（有机化学专业论文）5（4硝基苯基）101520三苯基卟啉的亲核反应研究.pdf

摘要 卟啉是一类自然界中存在的大环化合物，在生命体的新陈代谢过程中起重要 作用。在简单的卟啉环上引入功能基而使其能在生物、医药、材料等科学领域获 得更广泛的应用是目前卟啉化学中重要的研究方向。 本论文以5 一( 4 一硝基苯基) 一1 0 ，1 5 ，2 0 一三苯基卧啉( n 0 2 t p p ) 2 及其金属络合物的合 成、性质和反应为研究课题，主要内容和结论如下： 一、比较系统地综述了卟啉化合物的合成进展、卟啉环上的化学修饰，提出 了向四苯基卟啉环中位引入硝基，进而研究其与亲核试剂反应的研究课题。 二、以发烟硝酸为硝化剂，在低温下反应，合成了n 0 2 t p p ，研究了反应条件 对卟啉硝化的影响。发现，反应2 小时一硝化产物的产率达到最高( 5 0 ) ，随着 反应时间的增长，二硝化产物所占比例增加，反应时间超过6 小时，有大量多硝 化产物生成，不利于一硝化产物的合成和分离。反应温度较低时( - 3 - 0 c ) ，利于一 硝化产物的生成，温度增加，更有利于生成二硝化产物，室温下生成复杂的氧化 产物。 三、研究了n 0 2 t p p 及其金属络合物与不同亲核试剂的反应。发现反应产物 随亲核试剂的改变而改变，其中，n 0 2 t p p 与苯酚钠或对苯二酚钠反应，得到二聚 卟啉p 5 ，5 吐4 一硝基一3 一( 5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 一四苯基卟啉基) 】苯基1 0 ，1 5 ，2 0 一三苯基卟啉； n 0 2 1 1 p p 与n a c n 反应，得到硝基被取代的5 ( 4 氰基苯基) 1 0 ，1 5 ，2 0 一三苯基卟啉 ( c n t p p ) ；n 0 2 t p p 与硫酚锂或巯基乙醇锂反应，得到硝基被还原的5 ( 4 氨基苯 基) 一1 0 ，1 5 ，2 0 一三苯基卟啉( n h 2 t p p ) ；n 0 2 t p p n i 与苯酚钠或对苯二酚钠或硫酚锂反 应，得到硝基被还原的5 一( 4 - 氨基苯基) 一1 0 ，1 5 ，2 0 一三苯基卧啉镍( n h 2 t p p n i ) ； n 0 2 t p p z n 与苯酚钠或对苯二酚钠或硫酚锂反应，得到硝基被还原的5 一( 4 一氨基苯 基) 1 0 ，1 5 ，2 0 三苯基卟啉锌( n h 2 t p p z n ) 。研究了反应条件对生成二聚卟啉p 5 的影 响，在h m p a 中，1 5 00 ( 2 下，反应8 小时可以得到较好的产率( 6 3 ) 。讨论了生 成二聚卟啉的反应历程，根据产物中有5 ，l o ，1 5 ，2 0 四苯基卟啉( t p p ) 生成，推测该 反应经历了一个生成四苯基卟啉自由基中间体的自由基反应历程。 四、用s n c l 2 还原n 0 2 t p p 得到n h 2 t p p ，进而使其与2 , 6 二吡啶醛缩和，得 到了席夫碱p 1 0 。可能由于双卟啉的空间位阻太大，并未得到预期的夹心式双卧啉 化台物。 关键词：硝基四苯基卟啉，取代，还原，二聚卟啉，席夫碱 v a b s t r a c t t h e p o l p h y r i n sa r ea c l a s so f n a t u r a l l yo c c u r r i n gm a c r o c y c l i cc o m p o u n d s ，w h i c h p l a yav e r yi m p o r t a n tr o l ei nt h em e t a b o l i s mo fl i v i n go r g a n i s m s t h ei n t r o d u c t i o no f f u n c t i o n a l g r o u p s i n t o e a s i l ya v a i l a b l e ，p r e m a d et e t m p y r r o l e sr e m a i n so n eo ft h e p r e s s i n gt a r g e t s i n p o r p h y r i nc h e m i s t r y t of u r t h e ra d v a n c ea p p l i c a t i o n si n b i o l e - g y ， m e d i c i n e ，a n dm a t e r i a l ss c i e n c e i n t h i s d i s s e r t a t i o n ，t h es y n t h e s i sa n d r e a c t i o n so f 5 - ( 4 - n i r o p h e n y l ) 一1 0 ，1 5 ，2 0 - t r i p h e n y l p o r p h y r i n a n di t sm e t a l c o m p l e x e s a r es t u d i e d t h em a i nc o n t e