新型卟啉化合物的合成应用新进展

张来新，马琳

(宝鸡文理学院 化学化工学院，陕西 宝鸡 721013)

1 新型卟啉化合物及其金属配合物的合成及应用

1.1 卟啉-香豆素二元体的合成及应用

由于卟啉具有特殊的结构从而表现出独特的光化学和光物理性质，由于自然界的动植物中本身存在卟啉类化合物，故使其拥有很好的生物活性［1］。目前已应用于临床的光动力治疗药物就是卟啉类化合物。香豆素衍生物同样具有良好的光学和生物学特性，其中7-羟基香豆素具有很好的发光性质［2］和相应的抗肿瘤活性［3］。用卟啉-香豆素二元体系可以探讨双发色物之间的能量和电子转移，其二元体系有可能表现出优于卟啉单体和香豆素单体的光学和生物学活性，即二元体应用于临床的光动力学治疗会有更好的抗肿瘤效果。为此，华南理工大学的程帆等人利用自己合成的卟啉衍生物和7-羟基香豆素在N，N-二甲基甲酰胺的K2CO3溶液中在室温下反应48 h，反应结束后给其中加入二氯甲烷，用饱和食盐水洗涤多次，收集反应液有机相，旋干后通过硅胶层柱分离得到卟啉-香豆素二元体系目标产物，产率约为70%［4］。该合成物将用作临床的光动力治疗药物，并发挥更优的抗肿瘤活性。

1.2 叔丁氧羰基保护的L-色氨酸卟啉及其锌(II)配合物的合成及应用

卟啉及金属卟啉配合物具有独特的结构和特殊的性能使其在模拟酶、催化氧化、光动力学治疗等方面得到了广泛地应用。已有的研究表明卟啉类化合物具有良好的光敏性，因而卟啉类化合物是一种极具潜力的光敏药物。目前，卟啉类光敏剂的研究热点之一就是将糖类［5］、氨基酸等具有生物活性的小分子引入卟啉，以提高对肿瘤组织的亲和力和选择性，同时降低其对正常组织的毒副作用，为此，赣南师范学院的黄金兰等人以5，10，15，20-四(4-氨基苯基)卟啉、叔丁氧羰基(Boc)保护的L-色氨酸等为原料合成了一种新型Boc 保护的L-色氨酸卟啉及其锌(II)配合物。其产物的荧光性质表明:卟啉配体的荧光发射峰位于654.6 nm 处，形成锌(II)配合物后，最大发射波长向长波方向移动至687.5 nm，其强度明显增强，位于可见光的红外区，符合光敏剂的要求［6］。该研究在医学上将进一步提高对肿癌细胞的光动力学治疗效果。

1.3 一锅法合成A2BC 推拉型卟啉

卟啉是自然界广泛存在的一类重要化合物，在光、电、磁和催化等各方面都有着潜在的应用价值。目前推拉(示电子供吸)型的卟啉在光电转换领域的研究已成为卟啉化学研究的热点［1］。含有吡啶基的卟啉在分子组装［2］和纳米材料修饰［3］方面的报道也很多。华南理工大学的王华华等采用Lindsey 法在二氯甲烷的溶剂体系中以三氟化硼的乙醚溶液为催化剂，将吡啶衍生物N，N-二甲苯胺衍生物和二吡咯基苯基甲烷一锅法反应，合成了A2BC 推拉型卟啉［7］，并用紫外可见光谱、核磁共振谱、质谱等进行了键合表征。该研究将在生命科学、环境科学、材料科学、分析分离科学、医药学、生物化学、生物物理、光、电、磁以及催化等领域的研究中得到应用。

2 新型卟啉衍生物的合成及选择性识别

2.1 5-(2-硝基-4，5-亚甲基二氧基苯基)-10，15，20-三对氯苯基卟啉对氨基酸的识别作用

卟啉化学作为一门植根深远的新兴热门边缘学科，目前已渗透到工业、农业、国防、生物化学、分析分离科学、生物物理、医药学、生命科学等众多学科，尤其是在仿生学和医药学等方面应用更广泛，临床医学上已将卟啉用于检测定位病人肿瘤和癌在人体的位置。为此，黄冈师范学院的赵胜芳等人以硝基取代胡椒醛等为原料，合成了5-(2-硝基-4，5-亚甲二氧基苯基)-10，15，20-三对氯苯基卟啉(A)，并测定了A 在pH=7.0 的Na2HPO4-NaH2PO4缓冲溶液中对7 种L-氨基酸的识别，光谱分析表明，A 只对7种L-氨基酸中的L-赖氨酸有选择性的络合(形成了加合物)与识别作用［8］。该研究将在仿生学、医药学、生命科学、分析分离科学及环境科学中得到应用。

2.2 卟啉衍生物的合成及对阴离子的识别作用

阴离子识别在生物化学、医学、催化和环境科学等领域具有重要作用，是当前超分子化学研究的热点之一。为此，杭州师范大学的林喆萍等以顺式-(2-氨基苯基)卟啉衍生物1(α，α，α，α-H2TamPP)为原料，设计合成了两种“栅栏型”阴离子受体2 和3［9］，在此类主体中4 个脲基基团环绕形成一个可以容纳阴离子的空腔。通过ITC、核磁、荧光等考察了它们对等阴离子的络合，其中受体2 与Cl－的络合常数最高，高达4.3 ×107M－1。该研究将在分析分离科学、生命科学、医学及环境科学的研究中得到应用。

