卟啉化合物的合成

2010年38卷第10期廣州化工●75.卟啉化合物的合成*湯瑩,胡炳成,劉祖亮(南京理工大學(xué)化工學(xué)院，江蘇南京210094 )摘要:卟啉化合物廣泛存在于自然界中和生命體中,對生命活動(dòng)起著(zhù)重要作用,卟啉化合物因其特殊的結構和生物活性,應用前最廣闊。本文主要介紹卟啉化合物的合成方法,根據所采用起始反應物的不同,將卟啉的合成方法分為兩大類(lèi):全合成法和半合成法,對兩類(lèi)合成方法給予較詳細的介紹。關(guān)鍵詞:卟啉;全合成;半合成Research on Synthesis of Porphyrins *TANG Ying, HU Bing -cheng, LIU Zu - liang(Department of Chemistry, Nanjing Universty of Science and Technology , Jiangsu Nanjing 210094, China)Abstract: Porphyrins were widely distibuted in nature and played an important role in the activities of life. Porphy-rins had bright prospects in various applications owing to their unique structure and biological activity. The synthesis ofporphyrins was mainly introduced. The methodology for preparation of porphyrins was divided into full and semi - synthe-sis, according to different reactants. The two kinds of synthesis methods of porphyrins were described in detail.Key words: porphyrins; total synthesis; semi - synthesis卟啉是含四個(gè)吡咯分子的大環(huán)化合物，當卟啉環(huán)中N上的兩個(gè)法,該方法將四個(gè)吡咯環(huán)按順時(shí)針?lè )较蛞幎锳,B,C,D四個(gè)H被金屬取代后便成為金屬卟啉"。卟啉環(huán)共有22個(gè)π電子,其環(huán), 如圖1所示,再以順時(shí)針?lè )较驅卜原h(huán)中所有的碳原子及氮中18個(gè)π電子因發(fā)生離域作用而使卟啉行生物具有了芳香性,正原子進(jìn)行編號 .吡咯環(huán)上的2,3,7,8,12,13,17,18位通常稱(chēng)為β是這-芳香性使得卟啉衍生物具有了獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)。位;5,10,15 ,20位通常稱(chēng)為中位( meso- )”。卟啉化合物廣泛存在于自然界的生命體中,對生命活動(dòng)起根據所采用起始反應物的不同，卟啉衍生物的合成方法可著(zhù)重要作用，如葉綠素血紅素細胞色素p -450等都是生命體分為兩大類(lèi),一 類(lèi)是以吡咯和醛單體為原料進(jìn)行的全合成,另- .新陳代謝過(guò)程中至關(guān)重要的組成部分,被譽(yù)為生命色素^2-1。類(lèi)是以天然產(chǎn)物，如血紅素、葉綠素等為原料,對已有的卟啉分卟啉類(lèi)物質(zhì)因其特殊的結構和生物活性被廣泛應用于催化.仿子官能團進(jìn)行修飾的半合成。生學(xué)、太陽(yáng)能利用特種材料、醫學(xué)和分析化學(xué)等諸多領(lǐng)域“-01.研究卟啉化合物的合成方法，合成新的卟啉類(lèi)化合物，對于開(kāi)發(fā)1 卟啉化合物的全合成和利用卟啉類(lèi)衍生物具有重要意義。卟啉類(lèi)化合物的全合成- -般步驟多,反應收率低,產(chǎn)物難以分離。