n t sa n d c o n c l u s i o n sa r es h o w na sf o l l o w ： i n c h a p t e rl ，t h e a d v a n c e si nm o d e ms y n t h e s i so fp o r p h y r i n sa n dc h e m i c a l m o d i f i c a t i o no n p o r p h y r i nr i n gw e r e r e v i e w e d t h e s y n t h e s i s o f 5 - ( 4 - n i r o p h e n y l ) 一 1 0 ，1 5 , 2 0 - t r l p h e n y l - p o r p h y r i n ( n 0 2 t p p ) a n d r e a c t i o n s o f n 0 2 t p pa n d i t sm e t a l c o m p l e x e s w i t hd i f f e r e n t n u c l e o p h i l i cr e a g e n t sw e r es u b j e c t e dt os y s t e m i ci n v e s t i g a t i o n f o r d e v e l o p i n g t h en e w s y n t h e t i cm e t h o do f p o r p h y r i n s i nc h a p t e r2 ，n 0 2 t p pw a s p r e p a r e da n dt h ee f f e c t so f c o n d i t i o n so nr e a c t i o nw e r e s t u d i e d t h eh i g h e s ty i e l do fm o n o - n i t r i f i e dp r o d u c tw a so b t a i n e da f t e r2 h w i mt i m e r u n n i n go n ，b i n i t r i f i e dp r o d u c ti n c r e a s e d t h em u l t i - n i t r i f i e dp r o d u c ta p p e a r e da f t e r6 h a n dt h el o w t e m p e r a t u r e ( - 3 - 4 ) * c ) w a sa d v a n t a g e o u st oy i e l do f m o n o n i t r i f i e dp r o d u c t ， t h eh i g ht e m p e r a t u r el e dt om o r eb i - n i t r i f i e dp r o d u c t c o m p l e xo x i d i cp r o d u c t sw e r e o b t a i n e di nr o o m t e m p e r a t u r e s u b s t i t u t i o nr e a c t i o n so f5 - ( 4 - n i t r o p h e n y l ) - 1 0 ，1 5 ，2 0 - t r i p h e n y l - p o r p h y f i nn 0 2 t p p a n di t sm e t a lc o m p l e x e sw i t hd i f f e r e n tn u c l e o p h i l i c r e a g e n t sw e r es t u d i e df o rp r e p a r i n g a s y n m a e t r i cp o r p h y r i n t h er e a c t i o n p r o d u c t s a r ed i f f e r e n tw i t ht h e n u c l e o p h i l i c r e a g e n t sc h a n g i n g 5 - 【4 - n i t r o 一3 一( 5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 t e t r a p h e n y l - p o r p h y r i n y l ) p h e n y l 一1 0 ，1 5 ，2 0 一 劬) h e n y l p o r p h y r i n ，d i p o r p h y r i n , w a so b t a i n e d w h e nn 0 2 t p pr e a c t e dw i ms o d i u m p h e n o x i d eo rd i p h e n o x i d ei nd m fs o l u t i o n w h e r e a st h