（应用化学专业论文）萘基卟啉及其蒽醌衍生物的合成及性能研究.pdf

中文摘要卟啉类化合物由于其独特的生物特性和光学性能，已经被广泛作为光敏剂，用于癌症、心血管等疾病的光动力疗法治疗。对其结构的改进成为这领域的热点课题。目前人们对卟啉的研究主要限于苯基卟啉及其衍生物，而萘基等大芳香环的引入，有利于提高卟啉对肿瘤组织的亲和力，因此本文合成了一系列萘基卟啉化合物，并在此基础上合成了萘基卟啉一葸醌化合物和一系列金属萘基卟啉化合物。本文采用a d l e r 法和郭灿城方法合成了一系列对称的萘基卟啉化合物；采用a d l e r 法合成了一系列不对称的带有羟基活性基团的萦基卟啉化合物，并确定最佳工艺条件。上述化合物通过红外分析、核磁共振和质谱进行结构表征。本文将氯乙酰氨基葸醌引入上述不对称卟啉母体上，合成了蔡基卟啉一葸醌化合物，对其中一种化合物进行了单晶衍射测定确定其晶体结构，并采用高效液相色谱推测晶体在荧光照相中颜色发生变化的原因。上述化合物通过红外分析、核磁共振、质谱及元素分析进行结构表征。同时，本文合成了一系列萘基卟啉金属铜、锌络食物，并采用红外分析、核磁共振、质谱对化合物进行了结构表征。本文对合成的化合物采用紫外一可见光谱，荧光光谱及氧化还原电位等方法研究其光物理性能，并与四苯基卟啉的光物理性能进行对比。研究表明萘基的引人使卟啉环的共轭体系得到延伸，增加卟啉环氧化半峰电位，使其难于被氧化；另外，在萘基卟啉一葸醌体系中，由于分子内部从卟啉单线态至蒽醌之间发生了光诱导的电子传递作用，使得母体萘基卟啉产生强烈的荧光猝灭。关键词：萘基卟啉葸醌光动力疗法电子传递荧光猝灭光学吸收性能氧化还原电位a b s t r a c tp o r p h y r i nd e r i v a t i v e s ，d u et ot h e i re x c l u s i v eb i o l o g i c a la n do p t i c a lp r o p e r t i e s ，h a v eb e e nw i l d l yu s e da sp h o t o s e n s i t i z e rf o rp h o t o d y n a m i ct h e r a p yo fc a n c e ra n dc a r d i o v a s c u l a rd i s e a s e s n o w a d a y s ，t h ei n v e s t i g a t i o no np o r p h y r i nm a i n l yf o c u s e do np h e n y l p o r p h y r i n - a n t h r a q u i n o n ea n di t sd e r i v a t i v e s n e v e r t h e l e s s ，p o r p h y r i n sc o n t a i n i n gh i g h c o n j u g a t e dg r o u p s ，s u c h 笛n a p h y l ，s u b s t i t u t e di nt h em e s op o s i t i o n so ft h et e t r a p y r r o l er i n ge x h i b i ti n c r e a s e dt u i d _ o rl o c a l i z a t i o np r o p e r t i e sc o m p a r e dw i t ht h ec o r r e s p o n d i n gp h e n y ls u b s t i t u t e dc o m p o u n d s i nt h ep r e s e n tp a p e r , s e v e r a ln o v e lp o r p h y r i n sb e a r i n gn a p h t h y lg r o u pa n dt h e i rm e t a lc o m p l e x e sw e r es y n t h e s i z e db ya d l e ra n dg u om e t h o da n dc h a r a c t e r i z e db yi r ，1 hn m ra n df a b m s n a p h t h y l p o r p h y r i n - a n t h r a q u i n o n ec o m p o u n d sw e r ea l s os y n t h e s i z e da n dc h a r a c t e r i z e db y 服，1 h 田艮f a b - m sa n de l e m e n ta n a l y s i s t h ec r y s t a ls t r u c t u r eo fo n eo ft h e s ec o m p o u n d sw a si n v e s t i g a t e db ys i n g l ec r y s t a lx - r a yd i 册a c t i o n t h ea b s o r p t i o np r o p e r t i e