如今人們已開(kāi)發(fā)出多種合成卟啉類(lèi)物質(zhì)的方法,按照所合成的卟啉化合物結構分類(lèi),總結起來(lái)有兩種8]。-是合成分(AB子結構完全對稱(chēng)的卟啉化合物,采用2位上含甲基(或亞甲基)-YH 212 N=6的吡咯經(jīng)自身縮合、氧化而合成目標產(chǎn)物或者采用相應2,5位上不含取代基的吡咯與甲醛(或苯甲醛)經(jīng)縮合、氧化生成目標產(chǎn)物。前提條件是吡咯單體3,4位上的取代基完全相同9。二23 HN是合成分子結構不對稱(chēng)的卟啉化合物，根據連環(huán)的順序以及合C成過(guò)程中所采用中間體的不同,這類(lèi)方法又可分為以下2種情況:13(1)2+2合成法.先分別合成出含有兩個(gè)吡咯環(huán)的中間體圈1環(huán)狀四吡咯化合 物的命名A-B與D-C(南北2+2法)或者A-D與B-C(東西2+2法)Fig.1 Namning of naturul eyelic terproles二吡咯甲烷(甲撐)再將兩中間體連結成環(huán)9。例如, Btte中國煤化工二吡咯甲撐A-B組分目前較常使用的環(huán)狀四吡咯化合物命名法為IUPAC編號與D-YHCNMHG;條件下,A-B組分在其"基金項目:江蘇省自然科學(xué)基金( BK2009386) :南京理工大學(xué)科技發(fā)展基金( XKF09008)資助項目。作者簡(jiǎn)介:湯瑩( 1982 -),女,碩士,主要從事綠色催化領(lǐng)域的研究。E - mail: pinghaluoyanO21@ 163. com通訊作者:胡炳成( 1969 - ) ,男,副研究員，主要從事有機合成和綠色催化領(lǐng)域應用研究。E - mail; hubingcheng@ yahoo. com. cn●76.廣州化工2010年38卷第10期不含取代基的吡咯a位與D- C組分上的醛基縮合生成線(xiàn)性四合成方法中主要前身卟吩e。三甲酯的合成采用的是東西2 +2吡咯中間體,如圖2所示。Woodward!"首次提出的葉綠素的全法(圖3為Wwoodward 法合成簡(jiǎn)化圖)。COOCH,C0OCH,H,C0OC-、H,C0OCVC0OBal- .Ht -C0OCH,一。Bzl0OC,C00-BuMeQ,CHO元HH,CoOCH,Cood !H2C0OC0AcCOOCH, .團2 Btterby 南北2 +2法合成法簡(jiǎn)化圖Fig.2 Simplied diagam of Bttersby'。norh 2 +2 synthesis西。CH2(2)由Johnson等首先提出的3 +1合成法,即先合成線(xiàn)性三吡略中間產(chǎn)物B-C-D三吡咯二甲烷(甲撐) ,然后讓它與吡咯COOCH環(huán)A縮合得到目標卟啉(也可以采用A-B-C與D作為中間COOCH;^C00CH3體)。Montforts 在合成伯勒啉二甲酯時(shí)采取的是3+1合成法，COOCH:先從吡咯單體合成得到B-C-D三吡咯(烷)二甲撐中間體,然后讓它與吡咯單體縮合生成線(xiàn)性四吡略912131,最后環(huán)合成卟啉。圈3 Woodward 東西2 +2合成法簡(jiǎn)化圖Fig3 Simplified diagram of Woodward's east and west 2 +2 syntheisCO0B1I-CHO.CN-。CN N,COO-BuCOOCH, COOCH,圈4 Monfots 3 +1合成法簡(jiǎn)化圖Fig.4 Simplifie diagram of Montorts 3 +1 synthesis(3)先合成線(xiàn)性四吡咯,再使之環(huán)合生成卟啉。例如,Clezy刻(5-”。 它們的共同特點(diǎn)是對卟啉母核的修飾,依據反應的位置等用1-位被氨基取代和9-位被甲基取代的b-膽色烷,環(huán)合我們又可以把卟啉衍生物的半合成分成中位修飾和β位修飾。后成如圖5所示的β位多取代卟啉(4)。2.1 中位修飾很典型的例子是銅卟啉或鎳卟啉中位的Vilsmeier甲?