林 濤，鐘志京，李群嶺，輝永慶

(中國工程物理研究院核物理與化學研究所，四川 綿陽 621900)

C60作為富勒烯家族的典型代表，它的發(fā)現(xiàn)是世界科學史上的一個重要的里程碑［1］。十余年來，全世界幾乎所有的著名大學和研究所的科學家都進行了與富勒烯有關的研究工作。這些研究工作涉及物理學、化學以及材料科學的各個領域，同時對生物學、醫(yī)學、天文學以及地質學等也產(chǎn)生了巨大的沖擊，使富勒烯家族成為當前科學界研究的熱點。其中C60衍生物在生物及生物化學方面的探索研究是當前最具活力的前沿領域之一，許多具有不同生物功用的 C60衍生物被制備和報道［2～4］。

C60獨特的結構賦予它許多特殊的物理、化學性質。如C60通過光誘導產(chǎn)生單重態(tài)氧高達100%，被喻為“單重態(tài)的發(fā)生器”;C60極易與游離基反應，被喻為“吸收游離基的海綿”［5］;C60的體積與HIV病毒活性中心的孔穴大小相匹配，又可能堵住洞口，切斷病毒的營養(yǎng)供給;C60有30個雙鍵，可以發(fā)生多種化學反應，是藥物設計的理想基體，可以根據(jù)需要接上多種基團，人們把C60喻為藥物設計中的“化學針插”。C60的這些特性引起了生物化學家、藥物學家的濃厚興趣，并已在富勒烯及其衍生物的生物活性方面取得了一些令人振奮的結果。

隨著原子能在國防，以及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、科技等國民經(jīng)濟各領域的普及應用，核能在巨大造福人類的同時，也給當今世界帶來嚴重的核輻射危險。因此，世界各國都十分重視對核輻射的防護研究。我國是一個核大國，做好我國我軍核輻射損傷防護工作任重道遠，形勢嚴峻。

在輻射損傷防護工作中，重要的措施是尋找有效輻射防護劑。然而，目前國內外已有的輻射防護劑還不理想，主要問題是防護效價低、毒副作用多，而且主要針對γ射線所致的輻射損傷，對高LET的中子照射和γ射線所致復合輻射損傷的防護效果很差。電離輻射對生物體構成損傷，主要來自兩方面的作用:一是輻射能量傳遞的直接作用，二是間接作用。電離輻射造成的生物體損傷主要是由于其間接作用引起的。輻射防護劑研究的主要思路是緩解和阻斷輻射所致大量自由基的間接作用，從而提高機體抗放能力。因此，清除自由基成為輻射防護研究的重點。

富勒烯是由60個碳原子組成中空籠狀結構的碳的第3種同素異型體。實驗證明超氧化物游離基被多羚基富勒醇俘獲，俘獲效率可高達85%。已有研究表明富勒烯及其衍生物吸收自由基，保護缺血再灌注對人神經(jīng)細胞、肺上皮細胞的損傷，保護紫外線對人角化細胞損傷。盡管富勒烯被喻為“吸收游離基的海綿”，但由于富勒烯水溶性很低，阻礙了其在生物學上的應用，解決富勒烯水溶性的方案以往主要有以下3種措施:(1)制備富勒烯水溶性包結物;(2)制備富勒烯水溶膠;(3)在富勒烯碳籠上添加水溶性基團，合成制備富勒烯的水溶性衍生物。

3種方法中以制備水溶性富勒烯衍生物最具有前景。

本課題制備出了一種水溶性富勒烯衍生物—C60乙二胺衍生物，并對其進行了紅外光譜和電噴霧質譜的表征，為后期的輻照生物實驗做了良好的鋪墊。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑和儀器