s ，f l u o r e s c e n c es p e c t r aa n do x i d a t i o n - r e d u c t i o np o t e n t i a lw e r es t u d i e d t h er e s u re x h i b i tt h a tt h ei n t r o d u c t i o no fn a p h t h y lg r o u pc a r le n h a n c et h ec o n j u g a t ed e g r e eo f t h ep o r p h y r i na n dm a k et h e mm o r ed i f f i c u l tt ob eo x i d a t e d i nt h en a p h t h y l p o r p h y r i n - a n t h r a q u i n o n em o l e c u l e ，t h ef i u o r e s c e n c eq u e n c h i n gw a so b s e r v e dd u et ot h ep h o t o i n d u c e di n t r a m o l e c u l a re l e c t r o nt r a n s f e rf r o mt h ee x c i t e dp o r p h y r i ns i n g l e ts t a t et ot h ea p p e n d e da n t h r a q u i n o n e k e yw o r d s in a p h t h y l p o r p h y r i n ，a n t h r a q u i n o n e ，p h o t o d y r m m i ct h e r a p y ,e l e c t r o nt r a n s f e r , f l u o r e s c e n c eq u e n c h i n g ，a b s o r p t i o np r o p e r t yo x i d a t i o n r e d u c t i o np o t e n t i a l独创性声明本人声睨所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加瞬标注和致谢之处夕 ，论文中不包含其他人已经发表绒撰写过豹研究成果，也不包含为获得墨茎盘壁或其他教育机构的学位或证书丽使用过的材料。与我一同工作的同志对本磅究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：黝签字日期：上。哗年，月岁日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解苤壅盘壁有关保留、使用学位论文的规定。特授权蠢壅盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：黼签字目期：2 牟年f 月j 日一名：刁莓当签字日期易劲晔刽月，日天津大学硕士学位论文第一章前言第一章前言卟啉类化合物是近些年来学术界研究较多的热点课题之一，由于其独特的结构和性能，已被人们广泛的应用于生物化学、医药化学、分析化学和光化催化等各个研究领域。尤其近年来作为光敏剂用于光促疗法，为癌症的早期诊断和治疗开辟了新的途径，目前已独立形成一门新兴的边缘学科一卟啉化学。蒽醌类化合物能够插入d n a 螺旋分子结构中相邻两单元，阻碍d n a 在d n a 及r n a 复制中的模板作用，对d n a 产生有效的光切割【1 。2 l 。研究表明在卟啉发色团中引入具有光学活性和插入功能的基团能够加强该二元分子的光化活性并能导致对d n a 分子的有效断裂 3 】o本课题即考虑依据卟啉类化台物在肿瘤组织中积聚的特性，将葸醌引入卟啉中形成卟啉- 葸醌体系，通过卟啉产生单线态氧及蒽醌对d n a 分子的光切割作用，对病变细胞产生双重杀伤，即合成同时具有化学杀伤和光动力效应双重活性的抗癌新药。同时，以共价键相连的卟啉蒽醌体系在光照下发生分子内电子传递，又是模拟绿色植物光合作用的理想体系【4 _ 9 1 。本文选择萘基卟啉作为研究对象，通过改变卟啉的结构，增大其共轭体系，从而改善卟啉类化合物的光学性能；同时将氯乙酰氨基葸醌引入卟啉母体，研究其光学性能及分子内的电子传递情况，为合成疗效显著，毒副作用小的抗癌新药，奠定良好的合成理论基础。天津大学硕士学位论文第二章文献综述2 1 光动力疗法简介第二章文献综述光动力疗法( p h o t o d y n a m i ct h e r a p h y , 简称p d t ) 是一种将光和药剂相结合用于治疗癌变细胞或组织的医学方法。它是继手术疗法，化学疗法和放射疗法之后的第四种癌症疗法。光动力现象的发现已经有1 0 0 多年的历史，但直到7 0 年代，光动力疗法才得到迅速的发展，取得令人瞩目的成就。这是因为与其它治疗癌症的方法相比，光动力疗法具有独特之处。它结合了放疗和化疗的长处，在光疗中同时需要光敏剂和光，具有双重选择性，即选择性富集和选择性光照激活，这使得光疗比一般的方法更易将药物作用点控制在病灶部位，达到选择性高，副作用小，方法简便，见效快等优点。