双(β-羧乙基)锗氢氧化物的合成及其生物活性
作者：王志强 陈 继 刘启民 张树功1 李德谦
单位：中国科学院长春应用化学研究所稀土化学与物理开放实验室，长春 130022
关键词：双(β-羧乙基)锗氢氧化物；合成；生物活性
SynthesisSynthesis,Properties and Bioactivities
of Di(β-Carboxylethyl)Germanium Dihydroxide
Wang Zhiqiang,Chen Ji,Liu Qimin,Zhang Shugong,Li Deqian
Laboratory of Rare Earth Chemistry and Physics,Changchun Institute of
, http://www.100md.com
Applied Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130022
Abstract A simple and efficient synthetic method of the title compound has been advanced.The structure and chem-physical properties were characterized.The activity of cleaning superoxy anion and hydroxy radical is lower than that of Ge-132.But the activity of inhibition mitosis of the QGY cells of the human liver cancer is obviously higher than that of Ge-132.
Key words di(β-carboxylethyl)germanium dihydroxide;synthesis;bioactivity
, 百拇医药
β-羧乙基锗倍半氧化物(Ge-132)及其衍生物是一大类具有调节机体免疫和维持体内代谢平衡的单有机锗化合物〔1〕.为改善其亲油亲水匹配性能，提高其抗癌药效，设计合成了一类新型双有机取代锗氢氧化物〔2〕.本文报道了其中的双(β-羧乙基)锗氢氧化物(简称DOG)的合成及其清除O-·2和OH·自由基作用和抑制人肝癌细胞有丝分裂活性.
双(β-羧乙基)锗氢氧化物的合成
将15 g(0.06 mol)固体β-羧乙基锗三氯化物(Cl3GeCH2CH2COOH)〔3〕加到盛有12 g(0.12 mol)还原剂NaH2PO2*H2O和33 mL盐酸(9 mol*L-1)的圆底烧瓶内，装上回流冷凝管，加热回流反应至固体反应物完全溶解.冷却至室温后加入4.5 mL(0.06 mol)丙烯酸，继续加热回流反应8 h.室温静置15 h，析出白色晶体，收集晶体产物并溶于少量水，搅拌水解1 h，浓缩后析出白色固体产物.将其溶于丙酮，滤除少量不溶的Ge-132副产物，浓缩后得白色晶体粉末10.8 g，收率：62.3 %.元素分析，实验值(%)：Ge 25.17，C 24.48，H 5.24；计算值(%)：Ge 25.16，C 24.95，H 5.54.
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IR(KBr) cm-1:1700(νC＝O)，1421(νCOOH)，2920和2720(νCH)，1334(δCH2)，3250(νH2O)，1630(δH2O)，899和737.5(νGe—OH).1H-NMR(D2O)δ:1.67(β-CH2，4H)，2.73(α-CH2，4H)为2组3重峰.FAB-MS m/e：255(M+)，311(M+甘油-2H2O)+，237(M-H2O)+,219(M-2H2O)+，147(含Ge碎片离子).以上各峰均存在由5条谱线组成的精细结构，它们之间的强度比与Ge的5种稳定同位素的相对丰度对应.
, 百拇医药
上述合成工艺避免了相关文献〔4〕报道的采用气相反应和反复的精馏分离等复杂操作，使合成反应全部在常温常压溶液中进行，操作简便，副反应少，收率较高.本法采用过量次亚磷酸钠为还原剂，控制还原和加成反应介质酸度为9 mol·L-1盐酸，主要副产物Ge-132可在重结晶过程中除去.合成路线见图1.
Fig.1 The synthetic route of di(β-carboxylethyl)germanium dihydroxide
a:PR(0.26 mmol/L) b:PR+DOG(5.86 mmol/L) c:PR+Ge-132(5.05 mmol/L)
Fig.2 Effect of DOG and Ge-132 on selfoxidation curve of pyrogallic acid
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消除自由基活性试验
通过测量邻苯三酚(PR)在25℃，pH 8.4的Tris-HCl缓冲溶液中的自氧化产物在323 nm吸光度值(表示O·2的浓度)，观察有机锗化合物对溶液中O·2的清除活性(结果示于图2)，可以看出，DOG和Ge-132均具有清除超氧阴离子活性，但DOG的清除活性明显比Ge-132弱.
用紫外光照射4%过氧化氢的0.1 mol·L-1 PBN(phenyl-t-butil-nitrone)溶液的ESR谱显示：自旋捕获复合物PBN-OH·的谱峰为3×2重等高谱线，g=2.0063，aN=1.53 mT,aH=0.27 mT.加入相同浓度的DOG或Ge-132后，谱形不变，峰高分别降低15%和40%，表明二者均具有清除OH·自由基活性.但同样是DOG比Ge-132弱，是否与其分子中Ge-OH键数目减少有关，则有待进一步研究.