en i t r og r o u pw a sr e d u c e da n d n h 2 t p p m ( i i ) w a sa c h i e v e dw h e n t h em e t a l ( n i ，z n ) c o m p l e xo f n 0 2 t p pr e a c t e dw i t h a b o v en u c l e o p h i l i cr e a g e n t si nt h es a m ec o n d i t i o n t h er e d u c t i v ep r o d u c tw a sa l s o a c h i e v e dw h e nn 0 2 t p pr e a c t e dw i t l l m e r c a p t o e t h a n o l o r t h i o p h e n o l a n dl i t h i u m h y d r o x i d e w h i l et h en i t r og r o u pw a ss u b s t i t u t e db yc y a n i ca n i o na n dc n t p pw a s a c h i e v e dw h e nn 0 2 t p pr e a c t e dw i t hs o d i u mc y a n i d e t h ee f f e c t so fc o n d i t i o n so n p r o d u c t i o n o fd i p o r p h y r i np 5w e r es t u d i e d w ef o u n dt h a t g o o dy i e l d ( 6 3 ) o f d i p o r p h y r i np 5w a so b t a i n e da t 15 0 。ci nd m fs o l u t i o na f t e r8 h w es u g g e s tt h a t d i p o r p h y f i np 5i s f o r m e dv i aas i n g l ee l e c t r o nt r a n s f e r ( s e t ) o ra n i o nf r e er a d i c a l m e c h a n i s m i n c h a p t e r 3 ，5 - ( 4 - a m i n o p h e n y l ) 一1 0 ，1 5 ，2 0 - t r i p h e n y l p o r p h y r i n ( n h 2 t p p ) w a s p r e p a r e db yr e d u c t i o no fn 0 2 t p pw i t hs n c l 2 an e ws c h i f fb a s ew a ss y n t h e s i z e db y d i r e c tr e a c t i o no f n h 2 t p pw i t h2 , 6 - p y r i d i n e c a r b o x a l d e t h y d ea n di tw a sc h a r a c t e r i z e d w i t h i r , u 、n m r a n d m s k e y w o r d s ：n i t r o - p o r p h y r i n s u b s t i t u t i o nr e d u c t i o n d i p o r p h y r i n s c h i f f b a s e i 本论文得到国家自然科学基金( 2 9 8 7 2 0 3 3 ) 资助， 在此表示衷心感谢! 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没 有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，本人愿 意承担由此产生的法律后果和法律责任，特此郑重声明。 i l l 学位论文作者( 签名) ： 二o o 四年八月二十日 第一章绪论 卟啉是以卟吩环为核心骨架的一类化合物的总称，自然界中存在许多天然卟 啉及其金属配合物，如血红素、叶绿素、维生素b 1 2 、细胞色素p 一4 5 0 、过氧化氢 酶等。天然卟啉化合物具有特殊的生理活性，被誉为生命色素。 从w i l l s t a t t e r 1 1 和f i s c h e r l 2 1 二十世纪初开始对卧啉类化台物进行广泛研究以 来的近一个世纪，卧啉都是化学深入研究的焦点。从那时起，化学知识体系的一 个大的分支开始逐渐形成、积累 3 j 】。对它们的生物作用可以通过现代仪器设备 进行细致的研究，同时也可以帮助我们更透彻的理解基础物理化学进程( 如电子、 空穴的传递) 。另外，它们在很多领域也展现出重要的应用前景，比如太阳能转 换【5 1 ，催化【6 1 ，非线性光学材料【7 j 和越来越多的医学应用嘲( 包括照相增感剂、荧 光标记、抗癌抗菌素、抗毒素等1 。 