特别是对于大多数用传统方法治疗无效的晚期癌症患者和不适于手术，放疗，化疗的病人，光动力疗法是一种理想的选择。光动力疗法的基本过程是：首先选择一种对病体组织具有选择性的光敏剂，将其引入体内，并在组织间进行分布，当光敏剂在靶体组织和非靶体组织中的浓度比达到一定值时，用光敏剂所需波长光照射靶体，光敏剂被光激活并产生活性氧和氧化物，破坏靶体组织。光的波长越长对组织的穿透力越强。因此，理想的光敏剂要在红光或近红外区域能被激活i l ”。研究表明，光动力疗法治疗肿瘤的作用机理主要有两个方面：一是对肿瘤细胞的直接杀伤作用【l l l ；二是通过作用于肿瘤组织的微血管造成血管完全闭合，从而使肿瘤组织缺氧或营养枯竭，导致肿瘤坏死【l2 1 。两种作用何种为主，依不同光敏剂而异【”j 。一。光动力疗法的原理十分复杂，没有任何简单的机理可以解释光动力效应。在研究光动力疗法机理时，必须同时考虑分子反应的电子机制、光敏剂的传输和定位以及光物理过程。下图2 - 1 是典型光敏剂的j a b l o n s k i 变形图。天津大学硕士学位论文第二章文献综述图2 - 1 典型光敏剂的j a b l o m k i 变形图f i g u r e2 - 1m o d i f i e dj a b l o n s k id i a g r a mf o rat y p i c a lp h o t o s e n s i t i z e r该图概括出分子被激发前后主要的光物理过程i l “。对光动力疗法而言最重要的部分是处于激发态的光敏剂经非辐射的系间窜越( i n t e r s y s t e mc r o s s i n g )转变为三线态的过程，这是一个自旋禁阻的过程。之后分子从三线态经过两条路线驰豫：发射磷光的辐射过程，或与其它三线态分子发生自旋交换的非辐射过程。发射磷光的过程包括一个自旋翻转，因此也是一个自旋禁阻的过程，这使得三线态的寿命较长( 微秒数量级) ，能与周围的分子发生反应。其中的一个反应过程6 ( 类型i i ) 就是与三线态氧发生自旋交换，产生高度活泼的单线态氧。而通常认为单线态氧是主要的细胞毒性剂，它能与生物底物发生氧化，环加成等反应，从而有效地摧毁肿瘤细胞【l 引。另一个反应过程7 ( 类型i ) 是光敏剂的三重态与底物发生电子转移或抽氢作用【1 6 1 ，产生底物和光敏剂的自由基或自由基离子，它们可以进一步与周围的氧反应生成氧化物。一般认为，大多数光敏剂以类型i i 反应为主。光动力疗法最根本的因素是光疗药物。根据光疗本身的要求，理想的光敏药物应具有以下特点：1 在光疗窗口( 6 0 0 9 0 0 n m ) 有强的吸收。在光疗窗口内，组织对光的散射少，且内源分子的竞争吸收很小，( 内源吸收分子主要有血色素、黑色素等) ，因而能使照射光穿透到组织深处，使光疗有望用于许多临床难治的肿瘤。2 三重态量子产率高，三重态的能量大于9 4 k j m 0 1 。光动力疗法过程中，光敏剂受光激发到单重态，但单重态寿命短，然后经系间窜越，单重态光敏剂转变为寿命较长的三重态光敏剂：光动力疗法的反应主要发生在长寿命的三重_】i星丑n天津大学硕士学位论文第二章文献综述态。3 在氧的存在下，激发的三重态的光敏剂可通过光敏反应产生活性氧，尤其是单重态氧。单线态氧与生物分子发生反应，使得生物过程遭到破坏。4 选择性高。好的疗效的实现，一个重要的基础就是光敏剂能在肿瘤组织中选择性富集，而在正常组织或器官中的分布很少或无分布。从根本上保证对肿瘤的选择性杀伤。尤其是皮肤中，要求光敏剂的分布水平要低，以降低光敏皮炎作用。5 光毒性高而暗毒性低。这也是保证正常组织免受损伤而提高光疗选择性的一个方面。光疗之所以优于化疗，也在于所有光疗药物在无光照射时无作用，而对靶体组织选择性光照时，靶体组织的光敏剂被激活而有选择性的只在靶体组织中发挥作用。6 从正常组织中快速清除。根据药物动力学的要求，光敏剂注射到体内以后，要求在肿瘤部位高浓度富集，而在正常组织中分布低，且能快速清除。多余的药物应能很快从体内排泄，以降低光疗的副作用。7 容易大量合成，且药物的配方简单，容易保存。这也是使光疗药物全面推广的基本要求。根据以上光促疗法对光敏剂的要求，目前研究比较活跃的光敏剂主要有以下几种：1 卟啉类化合物：包括血卟啉，四苯基卟啉衍生物，二氢卟吩衍生物，叶绿素衍生物等。2 酞菁类化合物：包括金属酞菁，萘酞菁等。3 葸醌类化合物：如葸并吡咯等。4 醌类化合物：包括竹红菌素及其类似物。5 其它化合物：如吩噻嗪，吖啶等。从目前看，大多数有效光敏剂的研究都集中在四吡咯体系。尽管还不能下结论认为其它光敏剂不值得去研究，但很明显，大环四吡咯体系对光动力疗法具有一定优越性，表现在：它们都能有效产生单重态氧，在无光的时候是无毒的，并且其光吸收正好在光疗窗口。另外，它们相当稳定。