30.權(quán)利要求28的化合物，其中C’是芳基碳，并且X選自芳基、取代的芳基、雜芳基、取代的雜芳基部分，并且Z是(C”)(R”)n，并且C”是選自烷基、烯基、炔基和芳香族碳的碳原子且獨立地選擇R”使得Z是非吸電子基團。
31.權(quán)利要求28的化合物，其中C’是芳基碳，并且X選自芳基、取代的芳基、雜芳基、取代的雜芳基部分，并且Z是(C”)(R”)n，并且C”是烷基碳且Z獨立地選自烷基部分和帶有雜基團或官能團的烷基部分。
32.權(quán)利要求28的化合物，其中 其中n是1至20，并且R是任何化學(xué)基團。
33.權(quán)利要求28的化合物，其中R選自芳基、取代的芳基、雜芳基、取代的雜芳基部分。
34.權(quán)利要求28的化合物，其中R選自烷基部分和帶有雜基團或官能團的烷基部分。
35.權(quán)利要求28的化合物，其中所述化合物在富勒烯環(huán)上包括兩個至四個C(X)(Z)加合物。
36.權(quán)利要求28的化合物，其中所述富勒烯化合物包括[5，6]類富勒烯。
37.權(quán)利要求28的化合物，其中所述富勒烯化合物包括[6，6]亞甲基富勒烯。
38.權(quán)利要求28的化合物，其中所述非吸電子基團選自烷基、環(huán)烷基、取代的烷基、烷基芳基、烷基醚、烷基芳基醚、烷基硫醚、烷基芳基硫醚、烷基酯、烷基芳基酯、烷基硫酯、烷基芳基硫酯、烷基酰胺、烷基芳基酰胺、烷基胺、烷基芳基胺、烷基酐、烷基芳基酐、烷基碳酸酯(或羧酸)、烷基芳基碳酸酯、芳基烷基、芳基醚、芳基烷基醚、芳基硫醚、芳基烷基硫醚、芳基酯、芳基烷基酯、芳基硫酯、芳基烷基硫酯、芳基酰胺、芳基烷基酰胺、芳基胺、芳基烷基胺、芳基酐、芳基烷基酐、芳基碳酸酯(或羧酸)X和芳基烷基碳酸酯，Z是不同的。
39.權(quán)利要求28的化合物，其中所述化合物能夠降低靶中或靶周圍的自由基水平而沒有顯著增加促氧化活性，如通過避免自由基清除劑化合物的三重激發(fā)態(tài)。
40.權(quán)利要求28的化合物，其中X和Y中的一個或多個包括親脂性部分。
41.權(quán)利要求40的化合物，其中所述親脂性部分選自脂肪酸、脂肪胺、脂肪醇和脂肪胺部分。
42.權(quán)利要求40的化合物，其中所述化合物能夠轉(zhuǎn)運通過或溶解在生物系統(tǒng)中的脂質(zhì)相中。
43.權(quán)利要求28的化合物，其中X和Y中的一個或多個包括親水性部分。
44.權(quán)利要求43的化合物，其中所述化合物能夠轉(zhuǎn)運通過或溶解在生物系統(tǒng)中的水相中。
45.權(quán)利要求28的化合物，其中X和Y中的一個或多個包括作為自由基清除劑獨立有效的化學(xué)部分。
46.權(quán)利要求28的化合物，其中X和Y中的一個或多個包括兩親性部分。
47.權(quán)利要求46的化合物，其中所述兩親性化合物選自聚乙二醇、聚(環(huán)氧乙烷)、丙二醇、己二醇、二乙二醇、丙二醇正-烷醇和乙二醇部分。
48.權(quán)利要求28的化合物，其中X和Y中的一個或多個是非吸電子基團。
49.權(quán)利要求48的化合物，其中所述非吸電子基團選自烷基、環(huán)烷基、取代的烷基、烷基芳基、烷基醚、烷基芳基醚、烷基硫醚、烷基芳基硫醚、烷基酯、烷基芳基酯、烷基硫酯、烷基芳基硫酯、烷基酰胺、烷基芳基酰胺、烷基胺、烷基芳基胺、烷基酐、烷基芳基酐、烷基碳酸酯(或羧酸)、烷基芳基碳酸酯、芳基烷基、芳基醚、芳基烷基醚、芳基硫醚、芳基烷基硫醚、芳基酯、芳基烷基酯、芳基硫酯、芳基烷基硫酯、芳基酰胺、芳基烷基酰胺、芳基胺、芳基烷基胺、芳基酐、芳基烷基酐、芳基碳酸酯(或羧酸)和芳基烷基碳酸酯。
50.改變生物系統(tǒng)中自由基介導(dǎo)的化學(xué)途徑的方法，它包括使生物系統(tǒng)中存在的自由基種類與選自C84及其功能化衍生物的化合物反應(yīng)，該化合物的量和反應(yīng)時間足以降低靶中或靶周圍的自由基水平。
51.權(quán)利要求50的方法，其中所述自由基清除劑化合物沒有顯著增加由于自由基清除劑化合物的三重激發(fā)態(tài)引起的促氧化活性。
52.減少生物系統(tǒng)中氧化應(yīng)激的方法，它包括使生物系統(tǒng)中存在的自由基種類與選自C84及其功能化衍生物的化合物反應(yīng)，該化合物的量和反應(yīng)時間足以降低靶中或靶周圍的自由基水平。
53.權(quán)利要求52的方法，其中所述自由基清除劑化合物沒有顯著增加由于自由基清除劑化合物的三重激發(fā)態(tài)引起的促氧化活性。
54.防止或減少生物系統(tǒng)中脂質(zhì)過氧化的方法，它包括將生物系統(tǒng)暴露于選自C84及其功能化衍生物的化合物，該化合物的量和暴露時間足以降低靶中或靶周圍的自由基水平。
55.權(quán)利要求54的方法，其中所述自由基清除劑化合物沒有顯著增加由于自由基清除劑化合物的三重激發(fā)態(tài)引起的促氧化活性。
56.權(quán)利要求50、52或54的方法，其中所述自由基清除劑化合物具有通式Cn(Y)m，其中Cx是C84富勒烯，并且其中Y是直接或間接與富勒烯連接的部分，其中m是1至30，并且其中Y選自親脂性部分、親水性部分、兩親性部分、自由基清除性部分。
57.一種組合物，它包含生物相容的載體；和具有下式的化合物， 其中環(huán)Cn是富勒烯C84；其中X和Z相同或不同，并且其中X或Z獨立地選自親脂性部分、親水性部分、兩親性部分、自由基清除性部分，其量和時間足以降低靶中或靶周圍的自由基水平而沒有顯著增加由于自由基清除劑化合物的三重激發(fā)態(tài)引起的促氧化活性。
全文摘要
化學(xué)官能化的富勒烯作為自由基清除劑適用于各種應(yīng)用中。這些化學(xué)官能化的富勒烯提供了保持富勒烯籠的高固有自由基清除效率以及容易地合成化學(xué)和物理特性被合乎需要改變的富勒烯衍生物和單個異構(gòu)體的優(yōu)點。此外，它們基于常用的中間產(chǎn)物化學(xué)且中間產(chǎn)物可以容易地被官能化并適于各種需要。
文檔編號A61K31/135GK1906149SQ200480040510
公開日2007年1月31日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月15日
發(fā)明者D·L·克朗霍爾姆, J·C·赫梅倫 申請人:Nano-C公司