C60(西南科技大學提供)，純度大于99%;其余試劑均為色譜純。

傅里葉變換紅外光譜儀 (美國 Nicolet公司Nicolet 6700型);電噴霧質譜儀 (Thermo)。

1.2 C60乙二胺衍生物的合成

參照文獻 ［6，7］，并對反應時間和加入溶劑的體積作出了適當?shù)母倪M，形成了新的富勒烯乙二胺的合成路線，如下所示。

向125 mL三角瓶內加入100 mg C60和30 mL乙二胺，氮氣保護下室溫攪拌反應4 d。然后向體系內加入60 mL甲醇，離心。將所得粗產(chǎn)物溶于3 mL蒸餾水中，加入50 mL甲醇，離心。所得沉淀物再用甲醇清洗兩次，真空干燥，得到110.6 mg褐色固體。該固體易溶于水。

2 結果與討論

2.1 紅外吸收光譜表征

圖1是C60乙二胺衍生物的紅外吸收光譜。

圖1 紅外吸收光譜Fig.1 FTIR spectrum

如圖1所示，3276.64 cm－1歸屬于NH2的振動 峰，2862.49 cm－1歸屬于-CH2的對稱振動峰，1573.06 cm－1歸屬于-NH2的振動峰。1322.04 cm－1和1232.71 cm－1歸屬于C-N的振動峰，這應該是乙二胺連接在C60上使C-N發(fā)生了偏移。這些都表明乙二胺已連接在C60上。

2.2 電噴霧質譜表征

已發(fā)現(xiàn)C60和胺在惰性氣氛下反應，得到多胺基加合物［6，7］，在空氣中反應，則在加合胺的同時也加合了氧，得到C60OnXm(X為胺)［6］。C60乙二胺衍生物可以表示為C60(NH2CH2CH2NH2)m，圖2是C60乙二胺衍生物的電噴霧質譜總離子流圖，圖3是C60乙二胺衍生物的電噴霧質譜離子質譜圖。

由圖可看出，C60乙二胺衍生物的質譜圖較為 復雜，這是由于質譜儀在運行過程中由于溶劑的組成和各種添加劑不同，以及樣品的雜質等復雜原因，都可能導致電噴霧質譜的譜圖復雜化，常常共存多種加合物離子。常見的加合物離子有陽離子復合物 ［M+H］+、［M+Na］+、［M+K］+等，溶劑簇離子 ［M+H2O+H］+， ［M+CH3OH+H］+，［M+CH3CN+H］+等［8］(M 表示 C60衍生物)。對合成的C60乙二胺衍生物結構式分析如表1。

表1 C60與乙二胺加成產(chǎn)物的電噴霧質譜分析結果Tab.1 Analysis results of ESI-MS data

如表1所示，可以得出C60與乙二胺的加成產(chǎn)物主要有C60NH2CH2CH2NH2、C60(NH2CH2CH2NH2)2、C60(NH2CH2CH2NH2)3和C60(NH2CH2CH2NH2)4。該產(chǎn)物的純度測試和精密合成實驗正在進行中。

3 結論

本文制備了一種水溶性富勒烯衍生物C60(NH2CH2CH2NH2)m，并對其進行了紅外吸收光譜和電噴霧質譜的表征。紅外吸收光譜結果表明乙二胺已連接在C60上，電噴霧質譜結果表明C60與乙二胺的加成產(chǎn)物主要有C60NH2CH2CH2NH2、C60(NH2CH2CH2NH2)2、C60(NH2CH2CH2NH2)3和C60(NH2CH2CH2NH2)4。該衍生物的輻照生物實驗正在進行之中。

［1］Kroto H W，Weath J R，Curl R F.C60:Buckminster fullerene.Nature［J］.Mutat.Res，1985，318(14):162-164.

［2］Friedman S M ，DeCamp D L，Sijbesma R P，et al.In hibition of the HIV-1 Protease by Fullerene Derivatives:Model Building Studies and Experimental Verification［J］.J A m Chem Soc，1993，115(15):6506-6509.

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［5］Charles N，McEwen，Richard G McKay，Barbara S Larsen.C60as a radical sponge［J］.J.Am.Chem.Soc.，1992，114(11):4412-4414.

［6］Wudl F，Hirsch A，Khemani K C.et al.In Fullerenes［J］.ACS Symp.Ser，1992，481:161.

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［8］蔣宏建，俞克佳譯.電噴霧質譜應用技術(第一版)［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2005.