已用于临床光动力疗法的光敏剂即卟啉类衍生物2 2 卟啉类光敏剂的研究进展早在上世纪2 0 年代p c l i c a r d 就发现血卟啉的光毒效应【1 0 1 ，m a y e rb e t z 甚至天津大学硕士学位论文第二章文献综述在自己身上注射了血卟啉并证实了这一点【1 7 】；1 9 4 2 年a u l e r 1 8 】发现血卟啉能选择性的集中于肿瘤组织：1 9 7 2 年d i a m o n d 1 9 】首次报道带瘤小白鼠注射血卟啉后，用一定波长的可见光照射可杀死癌细胞，而对正常组织损害甚微；6 0 年代l i p s o n与其同事对血卟啉的混合物进行了提纯，制得了血卟啉衍生物h p d ，这是真正意义上的第一个光疗药物 2 0 1 ；7 0 年代美国人d o u g h e r t y 2 1 】用凝胶排阻色谱法从血卟啉衍生物h p o 中精制出p h o t o f r i ni i ，开始了光敏剂的临床实验；1 9 9 3 年p h o t o f r i ni i 首次被批准用于临床治疗癌症，开始了光促疗法治疗癌症。目前光促疗法已经可以用于治疗皮肤癌、支气管癌、食道癌、膀胱癌、结肠癌、前列腺癌、复发性乳腺癌等恶性肿瘤。卟啉类化含物对肿瘤组织的选择定位的机理还不是很清楚，但一般认为卟啉是通过低密度脂蛋白( l d l ) 受体的吞噬作用与肿瘤细胞相结合的，而癌细胞具有较高浓度的低密度脂蛋白锄】。另外有些人认为，游离卟啉是扁平及平面型结构，它对肿瘤的定位能力需要在毗咯核侧链对称地含有两个或两个以上极性的含氧等基团。许多实验表明，卟啉与金属络合则降低对肿瘤的定位能力。金属卟啉有一个金属d 轨道垂直于卟啉分子平面，这可能是金属卟啉肿瘤的定位能力降低的原因。2 2 1 第一代光敏剂由于血卟啉衍生物在光疗中的杰出贡献，人们将其称为第一代光敏剂。血卟啉是最早分离出来的一种天然卟啉类化合物，它是从动物血液中提取出来的天然混合物。其结构如下：艘r 1 ，r 产一叫0 1 3h p dr i , r 2 = 一卿o a c ) c h 3h v dr i = - - c h ( o h ) c h 3r 2 = - - c h c h 2p pr 1 ，睁一口一c h 2卟啉类化合物之所以能够诊断和治疗癌症，是由于它具有某些引人注目的特点。首先，卟啉类化合物具有对迅速增殖的癌细胞的优先积聚作用，即对癌细胞的定位作用；其次，当用适当波长的光照射时，能产生可见荧光，并能释放出单线态氧对癌细胞起光氧化作用。1 ) 卟啉类化合物对癌症的诊断作用有人测定卟啉类化合物在不同组织和器官中的相对吸收率表明，工业h p 特别天津大学硕士学位论文第二章文献综述是h p d 在肿瘤中的浓度较为适当，且呈现出相当高的与肿瘤细胞长期结合的能力 2 4 1 。例如在小鼠腹下注射放射性同位素标记 “c h p dl o m g k g 后，测定不同时间h p d 在器官组织和血液中的分布情况表明，在肿瘤中的积聚程度比血液、皮肤和肌肉中高，但比肝、肾、脾中低【2 5 1 。若时间延续至注射7 2 小时，各时间积聚于肿瘤的h p d 量总高于相应血液、皮肤和肌肉。在7 2 小时，肌肉中已无h p d 。由于卟啉在肝、肾、脾等器官中的积聚更多，所以用光促疗法治疗癌症在很大程度上取决于肿瘤的特定区域，存在着局限性。但是随着与激光和光导纤维相联的内窥镜技术的发展，光促疗法将扩大治疗范围，推向体腔和深部肿瘤的治疗。卟啉类化合物对癌症的诊断是以其在肿瘤组织中优先积聚作用为前提，且卟啉分子是一个共轭体系，很容易吸收光能产生电子跃迁，电子从高能级回跃时可发出荧光，用于诊断癌症。例如当用光照射滞留血卟啉的癌块时，呈现一种桔红色荧光。2 ) 卟啉类化合物对癌细胞的光动力杀伤作用卟啉类化合物优先积聚在癌细胞上后，能在氧和可见光存在下，由单重态转化为活化的三重态，活化三重态光敏剂与周围氧发生能量交换产生有效的细胞毒性剂单线态氧，从而导致对肿瘤强有力的摧毁【i5 1 。单线态氧( 1 0 z ) 是三重态分子氧的亚稳激发态，其中所有的电子均已配对。通过三重态光敏剂的能量传递，使基态三重态氧发生光化反应形成第一激发单重态( 1 g ) 是一自旋允许过程( e s = 9 4 6 k j m 0 1 ) ；氧的第二激发单重态，自旋成对的电子占据不同轨道，能量比第一激发态更高，寿命更短。卟啉类光敏剂产生单重态氧杀伤癌细胞的过程如下：s e n s ( 光敏剂，如h p d ) 生一1 s e n s * ( 光敏剂的受激单重态)1 s e n s 十一3 s e n s * ( 光敏剂的受激三重态)3 s e n s * + 3 0 ：( 三重态氧) _ 1 0 。( 单重态氧) + s e n s1 0 。+ 癌细胞反应物 氧化物+ 3 0 ：综上所述，卟啉类化合物作为一种光化疗治癌的光敏剂，能够满足以下三个条件：( 1 ) 由于大n 共轭体系的结构，容易被光辐射所激活：( 2 ) 由于它在肿瘤体系中的定位能力，使它在体系中保持较高的浓度，而且能够吸收较多的光子；( 3 ) 能够把自己的激发能量传递给反应物。至于产生的单重态氧对癌细胞的氧化作用就非常复杂了。概括的说是癌细胞的有机基团与氧反应，产生过氧化物，它能阻止有机分子恢复到原来的结构，使癌细胞失活。从而被杀死。血卟啉衍生物h p d 是混合物，其中有的成分在皮肤中的代谢较慢，具有一定天津大学硕士学位论文第二章文献综述的光毒作用，患者用药后必须避光，否则容易产生皮肤溃烂等现象。目前在临床上广泛使用的光敏剂p h o t o f r i n i i 的一个缺点是它的选择性不强，在体内停留的时间长达6 周，因此用p h o t o f i i n i 治疗的病人对强光过敏【2 州。这个问题虽然比化疗的副作用要小得多，但仍然限制了它的应用。