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抑制癌细胞有丝分裂活性试验
将处于指数增生期的QGY人肝癌细胞，用含10%胎牛血清的1640培养液配成5×104个/mL的细胞悬液，接种到放入盖片的培养皿中，每皿5 mL，置37℃，5%二氧化碳温箱培养.24 h后，取生长良好者分为生理盐水对照组和Ge-132及DOG试验组，继续培养24 h后，固定，染色，光镜下统计细胞有丝分裂指数(MI)，结果列于表1.当培养液中DOG和Ge-132浓度为0.01 mmol*L-1时，MI值均明显下降，但两者间差别不明显，无统计学意义.当浓度为1.0 mmol·L-1时，二者均显著抑制细胞的有丝分裂，并且二者间存在显著差异，DOG的抑制活性显著大于Ge-132.当有机锗浓度为2.5 mmol·L-1时，二者之间又无明显差异，但在DOG处理组的细胞中出现大量裸核，Ge-132组则不出现.显示两种锗化合物抑制癌细胞有丝分裂的机制可能不完全相同，DOG似乎对癌细胞具有更强的破坏作用.
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Tab.1 Effect of DOG and Ge-132 on mitoses of the QGY cells human liver cancer
Compds.
MI(‰)
0
0.01
0.1
1.0
2.5(mmol*L-1)
physiological saline
17.75
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Ge-132
14.50
11.40
8.00
1.00
DOG
14.00
7.25
1.25
1.00
P1
>0.05
≤0.05
, 百拇医药
≤0.01
≤0.01
P2
>0.05
>0.05
≤0.05
P1:the difference of DOG group to physiological saline group，P2：the difference of DOG group to Ge-132 group参 考 文 献
1.秋叶光雄，柿本纪博.Poly[3,3′-(1,3-dioxo-1，3-digermoxanediyl)bispropanoic acid](Ge-132).を起点とする药理活性有机ゲルマニゥム化合物の合成研究.日本化学会志，1994，(3)：286～300
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2.张树功，刘启民.水溶性双有机取代锗化合物的合成.中国发明专利公报，95100844.7，1996-10-23
3.张树功，上官国强，倪嘉缵.β-羧乙基锗倍半氧化物的性质及在水溶液中与某些生物底物的作用.化学学报，1990，48：879～883
4.Lenard M Rice,James W Wheeler,Charles F Geshickter.Synthesis of 4,4-dialkyl-4-germacyclohexanone and 8，8-dialkyl-8-germaazaspero[4，5]decanes.J Heterocycl Chem,1974，11(6)：1041～1047
收稿日期:1999-01-10, http://www.100md.com(作者：王志强 陈 继 刘启民 张树功1 李德谦)
单位：中国科学院长春应用化学研究所稀土化学与物理开放实验室，长春 130022
关键词：双(β-羧乙基)锗氢氧化物；合成；生物活性
SynthesisSynthesis,Properties and Bioactivities
of Di(β-Carboxylethyl)Germanium Dihydroxide
Wang Zhiqiang,Chen Ji,Liu Qimin,Zhang Shugong,Li Deqian
Laboratory of Rare Earth Chemistry and Physics,Changchun Institute of
, http://www.100md.com
Applied Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130022
Abstract A simple and efficient synthetic method of the title compound has been advanced.The structure and chem-physical properties were characterized.The activity of cleaning superoxy anion and hydroxy radical is lower than that of Ge-132.But the activity of inhibition mitosis of the QGY cells of the human liver cancer is obviously higher than that of Ge-132.
Key words di(β-carboxylethyl)germanium dihydroxide;synthesis;bioactivity
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β-羧乙基锗倍半氧化物(Ge-132)及其衍生物是一大类具有调节机体免疫和维持体内代谢平衡的单有机锗化合物〔1〕.为改善其亲油亲水匹配性能，提高其抗癌药效，设计合成了一类新型双有机取代锗氢氧化物〔2〕.本文报道了其中的双(β-羧乙基)锗氢氧化物(简称DOG)的合成及其清除O-·2和OH·自由基作用和抑制人肝癌细胞有丝分裂活性.
双(β-羧乙基)锗氢氧化物的合成
将15 g(0.06 mol)固体β-羧乙基锗三氯化物(Cl3GeCH2CH2COOH)〔3〕加到盛有12 g(0.12 mol)还原剂NaH2PO2*H2O和33 mL盐酸(9 mol*L-1)的圆底烧瓶内，装上回流冷凝管，加热回流反应至固体反应物完全溶解.冷却至室温后加入4.5 mL(0.06 mol)丙烯酸，继续加热回流反应8 h.室温静置15 h，析出白色晶体，收集晶体产物并溶于少量水，搅拌水解1 h，浓缩后析出白色固体产物.将其溶于丙酮，滤除少量不溶的Ge-132副产物，浓缩后得白色晶体粉末10.8 g，收率：62.3 %.元素分析，实验值(%)：Ge 25.17，C 24.48，H 5.24；计算值(%)：Ge 25.16，C 24.95，H 5.54.