虽然人们意识到了它们的重要性，但四吡咯化合物的合成方法的发展还远不 能满足日益增多的应用和生物领域对卟啉衍生物的需求。 1 卟吩环的合成 我们首先简单回顾下最经典的三条合成卟啉的方法。 1 1 单吡咯缩合法 单吡咯缩合法主要用于合成像四苯基卟啉2 或八乙基卟啉1 ( s c h e m e1 - 1 ) 这类对称的卧啉化合物。最容易得到的是t p p 2 ，a d l e r 和l o n g o 实验组用等t o o l 的吡咯和苯甲醛在回流的丙酸溶液中反应一个半小时后，冷却过滤得到产率 2 0 - 2 5 的t p p t g l 。这种方法同样适用于其它不与丙酸反应的取代苯甲醛。 l i n d s e y 实验组采用两步反应，得到更高的产率 1 0 , 1 1 。首先，苯甲醛与吡咯 在路易斯酸( b f 3 - e t 2 0 ) 催化下反应，得到原卟啉7 ，接着用2 ，3 二氯5 ，6 一二氰 基苯醣( d d q ) 氧化原卟啉而得到产物t p p 。a d l e r l o n g o 法合成分离出来的产 物都有很好的晶形，但是还含有约5 的副产物8 ，用d d q 处理产物，也可以 将其转化为t p p 。( s c h e m e1 - 2 ) 而合成o e p 1 相对要复杂一些，因为合成3 ，4 二取代毗咯很难。现在主要有 两条合成路线：其一，使3 ，4 - 二乙基吡略和甲醛缩合而得到o e p ，产率5 5 7 5 0 2 1 。 其二，使2 - c h 2 r 取代的3 ，4 - 二乙基吡咯环化而得到o e p ，也可以得到比较好的 产率，其中的r 必须是一个容易离去的基团，缩合反应将得到原卟啉，然后将 原卟啉氧化而得到o e p 。如s c h e m e1 - 3 所示，可以通过m a n n i c h 反应，使用 e s c h e i m a o s e r 试剂( ( c h 2 = n + m e 2 ) r ) 与9 反应而得到吡咯1 0 ，将1 0 在醋酸中加 热可以得到产率5 0 的o e p 呲“l 。与1 0 类似的取代吡咯1 l 、1 3 也可以在相应 条件下缩合得到o e p l l 5 - 1 9 。 单吡咯缩合法非常适用于3 ，4 一位取代基相同的毗咯。如果毗咯的3 ，4 一位的取 代基不同，则在酸性条件下，由于毗略自身的异构化删而容易得到混合产物。 以吡略1 4 为例，在酸性条件下缩合将得到1 5 1 8 卟啉同分异构体。( s c h e m e1 - 4 ) 1 2m a c d o n a l d f 2 + 2 j 卟啉合成法及f 3 + l j 合成法 m a c d o n a l d 实验组最先提出并完善这种 2 + 2 1 1 - 啉合成法，也是被使用的最 广泛的合成卟啉的方法。二毗咯甲烷是m a c d o n a l d 合成法的中间体，以5 一c 是 否对称而分为两类。5 - c 对称的二吡咯甲烷，例如1 9 ，可以由溴甲基吡咯2 0 在 热甲醇中自身缩合得到【2 ”，进而可以衍生出更多的5 c 对称的二吡咯甲烷。 ( s c h e m ei 5 ) 5 - c 不对称的二毗咯甲烷，例如2 5 ，可以用吡咯2 6 和2 7 在醋酸中由p 甲苯 磺酸催化缩合得到【2 羽。( s c h 矗e1 - 6 ) 一 两个不对称的二吡咯甲烷，2 8 和2 9 ，缩合将得到两种产物，3 0 和3 1 ，因为 缩合反应可以从两个相反的方向进行( s c h e m e1 - 7 ) 。如果缩合的两个二吡咯甲 烷其中之一是5 - c 对称的，那么可以得到单一的产物，产率很高 2 3 】。 中心对称的卟啉，比如卟啉3 3 ，还可以用单甲酰基二毗咯甲烷3 2 在甲苯磺 酸催化下自身缩合得到。中间体原卧啉3 4 可以被空气中的氧气氧化而得到最终 产物。1 2 4 , 2 5 ( s c h e m e1 - 8 ) 在m a c d o n a l d 2 + 2 l l l - 啉合成法的基础上，还发展出一种【3 + 1 卟啉合成法， 利用这种方法可以比较高效的合成单功能基的卟啉。s e s s l e r 实验组在联三吡咯合 成上取得的进展推动t 3 + 1 n l 啉合成法的发展。例如，用2 m o l 的毗咯3 5 与1 m o l 的3 6 反应，可以得到联三毗咯3 7 ，产率达到7 0 以上。然后催化脱苄基可以得 到所需的联三毗咯3 8 。1 2 6 ( s c h e m ei - 9 ) s e s s l e r 最简单的合成路线得到的是一 个对称的联三毗咯，但实际上很容易突破对称的限制。 l a s h 和s e s s l e r 实验组分别用联- _ - p 比咯3 8 与相应的1 , 4 二甲酰基吡咯衍生物 缩合得到卟啉3 9 2 7 l 和4 0 ，产率比较高。( s c h e m e1 - 1 0 ) 1 3 以a , e - b i l a d i e n e 盐为中间体 合成像化合物5 那样完全非对称的卟啉，往往必须通过一个对应的开链联四 毗咯中间体。在此，我们以a , c b i l a d i e n e 盐4 1 为例，介绍这种以开链联四毗咯 为中间体的卟啉合成法。 