p h o t o f r i n i i 的另一个缺点是，是使药物活化的激发光最大波长不在理想范围内。一般说来，光的波长越长，其对组织穿透能力越强，因此理想的光敏剂应该在红光或近红外光区有吸收。但使光敏素i i 活化的最大吸收波长是6 3 0 n m ，该波长的光穿透组织的效率非常有限，其原因可能是内源性发色团( 主要是血红蛋白) 的吸收和光散射。由于第一代光敏剂本身的这些缺点，人们都在试图合成组分单一，结构明确，激发波长红移，无毒副作用的更好的光敏剂，以期提高光动力治疗的效果。2 2 2 第二代光敏剂在研究血卟啉类光敏剂的同时，人们注意到某些与血卟啉有类似结构的化合物也具有肿瘤定位作用和光动力治疗作用，人们对其进行改进合成新的光敏剂并称其为第二代光敏剂。主要有以下几种：1 四苯基卟啉及其衍生物：四苯基卟啉是最容易合成的卟啉类化合物，这使得它成为开发光疗药物的非常有用的前题而引起人们的广泛关注。一系列四苯基卟啉的衍生物被合成出来进行研究，并取得了很多成果。例如：早在1 9 6 2 年w i n k e h n a n 2 7 1 等人就报道了中位一四苯基磺酸钠盐( t p p s ) 在肿瘤组织中的滞留量高于其它任何组织，与肿瘤的亲和力比血卟啉高1 0 倍以上。1 9 8 3 年，g a m a l e y a 2 8 】等报道t p p s 对癌细胞的光动力杀伤疗效优于h p d 。1 9 7 8 年，m u s s e r 2 9 肄报道中位一四( 对羧基苯基)卟吩在肿瘤组织中有较高的滞留量。同时人们也认识到不对称的四苯基卟啉衍生物也具有特殊的生物活性，有关此类化合物的报道层出不穷 3 0 - 3 4 。表2 - 1 列出了几种被作为光敏药物研究的四苯基卟啉衍生物。实验证f i j j 3 5 】t m c p p ，t m m p p 等均在肿瘤组织中有一定的选择摄入作用；t s m p p ，t o e m p p ，t p y m p p 光敏化产生单重态氧的能力远远高于国产光敏剂y h p d ；t d e m p p ，t p i m p p 和t p y m p p 对癌细胞的光动力杀伤作用与y h p d 相当。天津大学硕士学位论文第二章文献综述表2 1 第二代光敏剂结构t a b l e2 - 1s l r u e t u r eo f t h es e c o n d a r yp h o t o s e n s i t i z e r同时人们发现萘基等大芳香环的引入，有利于提高卟啉对肿瘤组织的亲和力州，1 9 8 1 年，z a n e l l i l 3 7 1 发现四萘基卟吩磺酸钠( t n p s ) 对肿瘤组织有很强的亲和力。而有关萘基卟啉合成的文献报道很少，主要有如下几种中位萘基卟啉及其磺化产物，见下表2 - 2 。综上所述，若选择萘基等大环卟啉为研究对象，通过改变卟啉的结构，增大其共轭体系，可能改善卟啉类化合物的光学性能，增大其光学吸收波长，以期合成选择性好，光敏性强的优良光敏剂。表2 - 2 中位萘基卟啉化合物结构t a b l e2 - 2s t r u c t u r eo f s e v e r a lm e s o - n a p h t h y l p o r p h y r i n天津大学硕士学位论文第二章文献综述2 二氢卟吩类光敏剂：这一类化合物主要包括叶绿素类和细菌卟吩。是卟啉结构中一个毗咯环上的双键被还原后的产物。这类化合物具有很好的光物理性质，在可见光区吸收波长长且吸收强。从理论角度讲，这类化合物表现了适合光疗药物的特性，具有开发成光疗药物的巨大潜力。但他们所存在的缺点各不相同，如有的长期存在皮肤光敏性，有的稳定性差等。3 合成烷基卟啉衍生物：就是指在吡咯环上有各种烷基取代基的卟啉化合物。这类化合物的代表是八乙基红紫素锡。这是一个光疗性能很好的化合物，它在光疗中不伤正常组织，且皮肤光敏反应小。其作用是引起细胞膜的损伤。但此类化合物存在合成步骤长、产率低，且产物稳定性差的缺点。4 其它卟啉化合物：主要包括卟啉与一些小分子如类固醇、类脂、多肽、核苷、核苷酸、小分子糖等的缀合物。经研究发现，此类化合物可大大提高卟啉光敏剂对肿瘤细胞的选择性，引起人们的广泛关注。这方面的工作正处于探索阶段。2 3 金一卟啉化合物的应用由于金属卟啉配合物在生物体系中广泛存在并有重要的作用【4 3 1 ，如参与氧的传递、贮存及活化，参与光合作用等。因此吸引了众多研究者的关注。概括起来，金属卟啉的应用主要有以下几方面：1 用作生物体内氧化过程的模型由于卟啉化合物结构的特殊性，其金属配合物所发生某些化学反应，可作为生物体某些反应机理问题的模拟模型。在这方面最引人注目的是利用它去模拟单加氧酶p - 4 5 0 、血红蛋白和肌红蛋白。例如铁卟啉配合物和p - 4 5 0 有类似的结构性质，人们就利用它去对p - 4 5 0 进行模拟。2 制作光电池卟啉化台物具有分子氧的电催化还原性，可以用它作为光电化电池的阴极，制成优质光电池。3 用于环境保护金属卟啉化合物对有机化合物有催化氧化的作用。其中最突出的是用以消除n o 污染。n o 对金属卟啉化合物进行轴向配位并活化，因此可以用这类化合物作为n o 还原分解的催化剂，来更好的消除n o 的污染。天津大学硕士学位论文第二章文献综述2 4 卟啉一慧醌类化合物的研究进晨自然界光合作用是效率最高的光能转换过程，光合作用中心涉及到叶绿素、细菌叶绿素、脱镁叶绿素等卧啉类化合物以及作为电子受体的醌类化合物m 】。