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IR(KBr) cm-1:1700(νC＝O)，1421(νCOOH)，2920和2720(νCH)，1334(δCH2)，3250(νH2O)，1630(δH2O)，899和737.5(νGe—OH).1H-NMR(D2O)δ:1.67(β-CH2，4H)，2.73(α-CH2，4H)为2组3重峰.FAB-MS m/e：255(M+)，311(M+甘油-2H2O)+，237(M-H2O)+,219(M-2H2O)+，147(含Ge碎片离子).以上各峰均存在由5条谱线组成的精细结构，它们之间的强度比与Ge的5种稳定同位素的相对丰度对应.
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上述合成工艺避免了相关文献〔4〕报道的采用气相反应和反复的精馏分离等复杂操作，使合成反应全部在常温常压溶液中进行，操作简便，副反应少，收率较高.本法采用过量次亚磷酸钠为还原剂，控制还原和加成反应介质酸度为9 mol·L-1盐酸，主要副产物Ge-132可在重结晶过程中除去.合成路线见图1.
Fig.1 The synthetic route of di(β-carboxylethyl)germanium dihydroxide
a:PR(0.26 mmol/L) b:PR+DOG(5.86 mmol/L) c:PR+Ge-132(5.05 mmol/L)
Fig.2 Effect of DOG and Ge-132 on selfoxidation curve of pyrogallic acid
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消除自由基活性试验
通过测量邻苯三酚(PR)在25℃，pH 8.4的Tris-HCl缓冲溶液中的自氧化产物在323 nm吸光度值(表示O·2的浓度)，观察有机锗化合物对溶液中O·2的清除活性(结果示于图2)，可以看出，DOG和Ge-132均具有清除超氧阴离子活性，但DOG的清除活性明显比Ge-132弱.
用紫外光照射4%过氧化氢的0.1 mol·L-1 PBN(phenyl-t-butil-nitrone)溶液的ESR谱显示：自旋捕获复合物PBN-OH·的谱峰为3×2重等高谱线，g=2.0063，aN=1.53 mT,aH=0.27 mT.加入相同浓度的DOG或Ge-132后，谱形不变，峰高分别降低15%和40%，表明二者均具有清除OH·自由基活性.但同样是DOG比Ge-132弱，是否与其分子中Ge-OH键数目减少有关，则有待进一步研究.
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抑制癌细胞有丝分裂活性试验
将处于指数增生期的QGY人肝癌细胞，用含10%胎牛血清的1640培养液配成5×104个/mL的细胞悬液，接种到放入盖片的培养皿中，每皿5 mL，置37℃，5%二氧化碳温箱培养.24 h后，取生长良好者分为生理盐水对照组和Ge-132及DOG试验组，继续培养24 h后，固定，染色，光镜下统计细胞有丝分裂指数(MI)，结果列于表1.当培养液中DOG和Ge-132浓度为0.01 mmol*L-1时，MI值均明显下降，但两者间差别不明显，无统计学意义.当浓度为1.0 mmol·L-1时，二者均显著抑制细胞的有丝分裂，并且二者间存在显著差异，DOG的抑制活性显著大于Ge-132.当有机锗浓度为2.5 mmol·L-1时，二者之间又无明显差异，但在DOG处理组的细胞中出现大量裸核，Ge-132组则不出现.显示两种锗化合物抑制癌细胞有丝分裂的机制可能不完全相同，DOG似乎对癌细胞具有更强的破坏作用.
, http://www.100md.com
Tab.1 Effect of DOG and Ge-132 on mitoses of the QGY cells human liver cancer
Compds.
MI(‰)
0
0.01
0.1
1.0
2.5(mmol*L-1)
physiological saline
17.75
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Ge-132
14.50
11.40
8.00
1.00
DOG
14.00
7.25
1.25
1.00
P1
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≤0.05
, 百拇医药
≤0.01
≤0.01
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P1:the difference of DOG group to physiological saline group，P2：the difference of DOG group to Ge-132 group参 考 文 献
1.秋叶光雄，柿本纪博.Poly[3,3′-(1,3-dioxo-1，3-digermoxanediyl)bispropanoic acid](Ge-132).を起点とする药理活性有机ゲルマニゥム化合物の合成研究.日本化学会志，1994，(3)：286～300
, http://www.100md.com
2.张树功，刘启民.水溶性双有机取代锗化合物的合成.中国发明专利公报，95100844.7，1996-10-23
3.张树功，上官国强，倪嘉缵.β-羧乙基锗倍半氧化物的性质及在水溶液中与某些生物底物的作用.化学学报，1990，48：879～883
4.Lenard M Rice,James W Wheeler,Charles F Geshickter.Synthesis of 4,4-dialkyl-4-germacyclohexanone and 8，8-dialkyl-8-germaazaspero[4，5]decanes.J Heterocycl Chem,1974，11(6)：1041～1047
收稿日期:1999-01-10, http://www.100md.com(作者：王志强 陈 继 刘启民 张树功1 李德谦)