将l m o l 的联- - 口e c 咯2 3 与2 m o l 的吡咯4 2 在酸性条件下缩合可以得到对称 的a , c b i l a d i e n e4 1 。然后将化合物4 l 与醋酸铜在热d m f 中反应可以使4 l 成环 得到铜卟啉4 3 。经过脱金属c u ，就可以得到卟啉4 4 1 2 9 , 3 0 。( s c h e m e1 - 1 1 ) 最初，很多研究者认为金属盐的作用是提供一个中心模板，使得a ，c - b i l a d i e n e 中阃体可以围绕它“组装”成卟啉环。关于a , e - b i l a d i e n e 环化机理的研究，在用 电化学方法氧化a ，c - b i l a d i e n e 时得到突破。电化学氧化，同样可以使a , c - b i l a d i e n e 成环而得到卟啉，而且不需要金属盐的参与，使得合成步骣简化。同时也证明， 金属离子的主要作用并不是提供中心模板，而是氧化。 3 1 , 3 2 ( s c h e m e1 - 1 2 ) 合成不对称取代的a , c b i l a d i e n e ，一般都有两种互补的方法，顺时针路线和 反时针路线。( s c h e m e1 - 1 3 ) 以合成卟啉5 2 为例，首先发展起来的是反时针路 线p 3 1 ，催化氢化联二吡咯2 5 可以得到联二吡咯4 8 ，在酸性条件下与吡咯4 2 缩 合，可以以很高的产率得到联三吡咯盐4 9 ，然后用t f a ( 三氟乙酸) 水解叔丁 基酯，与吡咯5 0 缩合得到a , c b i l a d i e n e 盐5 l ，再与醋酸铜反应成环，浓硫酸中 脱去金属c u ，即可得到卟啉5 2 。 相对应的有顺时针路线删，使用t f a 水解联二吡咯2 5 可以得到化合物5 3 ， 5 3 与甲酰基毗咯5 0 缩合得到联三毗咯盐5 4 。不能像反时针路线那样用催化氢化 法来切断化合物5 4 的苄酯基，因为催化氢化同时也可能加成联三毗咯中的双键。 在此，使用的是h 2 s o d h b r ，然后将水解产物与吡咯4 2 缩合，得到a , c - b i l a d i e n e 盐5 l ，最后按照与反时针路线相同的方法处理，即可得到卟啉5 2 。 两条对应的路线是非常有意义的，特别是在需要使用很昂贵的吡咯的时候 ( 例如1 3 c ，c 标记) ，这一点显得尤其重要。具体合成路线的选择，一定要使 最昂贵的吡略尽可能地安排在最后的步骤。 到现在为止，卟啉环的合成方法已经发展出很多种，但大多数的路线都是可 以归入上面介绍的三种主要类型的。而现在，人们更多关注的是不对称卟啉的合 成，或者卟啉环的区域选择性修饰。我们已经介绍了一些合成不对称卧啉的方法， 下面将介绍一些卟啉化学性质研究的进展。 2 通过对卟啉环的修饰进行合成 以上为合成卟啉环的方法，通过对卟啉环的修饰，是合成卟啉化合物的另一 可利用的方法。 2 1 通过对卟啉的金属阳离子进行亲核取代反应而合成取代卟啉 金属卧啉的冗阳离子自由基是最容易发生亲核加成反应的。舡阳离予自由基 可以由化学氧化或电化学氧化得到，一般选择的都是卟啉m g ( i i ) 鲫b 啉z n ( i i ) ， 因为相对而言，它们的氧化电位比较低。而氧化剂可以使用1 2 ( 在a g c l 0 4 或a 妒f 6 9 存在下) ，或者t b a h 【0 一b r c 6 h 4 ) 3 n h s b c l 6 。金属卟啉的冗阳离子自由基在甲醇 中相对稳定，可以与亲核试剂反应生成相应的m e s o 或卢位取代的金属卟啉。如 s c h e m e1 - 1 4 所示，卟啉z n ( i i ) 的弘阳离子自由基与不同的吡啶反应可以生成相 应的与5 5 类似的吡啶卟啉盐1 3 5 , 3 6 。另外，文献报道，其他的很多种亲核试i l j ( c n 一， s c n ，c i ，c h 3 c o o 。，i m i d a z o l e ，p p h 3 ) 也可以与金属卟啉的开阳离子自由基发生 类似的取代反应 3 7 - 3 9 1 。在更强的氧化条件下，甚至可以得到金属卟啉的a 一二阳离 子自由基，它与甲醇反应将优先在金属卟啉的m e s o 一位加成得到异卟啉衍生物 5 6 4 0 4 1 1 。 2 2 通过对2 硝基卟啉的亲核取代反应，合成2 取代卟啉 c r o s s l e y 实验组研究了大量的与2 - n 0 2 四苯基卟啉相关的亲核取代反应 ( s c h e m e 1 - 1 5 ) 。c r o s s l e y 等用2 - n 0 2 m t p p5 7 与格氏试剂或有机锂试剂f f ) 立t 4 2 1 ， 将烷基引入p 位。反应经g r i g n a r d 试剂或有机锂试剂亲核进攻硝基邻位碳原子， 进行1 , 4 - 加成，再迅速消去一分子亚硝酸得到烷基卟啉5 9 。 c r o s s l e y 等还利用2 - n 0 2 四苯基卟啉与e 苯甲醛肟在干燥的二甲亚砜中反应 1 4 3 1 ，得到2 - o h 四苯基卟啉5 8 。