因此，自从k o n g 4 5 】等合成了第一个卟啉醌化合物以来，人们广泛采用了以共价键连接的卟啉一醌化合物为模型【4 6 1 ，并成为光合成模拟研究中的一个重要课题。这种卟琳一醌化合物的特点是，在基态时卟啉和醌之间无相互作用或作用甚微；而在光照下形成单线态激发分子后，可发生分子内的电子传递，形成p + q _ 的离子自由基，实现分子内荧光猝灭。荧光寿命越短，在一定程度上说明分子内电子传递速率越高。而分子内电荷传递效率的一个重要影响因素是卟啉一醌的共轭程度。蒽醌与苯醌相比，具有共轭体系大、化学稳定性高等特点【8 。同时实验表明卟啉一蒽醌体系具有强烈的荧光猝灭现象。目前已合成的卟啉一葸醌化合物主要集中于苯基卟琳一慈醌类化合物，见下表2 3 。表2 - 3 卧啉- 蒽醌化合物结构t a b l e2 - 3s t r u c t u r eo fs e v e r a ln a p h t h y l p o r p h y r i n - a n t h r a q u i n o n e明3n0 3天津大学硕士学位论文第二章文献综述取代基r 1 = 珏r 1 = hr 1 = 0r 2 = h r 3 = o c h ；4 8 r 2 = h r 3 = c h 3 4 8 1r 2 ：h ，r 3 = o c h 5 4 8 】同时，在卟啉母体中引入具有光动力及嵌入功能的基团能够增强此二元结构的光化性能，从而导致对d n a 的有效分裂。而葸醌类化合物被认为是理想的引入基团，因为研究证明蒽醌是d n a 有效的光切割剂。蒽醌分子可插入到d n a 螺旋分子结构中相邻两单元间，阻碍d n a 在d n a 及r n a 复制中的模板作用，切割d n a 。m嘲尸耐耐儡皑耻耻。一。叫。鼬。邓。一。缈枷一一一=ff融rro i #饪天津大学硕士学位论文第二章文献综述2 5 本文的研究工作本文选择萘基卟啉作为研究对象，通过改变卟啉的结构，增大其共轭体系，从而改善卟啉类化合物的光学性能：同时将氯乙酰氨基蒽醌引入萘基卟啉母体，研究其光学性能及分子内的电子传递情况，希望结合卟啉的光动力杀伤作用和葸醌的光切割作用合成新型靶向抗癌新药。首先，合成一系列萘基卟啉化合物，在此基础上，将氯乙酰氨基蒽醌引入卟啉母体上，合成萘基卟啉一葸醌类化合物；同时，确定最佳工艺条件。其次，采用红外、核磁、质谱、元素分析等分析手段对合成化合物进行结构表征：并用单晶衍射确定萘基卟啉一葸醌化合物的分子结构。最后，对合成化合物进行紫外光谱、荧光光谱及氧化还原电位的测定，并与苯基卟啉化合物进行对比研究，为进一步深入研究打下基础。天津大学硕士学位论文第三章合成路线的确定第三章合成路线的确定3 1 萘基卟啉化合物合成路线的确定3 1 1 反应历程。一r 乒o m一甲即一c + 冒一铲p 上皿 , a 却rhho h*jga ra r c h o实验证明【删，芳醛上有强的供电基和吸电基都不利于反应。另外，合成卟啉的反应受酸度的影响较大。酸催化能够增强芳醛中羰基的活性，利于缩合反应，但酸度不能太大，否则易使吡咯质子化，导致自身聚合反应，不利于形成目标化合物。实验证明，选用p k a 在2 o 4 0 范围的酸作催化剂，产率较高。3 1 2 合成方法的比较卟啉类化合物的合成方法主要包括如下几类：1 r o t h e m u n d 方法l 驯苯基卟啉( t p p ) 在5 0 多年前最先由r o t h e m u n d 合成出来，他采用苯甲醛与毗咯以吡啶为溶剂在密封管中反应，1 5 0 c 下反应2 4 2 8 小时，所得产物产率很低，并且在此条件下，能用来作反应物的取代苯甲醛极少。2 a d l e r 方法删1 9 6 7 年a d l e r 和他的助手改进了r o t h e m u n d 的方法，采用苯甲醛和吡咯在回天津大学硕士学位论文第三章合成路线的确定流的丙酸中反应，反应时间为3 0 分钟，冷却至室温，过滤，滤饼以甲醇和热水分别洗涤，晶体真空干燥移去吸附的丙酸，得蓝紫色晶体，产率2 0 。用该方法来合成中介取代卟啉操作简单，并且是在高浓度下( 0 1 0 3 m o l l ) 反应，有7 0 多种取代醛可以用该方法合成。但是a d l e r 方法也存在着不足之处：由于反应条件的限制，该方法不适于带有敏感集团的芳醛。反应中生成大量的焦油，使产品的纯化成为问题，特别是对于在反应最后不结晶或不析出的卟啉。产品中含有大约3 的四苯基二氢卟吩( t p c ) ，需经氧化转化为产物。虽然如此，该方法一直沿用至今，仍是合成卟啉的常用方法。本文合成的大多数化合物采用该方法。3 l i n d s c y 方法【5 2 】1 9 8 7 年l i n d s e y 进一步改进了四苯基卟啉的合成，采用苯甲醛和吡咯在氮气保护下，在二氯甲烷中，以三氟化硼乙醚络合物为催化剂，室温反应生成卟啉原，然后以二氯二腈基苯醌( d d q ) 或四氯苯醌将卟啉原氧化得到最终产物卟啉，产率可达3 0 4 0 。但是该方法反应浓度低，以吡咯计仅为1 0 2 m o l l ，且最大反应容积为l 升，放大则效果不好。4 郭灿成方法【5 3 】卜+ 即h + 一d m 瞳a l c l ，r 2郭灿成等采用d m f 为溶剂，无水a i c l 。