[发明专利]一种结构确定的水溶性富勒烯衍生物及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种结构确定的水溶性富勒烯衍生物及其制备方法和应用。本发明中的富勒烯水溶性衍生物能够确定其准确的结构，而且能够溶于水，制备工艺简单，产率高，能够很好的解决富勒烯材料难以溶解在水中的问题，在生物医学方面有广泛的应用。

技术领域

本发明涉及一种确定结构的水溶性富勒烯/金属富勒烯衍生物的制备方法。

背景技术

富勒烯及内嵌金属富勒烯作为一种新型碳纳米材料，由于其独特的结构和物理化学性质，在生物、医学、超导、光学及催化等多领域有着极为广阔的应用前景。在生物和医学领域，富勒烯及其衍生物具有抗氧化活性和细胞保护作用、抗菌活性、抗病毒作用、载带药物和肿瘤治疗等活性。但是富勒烯本身难以直接溶于生物友好介质中，且制备过程中残留的有机溶剂容易引起生物毒性，富勒烯需要进行合适的化学修饰来进一步改善其生物活性。改善富勒烯的水溶性目前较为常用的方法有以下三种：(1)超声制备富勒烯水溶液；(2)制备富勒烯的水溶性包结物；(3)在富勒烯碳笼表面结合水溶性基团，合成富勒烯衍生物。目前研究比较多的就是在富勒烯的表面加上多个强极性基团合成水溶性的富勒烯衍生物，通过引入新的基团，如-OH等，同时赋予富勒烯新的物理化学性质。富勒醇具有良好的水溶性，保存了富勒烯球的部分结构和性质，在生物医学方面的报道很多，但是富勒醇在制备过程中，羟基的引入过程不好控制，得到的富勒醇产物是含有不同位置、不同数目羟基的富勒醇混合物。此外，大多数的富勒烯水溶性衍生物结构不定，对其在体内的分析造成了困难。研究一种结构确定的、制备工艺简单、高效的富勒烯水溶性衍生物对于解决其生物相容性，进一步研究其在生物医学方面的应用具有重要的意义。

发明内容

为解决现有技术中富勒烯水溶性差，限制其在生物医学领域的应用；富勒烯衍生物的结构复杂和不确定性对于物理化学性质的分析以及作用机理研究受到影响。本发明针对富勒烯和金属富勒烯的特性，开发了一种结构确定的水溶性的富勒烯衍生物及其制备方法。

在一方面，本发明提供了一种水溶性富勒烯衍生物，其结构式如式(I)化合物所示：

其中：表示富勒烯/金属富勒烯；n＝1-6，例如1、2、3、4、5、6；R₁是H或不存在，R₂为阳离子或碱性基团。

根据前述任一方面，所述阳离子选自Na⁺、K⁺、NH⁴⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Ag⁺等。

根据前述任一方面，所述碱性基团选自氨基、亚氨基、胺基、叠氮基。

根据前述任一方面，所述碱性基团是氨基酸，所述氨基酸选自丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺；芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸；杂环族氨基酸：组氨酸、色氨酸；杂环亚氨基酸：脯氨酸等，优选赖氨酸。

根据前述任一方面，所述水溶性富勒烯衍生物结构为

在一方面，本发明提供了一种水溶性富勒烯衍生物的制备方法，所述方法包括：

(1)将富勒烯通过加成反应制备得到富勒烯酯基衍生物；

(2)将步骤(1)所得的富勒烯酯基衍生物进行水解得到相应的羧酸衍生物产物；

(3)将步骤(2)所得的羧酸产物与碱性物质进行成盐反应获得相应的富勒烯盐衍生物。