吴萱阶等4 4 j 5 】以此为原料，合成了一系列的2 一 取代两亲性卟啉，制成l b 膜，发现其具有良好的成膜性能，并具有与其他材料 不同的非线性光学效应和导电性能。 c r o s s l e y 等用苯酚钠作亲核试剂，2 - n 0 2 卟啉为底物，在苯酚中反应，得到 2 一羟基苯基卟琳1 4 6 1 ，如以苯酚锂为亲核试剂，则生成2 苯氧基取代卟啉。 陈彰评等1 47 】研究了溶剂对2 硝基卟啉与苯酚钠反应的影响，发现反应速度， 产物分布与溶剂有很大关系，非质子性溶剂主要生成2 苯氧基卟啉，在质子性溶 剂中反应主要生成碳碳键的2 ( 2 羟基苯基) h i - 啉。 陈彰评等提出用s r n l 和s n a r 的竞争来解析不同产物的生成，在质子性溶剂 中反应主要按s r n l 历程，生成碳碳键的2 - ( 2 羟基苯基) 卧啉，在非质子极性溶剂 中主要按s n a r 历程，生成2 苯氧基卟啉。同时还研究了2 萘酚钠作亲核试剂的 反应，并合成了2 一( 2 一羟基萘基) 卟啉，发现在同样的条件下，2 萘酚钠作亲核试 剂的反应速度比苯酚钠的还快。进一步证明了两种反应历程的存在1 4 8 1 。在此基 础上，进一步研究了用对苯二酚与2 硝基卟啉反应，直接合成了2 ，氢醌取代卟 啉。( s c h e m e1 - 1 6 ) 当卟啉环中位为4 一羟基苯基时，该取代卧啉在光敏杀菌和光敏 抗癌方面具有很好的效率。 4 9 】 2 3 卧啉环上的亲电反应 卟啉大环的芳香性决定了它的主要化学性质，而亲电取代反应是最典型的芳 香环上的反应。例如，卟啉可以在未取代的m e s o 一位或伊位卤化。氟化和氯化容 易发生在活性较高的m 删位；而由于空间因素，溴化和碘化主要发生在容易接 近的肛位。常用的卤化试剂有n - 氟吡啶，n 一氯琥珀酰亚胺( n c s ) ，c 1 2 f e c l 3 ， n 溴琥珀酰亚胺( n b s ) 等。 以溴化为例( s c h e m e1 - 1 7 ) ，文献报道，用2 t o o l 的n b s 可以选择性的将1 t o o l 5 ，1 5 二苯基卧啉6 2 的m e s o 一位溴化。而用过量的n b s 可以使四苯基卟啉2 区域 选择性地溴化而得到2 ，3 ，1 2 ，1 3 四溴卟啉6 4 1 5 0 】。 7 卟啉的硝化，无论是通过亲电取代还是兀阳离子自由基中间体，一般都是发 生在m e s o 位。亲电硝化试剂一般使用发烟硝酸、硝酸铜、硝酸锌或者n 0 2 b f 4 i s l ； 而通过卟啉胥阳离子自由基中间体的硝化反应，一般使用n 2 0 4 或者n 0 2 - s 2 作硝 化剂。陈彰评课题组发现，用硝酸盐和醋酸、醋酸酐做硝化剂，生成的2 硝基取 代四苯基金属卟啉，其产率和反应时间与所用硝酸盐和卟啉络合的金属离子相 关，当用硝酸铜或硝酸镍对四苯基卟啉铜或镍进行硝化，可得定量的2 硝基卟啉 铜或2 - 硝基卟啉镍，分离产率可到9 7 。 5 3 1 一般而言，硝基的拉电子作用会降低大环发生进一步亲电取代的活性，但采 用特别的方法也可以得到多硝化产物。例如，使用发烟硝酸，在醋酸酐、k 1 0 蒙 脱土催化下，可以将四芳基卟啉6 5 硝化得到其七硝化产物6 6 5 4 1 。( s c h e m e 1 - 1 8 ) 卟啉的v i l s m e i e r 甲酰化是往卟啉环上引入c 取代基的比较常见的方法。该 反应比较容易发生在卟啉的c a ( i t ) 、n i ( i i ) 金属络合物上，使用d m f p o c l 3 ，然 后用碱溶液处理。在此反应条件下，伊八烷基卟啉可以得到其m e 3 0 ，甲酰基衍生 物，例如化合物6 7 1 5 5 】；m 甜o 四芳基卟啉可以得到其伊甲酰基衍生物，例如化合 物6 8 5 6 1 。( s c h e m e1 - 1 9 ) 3 课题设计及研究内容 从以上的综述，我们知道卟啉环2 位的硝基是一个非常易变的基团，通过对 它的亲核取代，可以引入许多其它基团，不仅能得到一些性质特殊的化合物，扩 大卟啉豹应用范围，同时发现一些新的反应，大大增加卧啉的研究内容1 5 7 】。但 在卟啉的中位引入硝基，用不同的亲核试剂进行反应，结果将会怎样，这是本文 将要重点研究的内容。计划开展以下方面的研究： 1 合成5 一( 4 一硝基苯基) 1 0 ，1 5 ，2 0 - 三苯基卟啉( n 0 2 t p p ) ，讨论其反应条件： 2 以n 0 2 t p p 为底物，用一系列的亲核试剂与之反应，探讨不同反应条件 对反应的影响，并探讨其反应机理； 3 合成n 0 2 t p p 的n i ( i i ) 、z n ( i i ) 络合物，并用一系列的亲核试剂与之反应， 讨论中心金属对反应的影响； 4 还原n 0 2 t p p 得到n h 2 t p p ，并使之与2 , 6 二毗啶醛反应，得到一种含有 卟啉和毗啶的席夫碱。 相信最终将为合成不对称的卟啉提供一些有趣的实验结果。 