为催化剂，苯甲醛和吡咯缩合生成卟啉，产率可达3 0 ，高于a d l e r 方法，并且反应过程勿须氮气保护，产物中不含副产t p c ；反应时间也较短，为2 h 。该方法的适用范围较广，对于以取代苯甲醛为原料的合成反应，产率在2 5 3 0 之间；缺点是催化剂a 1 c 1 。易与水反应，给产物的分离造成困难。本文在合成5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 一四( 十六烷氧基) 萘基卟啉时，所得产物在丙酸中不析出，因而采用该方法合成。天津大学硕士学位论文第三章合成路线的确定3 2 萘基卟啉慧鼍化合物合成路线的确定戤0 虻“雄w嘹二h 2 即一嘹一雄”考虑到氯乙酰氯有两个活性氯，因此选择它为桥基，将蒽醌类化合物连到母体卟啉上；而且第一步反应产率高，易提纯，第二步反应同样有较好的收率。3 3 金属萘基卟啉化合物合成路线的确定金属卟啉的合成一般产率较高，本文选择了两种二价金属铜、锌的醋酸盐与部分萘基卟啉化合物进行反应合成金属萘基卟啉络合物。在溶剂的选择上依据反应的难易，分别选择了氯仿和甲醇混合液及d m f 。合成路线如卞：萘基卟啉化合物+ m ( o a c ) 2 羔鼍笋金属萘基卟啉络合物天津大学硕士学位论文第四章实验部分4 1 反应原料和试剂第四章实验部分实验中使用的原料及主要试剂如表4 - 1 所示表4 - 1 主要原料及试剂t a b l e4 - 1 ：m a i nm a t e r i a la n dr e a g e n t名称规格纯度生产厂家吡咯分析纯9 9 0台州清泉医药有限公司卜萘甲醛分析纯9 9 0常州市武进鸣凰化学厂甲萘酚分析纯9 8 o天津市光复精细化工研究所苯甲醛分析纯9 9 0天津市化学试剂一厂对羟基苯甲醛分析纯9 9 0上海试剂一厂丙酸分析纯9 9 5天津市化学试剂一厂卜氨基蒽醌分析纯9 8 0河北省吴桥县有机合成化工厂氯乙酰氯分析纯9 8 ，5上海亭新化工试剂厂四氯化钛分析纯9 9 5天津市东大化工厂五氯氧磷分析纯9 9 0北京化工厂苯甲酰氯分析纯9 9 0天津市化学试剂科贸公司三氯氧磷分析纯9 9 0 - 1 0 1 0天律市化学试剂厂三氯甲烷分析纯9 9 5天津大学科威公司二氯甲烷分析纯9 9 0天津大学科威公司无水三氯化铝分析纯9 9 0天津市苏庄化学试剂厂n ，n - 二甲基甲酰胺分析纯 9 9 5天津大学科威公司无水碳酸钠分析纯 9 9 8天津市化学试剂一厂无水碳酸钾分析纯 9 9 o天津市向阳化工厂无水硫酸镁分析纯9 9 ，0天津大学科威公司柱层层析硅胶2 0 0 3 0 0 目烟台源博硅胶有限责任公司溴代十六烷分析纯9 9 0北京北化精细化学品有限公司歪迪坠坌塑垫蒌星空些堂蔓壶! = 1 6 天津大学硕士学位论文第四章实验部分4 2 萘基卟啉化合物的合成4 2 1 对称卟啉化合物的合成4 2 1 15 ，1 0 ，1 5 ，2 0 _ 四苯基卟啉的合成( t p p )将2 8 m l ( 0 0 4 m 0 1 ) 新蒸吡咯与4 m l ( 0 0 4 m 0 1 ) 苯甲醛连续滴入沸腾的1 5 0 m l丙酸中，回流反应3 0 分钟将反应液冷却至室温，抽滤，滤饼用甲醇洗涤，再用热水洗涤若干次，得到蓝紫色固体，真空干燥2 4 小时得蓝紫色粉状晶体1 3 5 9 ，产率2 2 。4 2 1 25 ，1 0 ，1 5 ，2 0 - 四萘基卟啉的合成( t n p )将6 8m l ( o 0 5 m 0 1 ) 卜萘甲醛和3 5 m l ( 0 0 5 m 0 1 ) 新蒸毗咯同时滴加到1 8 0 m l微沸的丙酸中，回流4 5 m i n ，冷却至室温后，加入一定体积的无水乙醇，静置过夜，抽滤，用无水乙醇充分洗涤，得黑色粉末。将粗品用氯仿溶解，进行柱层析，收集紫红色色带，蒸去溶剂，得亮蓝色结晶2 1 9 ，产率2 0 6 。竿印。岛天津大学硕士学位论文第四章实验部分4 2 1 35 ，1 0 ，1 5 ，2 0 _ 四( 十六烷氧基) 萘基卟啉的合成( t s t n p )o c l 础3 3!婴hg弱些骘弱旦嘲扣20型g 些骘土嘲6 0o c l e i nt s i n p1 对羟基萘甲醛的制备：将5 0 9 ( 0 0 3 5 m 0 1 ) 卜萘酚溶于4 5 0 m l 二氯甲烷中，在冰水冷却条件下，缓慢滴加四氯化钛7 6 m l ( 0 0 7 m 0 1 ) ，溶液变为紫红色，搅拌均匀后，缓慢滴加1 ，卜二氯甲醚5 0 m l ( 0 0 5 5 m 0 1 ) ，反应1 0 m i n 。滴加水1 0 0 m l ，控制滴加速度，使反应保持在5 c 以下。乙酸乙酯萃取，水洗有机相，无水硫酸镁干燥有机相。蒸馏除去溶剂，氯仿洗涤数次，得淡黄色固体3 4 6 9 即为产物，产率5 8 。熔点1 7 8 1 7 9 ( 文献值1 7 8 ) 。2 对十六烷氧基萘甲醛的制各：在装有回流冷凝器的三口瓶中加入2 1 5 9 ( 0 0 1 2 5 m 0 1 ) 对羟基萘甲醛的制备，3 8 9 ( o 0 1 2 5 m 0 1 ) 溴代十六烷，1 5 m l 丙酮，2 1 9 无水k z c o s ，搅拌下加热至8 0 c 反应约8 h ，t l c 监测。蒸除丙酮后，混合物用5 n a o h 洗涤两次，抽滤，滤饼用水洗涤数次至滤液中性，得咖啡色固体产品4 2 9 ，产率8 5 。