林 涛，钟志京，李群岭，辉永庆

(中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川 绵阳 621900)

C60作为富勒烯家族的典型代表，它的发现是世界科学史上的一个重要的里程碑［1］。十余年来，全世界几乎所有的著名大学和研究所的科学家都进行了与富勒烯有关的研究工作。这些研究工作涉及物理学、化学以及材料科学的各个领域，同时对生物学、医学、天文学以及地质学等也产生了巨大的冲击，使富勒烯家族成为当前科学界研究的热点。其中C60衍生物在生物及生物化学方面的探索研究是当前最具活力的前沿领域之一，许多具有不同生物功用的 C60衍生物被制备和报道［2～4］。

C60独特的结构赋予它许多特殊的物理、化学性质。如C60通过光诱导产生单重态氧高达100%，被喻为“单重态的发生器”;C60极易与游离基反应，被喻为“吸收游离基的海绵”［5］;C60的体积与HIV病毒活性中心的孔穴大小相匹配，又可能堵住洞口，切断病毒的营养供给;C60有30个双键，可以发生多种化学反应，是药物设计的理想基体，可以根据需要接上多种基团，人们把C60喻为药物设计中的“化学针插”。C60的这些特性引起了生物化学家、药物学家的浓厚兴趣，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奋的结果。

随着原子能在国防，以及工业、农业、医疗、科技等国民经济各领域的普及应用，核能在巨大造福人类的同时，也给当今世界带来严重的核辐射危险。因此，世界各国都十分重视对核辐射的防护研究。我国是一个核大国，做好我国我军核辐射损伤防护工作任重道远，形势严峻。

在辐射损伤防护工作中，重要的措施是寻找有效辐射防护剂。然而，目前国内外已有的辐射防护剂还不理想，主要问题是防护效价低、毒副作用多，而且主要针对γ射线所致的辐射损伤，对高LET的中子照射和γ射线所致复合辐射损伤的防护效果很差。电离辐射对生物体构成损伤，主要来自两方面的作用:一是辐射能量传递的直接作用，二是间接作用。电离辐射造成的生物体损伤主要是由于其间接作用引起的。辐射防护剂研究的主要思路是缓解和阻断辐射所致大量自由基的间接作用，从而提高机体抗放能力。因此，清除自由基成为辐射防护研究的重点。

富勒烯是由60个碳原子组成中空笼状结构的碳的第3种同素异型体。实验证明超氧化物游离基被多羚基富勒醇俘获，俘获效率可高达85%。已有研究表明富勒烯及其衍生物吸收自由基，保护缺血再灌注对人神经细胞、肺上皮细胞的损伤，保护紫外线对人角化细胞损伤。尽管富勒烯被喻为“吸收游离基的海绵”，但由于富勒烯水溶性很低，阻碍了其在生物学上的应用，解决富勒烯水溶性的方案以往主要有以下3种措施:(1)制备富勒烯水溶性包结物;(2)制备富勒烯水溶胶;(3)在富勒烯碳笼上添加水溶性基团，合成制备富勒烯的水溶性衍生物。

3种方法中以制备水溶性富勒烯衍生物最具有前景。

本课题制备出了一种水溶性富勒烯衍生物—C60乙二胺衍生物，并对其进行了红外光谱和电喷雾质谱的表征，为后期的辐照生物实验做了良好的铺垫。

1 实验部分

1.1 实验试剂和仪器

C60(西南科技大学提供)，纯度大于99%;其余试剂均为色谱纯。

傅里叶变换红外光谱仪 (美国 Nicolet公司Nicolet 6700型);电喷雾质谱仪 (Thermo)。

1.2 C60乙二胺衍生物的合成

参照文献 ［6，7］，并对反应时间和加入溶剂的体积作出了适当的改进，形成了新的富勒烯乙二胺的合成路线，如下所示。

向125 mL三角瓶内加入100 mg C60和30 mL乙二胺，氮气保护下室温搅拌反应4 d。然后向体系内加入60 mL甲醇，离心。将所得粗产物溶于3 mL蒸馏水中，加入50 mL甲醇，离心。所得沉淀物再用甲醇清洗两次，真空干燥，得到110.6 mg褐色固体。该固体易溶于水。

2 结果与讨论

2.1 红外吸收光谱表征

图1是C60乙二胺衍生物的红外吸收光谱。

图1 红外吸收光谱Fig.1 FTIR spectrum

如图1所示，3276.64 cm－1归属于NH2的振动 峰，2862.49 cm－1归属于-CH2的对称振动峰，1573.06 cm－1归属于-NH2的振动峰。1322.04 cm－1和1232.71 cm－1归属于C-N的振动峰，这应该是乙二胺连接在C60上使C-N发生了偏移。这些都表明乙二胺已连接在C60上。

2.2 电喷雾质谱表征

已发现C60和胺在惰性气氛下反应，得到多胺基加合物［6，7］，在空气中反应，则在加合胺的同时也加合了氧，得到C60OnXm(X为胺)［6］。C60乙二胺衍生物可以表示为C60(NH2CH2CH2NH2)m，图2是C60乙二胺衍生物的电喷雾质谱总离子流图，图3是C60乙二胺衍生物的电喷雾质谱离子质谱图。

由图可看出，C60乙二胺衍生物的质谱图较为 复杂，这是由于质谱仪在运行过程中由于溶剂的组成和各种添加剂不同，以及样品的杂质等复杂原因，都可能导致电喷雾质谱的谱图复杂化，常常共存多种加合物离子。常见的加合物离子有阳离子复合物 ［M+H］+、［M+Na］+、［M+K］+等，溶剂簇离子 ［M+H2O+H］+， ［M+CH3OH+H］+，［M+CH3CN+H］+等［8］(M 表示 C60衍生物)。对合成的C60乙二胺衍生物结构式分析如表1。

表1 C60与乙二胺加成产物的电喷雾质谱分析结果Tab.1 Analysis results of ESI-MS data

如表1所示，可以得出C60与乙二胺的加成产物主要有C60NH2CH2CH2NH2、C60(NH2CH2CH2NH2)2、C60(NH2CH2CH2NH2)3和C60(NH2CH2CH2NH2)4。该产物的纯度测试和精密合成实验正在进行中。

3 结论

本文制备了一种水溶性富勒烯衍生物C60(NH2CH2CH2NH2)m，并对其进行了红外吸收光谱和电喷雾质谱的表征。红外吸收光谱结果表明乙二胺已连接在C60上，电喷雾质谱结果表明C60与乙二胺的加成产物主要有C60NH2CH2CH2NH2、C60(NH2CH2CH2NH2)2、C60(NH2CH2CH2NH2)3和C60(NH2CH2CH2NH2)4。该衍生物的辐照生物实验正在进行之中。

［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.

［3］Sijbesma R P，Srdanov G，Wudl F，et al.Synthesis of a Fullerene Derivative for the Inhibition of HIV Enzymes［J］.J A m Chem Soc ，1993，115(15):6510-6512.

［4］Tokuyama H，Yamago S，Nakamura E.Photoinduced Biochemical Activity of Fullerene Carboxylic Acid［J］.J A m Chem Soc，1993，115(17):7918-7919.

［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.

［7］Seshadri R，Govindaraj A，Nagarajan R，et al.Addition of amines and halogens to fullerenes C60and C70［J］.Tetrahedron Lett，1992，33(15):2069-2070.

［8］蒋宏建，俞克佳译.电喷雾质谱应用技术(第一版)［M］.北京:化学工业出版社，2005.