；? )CulOAc, -COOE:應甲。Ogoshi 等用β-八乙基卟啉的二價(jià)金屬復合物與配成的yqaH). (EjMrOH.Vilsmeier 試劑進(jìn)行反應,得到了較高產(chǎn)率的5-甲?；饘龠策鴱秃衔?。通過(guò)控制反應條件，他們還得到了31%單甲?；虳oOdbooeDoOC 00D28%的5,15 -雙甲?；没旌袭a(chǎn)物[19) ,如圖6所示。圈5線(xiàn)性四吡咯環(huán)合生 成卟啉g.5 Linear ltrapyrole cyclizate to PorphyrinQH0rethihe2卟啉化合物的半合成中國煤化工卟啉衍生物的半合成是指以相對易得的天然環(huán)狀四吡咯化MHCNMHG合物,如血紅素和葉綠素等卟啉化合物為原料進(jìn)行的合成。與全8%圈6 β-八乙基卟啉的甲?；铣上啾?卟啉衍生物的半合成無(wú)論在反應的收率還是在選擇性Fig.6 Formylation reaction of β - octaethylporphyrin上較半合成普遍要高，而且反應的條件也沒(méi)有半合成方法苛2010年38卷第10期廠(chǎng)州化工卟啉的中位也可以烷基化,Senge等用烷基鋰試劑和碘代烷烴卟啉的中位也可以發(fā)生鹵代反應,利用鹵代卟啉可進(jìn)一步與5,15 -二苯基卟啉進(jìn)行烷基化反應，再經(jīng)氧化得到相應的中位四轉 化獲得其他官能團卟啉。Therieny 用N-溴代丁二酰亞胺與取代卟啉四]。而后又通過(guò)和二氯二氰苯醌( DDQ)氧化烷基鋰試劑5,15-二苯基卟啉反應, 得到10,20-二溴-5,15-二苯基卟與卟吩的親核加成產(chǎn)物.制得了5,10-二烷基卟啉”。啉 2。Osuka 等用AgPF。和碘與5,15-二苯基卟啉鋅反應,得Smith等使用溴的格氏試劑與5-甲?；? 0EPZn( I)反應到 了較高產(chǎn)率的中位單碘代卟啉和二碘代產(chǎn)物卟啉訓。得到了5-甲?；?15-甲基0EPH,(OEP =2,3,7,8,12,13,另外,控制適宜的反應條件,卟啉的中位的基團也可以轉變17,18 - octaethylporphyrin)。他又用CH,MgBr與5-甲?；善渌鶊F。 Yeung采用偶合反應和Wittig 反應,把meso位的0EPH2反應,經(jīng)酸處理,得到5-甲?；? 15-甲基0EPH2溴 、醛分別轉化成烴和烯2.251。(11% )和5-乙晞基- OEPH2(42% )的混合物,并提出反應歷2.2 β位修飾程,如圖7所示(2-21。在β位上的取代反應常見(jiàn)報道. Ponomarev等人在銅、鈷、鎳卟啉β位成功引人甲?；?產(chǎn)率達60%以上01。馬登生等”用次卟啉- IX -二甲酯銅溶于二氯甲烷，加人醋酸酐和四氯化錫在0C條件下反應,得到了次卟啉- IX -二甲酯銅的單乙?；碗p乙?；a(chǎn)物,銅3-乙基?；芜策?IX-二甲酯、銅8-乙基?；芜策? IX-二甲酯和3,8-雙乙?；芜策?IX-二甲酯銅,如圖8所示。圈7 5- 甲?；鵒EPH2的轉化Fig.7 The conversion reaction of5 - formyl OEPH2一-H,C0OCCOOCH HcC00CCOOCH HcooCC0OCH;圈8卟啉β位乙?；疐ig. 8 Popbyrin β - acetylationDolphin 等人[用N-氯代丁二酰亞胺( NCS)進(jìn)行氯代反應,得到了2,3,7,8,12,13,17,18-八氯代Ni - TPP。Franck 等則用N-溴代丁二酰亞胺( NBS)實(shí)現了meso-四(2,4,6-三甲MNOb苯基)卟啉的八β位全溴化2.制(如圖9) ,并且進(jìn)- -步磺化制得了四(3 ,5-二磺酸基均三甲苯基) -β八溴卟啉。H-CuSiCo.ZnR-H,J.0CH,(I )Zn(0Ac):/DMF_中0 IABSICHOH(DTE VCH:CL;圖10 2-NO2 -5,10,15 ,20 -四芳基金屬卟啉的合成Fig. 