参考文献 【1 】r ，m w i l l s t a t t e r , a s t o l l ，u r a e r s u c h u n g e nu b e rd a sc h l o r o p h y l l ，s p r i n g e rv e r l a g ， b e r l i n ，1 9 1 3 2 1h f i s c h e r , h o r t h ，d i ec h e m 把d e sp y r r o l s , a k a d e m i s c h ev e r a g s g e s e l l s c h a f i l e i p z i g ，1 9 3 7 3 】j e f a l k ，p o r p h y r i n s a n dm e t a l l o p o r p h y r i n s ，e l s e i e r , a m s t e r d a m ，1 9 6 4 ； p o r p h y r i n s a n d m e t a l l o p o r p h y r i n s ( e d ：k m s m i t h ) ，e l s e v i e r , a m s t e r d a m ，19 7 5 ； t h e p o r p h y r i n sf e d ，：d d o l p h i n ) ，a c a d e m i cp r e s s ，n e wy o r k ，1 9 7 8 4 】h a n d b o o ko f p o r p h y r i n s f e d ：k m k a d i s h ，k m s m i t h , r g u i l a r d ) 。a c a d e m i c p r e s s ，n e wy c i r k ，2 0 0 0 5 1h k u r r e c k ，m h u b e r , f u n c t i o n a lm i m i c so f s u p e r o x i d ed i s m u t a s ee n z y m e s a s c a t a l y s i s a g e n t s a n g e w c h e m 1 9 9 5 ，1 0 7 ，9 2 9 6 】a ) k j u w e r , d o r d r e c h t ，m e t a l l o p o r p h y r i n sc a t a l y z e d r e a c t i o n s ( e d s ：em o n t a n a r i l c a s d l a ) ，1 9 9 4 ；m a r c e ld k k e r , m e t a l l o p o r p h y r i n si nc a t a l y t i co x i d a t i o n s ( e d ： r a s h e l d o n ) 1 9 9 4 ， 7 】ws u t m c o o p e r , m c b r a n t ，r o t a x a n e sa sn e wa r c h i t e c t u r e sf o r p h o t o i n d u c e de l e c t r o nt r a n s f e ra n dm o l e c u l a rm o t i o n s c h e m m a t 1 9 9 l 1 0 1 2 t 2 。 8 】b o n n e t t ，r e g i o s p e c i f i ca r y ln i t r a t i o no f m e s o s u b s t i t u t e dt e t r a a r y l p o r p h y r i n s ： a s i m p l e r o u t et ob i f u n c t i o n a l p o r p h y r i n s c h e m r e v 1 9 9 5 ，2 4 ，1 9 ( 9 】a d a d l e r , f r l o n g o ，j d f i n a r e l l i ，e ta 1 ，as i m p l i f i e ds y n t h e s i sf o r m e s o 。t e t r a p h e n y l p o r p h y r i n j = o r g c h e m 1 9 6 7 ，3 2 ，4 7 6 【1 0 】j s l i n d s e y , i c s c h r e i m a n ， l c h s u ，p r o t o nn u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e l i n ew i d t h sa n d s p i n r e l a x a t i o ni n p a r a m a g n e t i c m e t a l l o p o r p h y r i n s o f c h r o m i u m ( i i i ) ，m a n g a n e s e ( m ) a n di r o n ( i ) j ：o r g c h e m 1 9 8 7 ，5 2 ，8 2 7 1 1 p s l i n d s e