3 5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 _ 四( 十六烷氧基) 萘基卟咻的合成( t s t n p )在装有回流冷凝器和c a c l 。干燥管的三口瓶中加入2 0 m l 无水d m f 和1 0 5 9 无水a 1 c l ，搅拌均匀后加入2 6 9 ( 6 6 r e t 0 0 1 ) 对十六烷氧基萘甲醛的制备，滴加0 4 6 m l ( 6 6 r e t 0 0 1 ) 新蒸吡咯，加热至回流反应2 h ，减压除去溶剂得粗品黑色粉末。将粗品干燥后溶于适量氯仿，用二氯甲烷柱层析，收集紫红色第一色带，蒸去溶剂后得紫红色固体。固体用氯仿一甲醇混合溶剂重结晶得紫红色晶体产物0 4 4 9 ，产率1 5 。4 2 2 不对称卟啉化合物的合成4 2 2 15 - 对羟基苯基一1 0 ，1 5 ，2 0 一三萘基卧啉的合成( t n p p o h )将1 0 2 m l ( 0 0 7 5 m 0 1 ) 卜萘甲醛和3 1 9 ( 0 0 2 5 m 0 1 ) 对羟基苯甲醛溶于2 0 0 m l1 8 -天津大学硕士学位论文第四章实验部分丙酸中，快速搅拌下加热至微回流，将溶于1 0 m l 丙酸中的6 9 m l ( 0 1 m 0 1 ) 吡咯在2 0 m i n 内滴入，搅拌反应3 0 m i n 。1 0 0 减压蒸馏浓缩出部分丙酸，冷却后加入无水乙醇静置，抽滤并用乙醇洗涤至滤液无色，得粗品黑色粉末。将粗品干燥岛母h 百警绺o w+ 叼+ 警蜮淞o w占h 飞叉从汐岛母h 审挈溉叫+ 叼+ 挈蜮叫b氛叉z 汐4 2 2 35 对一( 苯甲酸基) 苯基- 1 0 ，1 5 ，2 0 - - - - - 萘基卟啉的合成( t n p p o b c )将1 0 8 m g ( 0 1 3 9 r e t 0 0 1 ) 5 - 对羟基苯基一1 0 ，1 5 ，2 0 一三萘基卟啉( t n p p o h ) ，2 9 无水碳酸钾放入锥形瓶中，加入4 0 m l d m f ，室温搅拌均匀，迅速加入4 m l ( 3 4 5 r e t 0 0 1 )天津大学硕士学位论文第四章实验部分苯甲酰氯，装上氯化钙干燥管，反应2 3 小时，将反应液倒入l o o m l 冷水中，产生沉淀，抽滤，水洗，最后用无水乙醇洗至滤出的乙醇几乎无色，得粗品。干燥后用氯仿溶解。用二氯甲烷石油醚混合液( 5 ：1 ) 为展开剂进行柱层析，收集紫红色第二色带，旋蒸后得产品。第三色带为未反应的原料，回收使用。一帅c 一屺靠4 3 萘基卟啉蒽醌化合物的合成印蜘戤0潞。即蠡睇一# 殴撕8t n p p o a q ：r = 扑t n p o a q ：4 3 1c 【一氯乙酰氨基蒽醌的制备将5 9 ( 0 4 r e t 0 0 1 ) 卜氨基葸醌溶于3 0 m l 苯中，逐渐滴加溶于1 2 m l 苯中的氯乙酰氯3 m l ，加热至7 0 c ，水浴反应1 5 h 。蒸馏除去苯，所得滤饼分别用碳酸钠溶液和水洗涤数次，干燥，得淡黄色粗产品，大量乙醇重结晶得淡黄色晶体5 7 2 9天津大学硕士学位论文第四章实验部分即为产品，产率8 5 ，熔点2 1 2 c ( 文献值2 1 2 c ) 。4 3 25 一 4 一( q 一蒽醌亚胺酰基) 甲氧基苯基卜1 0 ，1 5 ，2 0 一三萘基卟啉的合成( t n p p o a o )将3 1 2 m g ( 0 4 r e t 0 0 1 ) 化合物5 一对羟基苯基一1 0 ，1 5 ，2 0 一三萘基卟啉( t n p p o h ) ，0 7 9 无水k 。c o 。溶于3 0 m l 干燥的d m f 中，加热至8 5 c ，加入1 5 0 m g ( 0 5 m m 0 1 ) 0 【一氯乙酰氨基蒽醌，在8 5 9 0 c 反应5 h 。减压除去反应液中的d m f ，得暗红色固体粗品。将粗品溶于适量氯仿，以氯仿乙醇混合液( 4 0 ：1 ) 为展开剂进行柱层析，收集第一色带，蒸去溶剂后得产品紫红色固体2 4 2 m g ，产率5 8 。4 3 35 一 4 一( q 一蒽醌亚胺酰基) 甲氧基萘基卜1o 15 ，2 0 - - - 萘基卟啉的合成( t n p o a o )将1 7 4 m g ( 0 2 1 r e t 0 0 1 ) 化合物5 一对羟基萘基- 1 0 ，1 5 ，2 0 一三萘基卟啉( t n p o h ) ，0 4 9 无水k 2 c o a 溶于3 0 m l 干燥的d m f 中，加热至8 5 c ，加入8 0 r a g ( 0 2 5 m m 0 1 ) 一氯乙酰氨基蒽醌，在8 5 9 0 反应，t l c 控制反应终点。减压除去反应液中的d m f ，得暗红色固体粗品。将粗品溶于适量氯仿，以氯仿乙醇混合液( 1 5 0 ：1 ) 为展开剂进行柱层析，收集第一色带，蒸去溶剂后得产品紫红色固体1 1 6 9 m g ，产率5 1 。4 4 金属萘基卟啉化合物的合成4 4 1 金属c u ( i i ) 卟啉化合物的合成4 4 1 15 - 对羟基苯基- 1 0 ，1 5 ，2 0 _ 三萘基铜卟啉的合成( t n p p o h - c u )在3 0 m l 氯仿与2 0 m l 甲醇的混合溶