10 Synthesis of2 - NO2-5, 10,15,20 - 4 of Arene Metal porphyrinsrCH,原卟啉-IX -二甲酯中的β位乙烯雙鍵與位于環(huán)周上的吡咯圖9卟啉β位鹵化( meso-四(2,4,6-三甲苯基)雙鍵構成雙烯體系，采用結構不對稱(chēng)的取代乙炔.3 - ( Phenylulfo--β -八溴卟啉的合成)myl) - ehylpropiolale與原卟啉- IX -二甲酯在溶劑CH2C2中回流Fig.9 β- halogenated pophyrin( meso - Telra20h7則} ,會(huì )發(fā)生有區域選擇性的環(huán)加成反應，如圖11所示。(Synthesis of2,4,6 - TrimethyI - phenyl)-β-8 bromo - porphyin)CC:OH黃齊茂[29]等人用乙酸酐做催化劑,硝酸鹽硝化金屬四苯基類(lèi)卟啉化合物,合成了2- NO, -5,10,15 ,20 -四苯基金屬卟啉、2- NO2-5,10,15,20-四(4一氯苯基)金屬卟啉和2- NO2-中國煤化工5,10,15 ,20-四(4-甲氧基苯基)金屬卟啉。合成路線(xiàn)如圖10HcoocTYHC NMH G'COOCH所示。圖11原卟啉 -IX-二甲酯β位雙烯加成Fig. 11 Diene addition of the Bβ of Protoporphyrin - IX - dimethyl●78.廣州化工2010年38卷第10期依據β位官能團的活性,也可以實(shí)現β位官能團的轉換,生rolic compounds. LIV. The chemistry of hodins, verdins and related成新的官能團.常見(jiàn)的卟啉官能團轉化反應有Pd催化的偶合反compounde. Aust. J. Chem. , 1984 ,37<(1);:143 -154.應。Therien 等人采用此法把3-溴- TPP轉化成了3-羥基15] JohansenJ E, Piematie v, AngstC, et al. Reciprocal conversion ofTPP[31]。the chromophere systen of porphyrinogen and 2,3,7,8,12,13 - hexa-dchyroporphyrin. Angew Chem, 1981 ,93(3) :273 -275.3.結語(yǔ)[16] Waditschalka R, Eechenmoser A. Chemistry of prophins: sereoseleetivity duing porphyrinogen - procerphin tautomeism. Angew Chem,卟啉化學(xué)已有百多年歷史,自然界廣泛存在著(zhù)卟啉類(lèi)衍生1983 ,95(8) :639 -640.物,這類(lèi)物質(zhì)對生命過(guò)程起著(zhù)十分重要的作用。因為卟啉化合[17] Facssler A. Pralzx A, Mueller P M, et al. Preparation and properies of物具有穩定性和優(yōu)良的生物活性等特殊性質(zhì)，應用前景廣闊,現some hyrocophinoid nicke( I1) complexces. Helv Chim Acta, 1982,已廣泛用于醫藥、分析化學(xué)、催化.光合作用、人I開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能、65:812 -816.仿生學(xué)石油地質(zhì)、光電子功能材料以及環(huán)保等領(lǐng)域,隨著(zhù)對卟[18] Amold D P, Jonnson A w. Mahendram M J. Some reacions of meso-fomyloctaethylporhyrin. J. Chem. 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