y , i nt h ep o r p h y r i n h a n d b o o k , a c a d e m i c p r e s s ：b o s t o n ，1 9 9 9 ，v 0 1 ， p p 4 5 - 1 1 8 【1 2 j l s e s s l e r , a m o z a f f a r i ，m r j o h n s o n , p r e p a r a t i o n o ff u n e t i o n a l i z e d 1 4 p o l y h a l o g e n a t e dt e t r a a r y l p o r p h y r i n sb y s e l e c t i v es u b s t i t u t i o no f t h e p - f l u o r i n e s o f m e s o - t e t r a - ( p e n t a i l u o r o p h e n y l ) p o r p h y r i n s o r g s y n t h 1 9 9 1 ，7 0 ，6 8 1 3 】h w w h i t l o c k ，r h a n a n e r ，r o t a x a n e sa sn e w a r c h i t e c t u r e sf o rp h o t o i n d u c e d e l e c t r o nt r a n s f e ra n dm o l e c u l a r m o t i o n s o r g c h e m 1 9 6 8 ，3 3 ，2 1 6 9 【14 u e i s n e r ，a l i c h t a r o w i c z ，r p l i n s t e a d ，r e g i o s p e c i f i ca r y ln i t r a t i o n o f m e s o s u b s t i t u t e d t e t r a a r y l p o r p h y r i n s ：as i m p l e r o u t et ob i f u n c t i o n a l p o r p h y r i 璐，c h e m s o c 1 9 5 7 7 3 3 【1 5 】h h h t h o f f e n , j - h f u h r h o p ，h v o i g t ，p r o t o n n u c l e a r m a g n e t i cr e s o n a n c e l i n e w i d t h sa n d s p i n r e l a x a t i o ni n p a r a n m g n e d cm e t a l l o p o r p h y r i n s o f c h r o m i u m ( i i i ) ，m a n g a n e s e ( 1 1 1 ) a n di r o n ( 1 l i ) l i e b i g sa n n c h e m 1 9 6 6 ，6 9 5 ， 1 8 3 【1 6 】w c s i e d e l ，ew i n k l e r , f u n c t i o n a lm i m i c so fs u p e r o x i d ed i s m u t a s ee n z y m e s a sc a t a l y s i s a g e n t s l i e b i g sa n n c h e m 1 9 4 3 ，5 5 4 ，1 6 2 【17 】d h r b a r t o n ，j k e r v a g o r e t ，s z z a r d ，p r e p a r a t i o n o ff u n c t i o n a l i z e d p o l y h a l o g e n a t e dt e t r a a r y l p o r p h y r i n sb ys e l e c t i v es u b s t i t u t i o no f t h ep - f l u o r i n e s o f m e s o - t e t r a - ( p e n t a f l u o r o p h e n y l ) p o r p h y f i n s t e t r a h e d r o n1 9 9 0 ，4 6 , 7 5 8 7 【18 n o n o ，h k a w a m u r a , m b o u g a u c h i ，r o t a x a n e sa sn e wa r c h i t e c t u r e sf o r p h o t o i n d u c e de l e c t r o nt r a n s f e ra n dm o l e c u l a rm o t i o n s t e t r a h e d r o n1 9 9 0 ，4 6 ， 7 4 8 3 【19 k 。a o y