2.3 5，10，15，20-四(4-羧基苯基)卟啉及其钯(II)配合物的合成及应用

金属四氮杂卟啉的已知数量还远不如金属卟啉、酞菁丰富，但其在半导体、激光纪录材料、LB 膜、高能电池等高技术领域显示出了优异的性能而备受关注。钯配合物具有丰富的光学和催化性能以及分子识别和交换等生物功能，在化学气相沉积技术镀钯工艺、分子电子器件和分子生物器件方面彰显出广阔的应用前景。为此，宜春学院的梅光泉等人在前期研究钯配合物工作的基础上，以对甲酰基苯甲酸和吡咯在酸性条件下进行环合反应，合成了5，10，15，20-四(4-羧基苯基)卟啉配体(TCPP)，再将TCPP 在DMF 存在条件下加热与Pd2+反应，合成了钯配合物(PdTCPP)［10］。并研究了该配体及配合物的结构和成键性质。该研究将在生物科学、生命科学、光学科学、催化科学、LB 及高能电池科学的研究中得到应用。

2.4 硝基咪唑类卟啉的设计合成及其生物活性研究

科学家研究发现，许多卟啉及金属卟啉配合物具有抗癌、抗菌等多种生物活性，这是因为卟啉及金属卟啉配合物对病理细胞具有特殊的亲和性及亲和力，因而被广泛的应用于生命科学、仿生学、生物学、化学、临床医学等领域。硝基咪唑具有广泛的生物活性如放射增敏、抗菌、杀虫等活性。利用拼合原理将卟啉与硝基咪唑键连构筑成新型硝基咪唑类卟啉化合物，可望增强目标物的抗肿瘤和抗菌活性。为此，西南大学的于克贵等人以不对称单羟基卟啉与N-(1-溴烷基)-2-甲基-5-硝基咪唑在DMF 中用K2CO3作为碱进行偶联反应合成了目标分子2-甲基-5-硝基咪唑类卟啉。其抗细菌及抗真菌等微生物活性测定结果表明，其目标分子2-甲基-5-硝基咪唑类卟啉对真菌如白色念珠菌和烟曲霉菌的活性较弱，但对抗细菌如大肠杆菌、变形杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄珠菌和枯草杆菌的活性效果更强更好［11］。

3 新型卟啉衍生物的合成及其在光学研究中的应用

3.1 新型卟啉二元模型化合物的合成及应用

卟啉二元和三元化合物的研究对搞清生命科学中的基本过程:电子传递和能量传递过程具有重要意义，同时，对设计和制造太阳能光电池，提高光电转换效率具有指导作用。通常构筑模型化合物的方法是通过共价键把亚单元与卟啉联接起来构成D-A体系。通过设计合成不同长度和不同结构的桥基，和具有特定构象的亚单元，来研究D 和A 之间的距离，相互取向对光诱导分子内电子转移和能量传递过程的影响，从而搞清光合作用的原初过程和光反应中心的反应机制。作为构造卟啉二元化合物的一条新途径，南京大学的徐正等采用配位化学的方法将含有吡啶基的具有光学活性的亚单元配位到ZnTPP 的Zn 原子上构成以轴向配位键相联的锌卟啉二元化合物［12］。并利用元素分析、红外、ESI-MS和核磁共振对4 个含吡啶基的光学活性亚单元进行了表征。该研究将在太阳能光电池、光化学和电化学、材料科学、生命科学等的研究中得到广泛地应用。

3.2 偶氮苯桥联全甲基化环糊精和卟啉衍生物构筑光控超分子纳米管研究

分子组装是一种广泛存在于自然界中的现象，在生物系和纳米材料中扮演着重要角色;同时，分子组装在超分子化学中也是构筑不同形貌、功能组装体的有效手段。由于其独特的结构以及在化学、生物和材料科学中潜在的应用价值，纳米管的构筑受到人们越来越多的关注。为此，南开大学的孙贺略等依据全甲基化环糊精与水溶性四芳基卟啉的强键合和偶氮苯光致异构特性，成功地设计合成了偶氮桥联的全甲基化环糊精(H)和水溶性卟啉衍生物(G)。将H 和G 按照1∶1 的摩尔比混合，成功地构筑了大尺寸光控超分子纳米管;即成功构筑了偶氮苯桥联全甲基化环糊精和卟啉衍生物构筑的光控超分子纳米管。并通过紫外、圆二色光谱、扫描电镜和透射电镜研究了它们的键合组装行为［13］。该研究将在生物科学、材料科学及超分子科学的研究中得到广泛地应用。

综上所述，卟啉化学作为一门新兴的热门边缘学科不仅可应用于光学、催化、医药学、仿生学等学科，而且还可广泛的应用于21 世纪的热门学科生命科学、仿生学、材料科学、环境科学、能源科学、信息科学、医药学等研究领域，其中大部分研究成果已获得实际应用。随着新型卟啉衍生物、金属配合物、超分子聚合物的不断问世，其特殊的功能和成果应用将更加广泛。我们相信，随着各学科科学家们对卟啉化学研究的不断深入，卟啉化学这朵含苞待放之花将在为人类生存、生产可持续发展和造福人类结出丰硕成果，并彰显出强大的生命力。

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