（应用化学专业论文）β氟烷基四芳基卟啉的合成及其分子内环化反应.pdf

：竺兰耋丝至篁三三：一 摘要 含氟卟啉化合物由于本身特有的结构特点，使其在生物，医药，材 料等方面有着广泛的应用，本论文主要研究了且一氟烷基卟啉的合成及 其分子内环化反应，为了论述方便，共分三部分进行论述。 第一部分：氟烷基化卟啉：b 一氟烷基卟啉的合成及其反应。 研究了在亚磺化脱卤条件下四芳基卟啉的b 位氟烷基化反应，同时 对1 3 一氟烷基化四芳基卟啉进行了进一步的化学转化，在其a n t i p o d a l 位 进行亲电取代反应，在其邻位与丙二酸二甲酯，丙二酸二乙酯，丙二氰， 氰乙酸乙酯碳负离子( n u 。) 进行亲核反应，得到( e ) 一3 - n u 一氟烷基 ( 次甲基) 四芳基卟吩。 第二部分：m e s o ，1 3 - 和b ，b 多氟烷基醚磺酸酯连接双卟啉的合成。 合成了b 氟砜基多氟烷基醚取代四芳基卟啉，通过b 一氟砜基这个 活性基团，将b 一氟砜基多氟烷基醚取代四芳基卟啉与5 一( 4 一羟苯基) 一1 0 ，1 5 ，2 0 三苯基卟啉，b i n o l 反应分别生成m e s o ，1 3 一和b ，b - 多氟烷基 醚磺酸酯连接双卟啉，双卟啉与醋酸锌在c h c l 3 c h 3 0 h 回流可高产率 获得双锌卟啉，测定了m e s o ，1 3 - 和b ，b 一多氟烷基醚磺酸酯连接双卟啉 的紫外可见和荧光光谱，并对它们的紫外可见光谱进行了讨论。将8 一 氟砜基多氟烷基醚取代四芳基卧啉与咪唑或苯并眯唑阴离子反应，得到 相应的b 一多氟烷基醚磺酰胺卟啉。 第三部分：卟啉1 3 一全氟烷基自由基的分子内环化反应。 1 ，3 - 二碘六氟丙烷与四芳基卟啉在d m s o c h 2 c 1 2 ( 1 ：2 v ：v ) 中，5 5 0 c 的反应温度下，用适量的n a 2 s 2 0 。引发，意外得到1 3 与b 位全氟丙烷连 接的5 元分子内环化产物和t 3 与i n e s o 位苯环邻位全氟丙烷连接的8 元 分子内环化产物，并分析了5 元和8 元内环化产物的晶体结构，实验结 果表明，2 一( 3 一碘六氟丙基) 四芳基卟啉是反应过程中的中间体，通过阻 止实验，证实了这一反应为单电子转移反应的机理。在同样的反应条件 下，1 ，4 一二碘八氟丁烷与四芳基卟啉反应只得到b 与1 3 位全氟丁烷连接 的6 元分子内环化产物，1 ，5 - 二碘十氟戊烷与四芳基卟啉反应也只得到 0 与b 位多氟烷基连接的7 元分子内环化产物。二氟二碘甲烷和1 ，2 一 二碘四氟乙烷由于在反应过程中更易形成四氟乙烯而不能与四芳基卟 啉进行分子内环化反应。采用1 一氯一2 碘四氟乙烷先制备2 一( 2 一氯四氟 乙基) 四芳基卟啉及它的锌络合物，改变反应条件，把d m s o c h 2 c 12 b 氟烷旗四芳萆卟啉的合成及其分子内环化反应 换成直接以d m s 0 为溶剂，保险粉碳酸氢钠过量l 0 倍，反应温度升高 到12 0 13 0o c ，2 一( 2 氯四氟乙基) q 芳基锌卟啉能发生c - c l 键的断裂而 顺利地进行分子内环化反应。有趣的是，反应产物为p 与m e s o 位苯环 邻位二氟乙烯连接的7 元分子内环芳构化产物，而不是四氟乙烷连接的 分予内环化产物，在反应过程中，为了生成7 元内环芳构化产物全氟烷 基消除了两个氟原子，内环芳构化产物的生成与过量l0 倍的保险粉和 碳酸氢钠及较高的反应温度有关。采用1 一氯一4 一碘八氟丁烷制各了2 一( 4 一 氯八氟丁基) 四芳基锌卟啉，2 f 4 氯八氟丁基) 一四芳基锌卟啉在d m s o 中，保险粉碳酸氢钠过量10 倍，反应温度升高到1 2 0 1 3 0o c ，也能发 生cc l 键的断裂，得到b 与1 3 位四氟丁二烯连接的6 元分子内环芳构 化产物，在反应过程中为了生成6 元芳构化产物全氟烷基消除了四个氟 原子。卟啉1 3 一全氟烷基自由基的内环化反应产物随着全氟烷基的不同 而不同，卟啉b 一全氟乙基，丙基，丁基，戊基自由基的分子内环化反 应分别得到七元，五元和八元，六元，七元分子内环化产物。 关键词：氟烷基化卟啉；多氟烷基醚磺酸酯连接双卟啉； 卟啉b - 全氟烷基自由基；分子内环化反应； 博十学位论文 a b s t r a c t p o r p h y r i n sd o m i n a t e g r e a ta p p l i c a t i o n s i nv a r i o u ss c i e n t i f i cf i e l d s s u c hasb i o m i m e t i cm o d e l sf o rp h o t o s y n t h e s i s ，m e d i c a la p p l i c a t i o na n d m a t e r i a l c h e m i s t r y i n t r o d u c t i o n o ff l u o r i n eo r f l u o r o a l k y lg r o u p a t p e r i p h e r yo fp o r p h y r i n sh a sd e e pe f f e c t o nt h ep r o p e r t i e so ft h el i g a n d s t h i sd i s s e r t a t i o ni sf o c u s e do nt h e s y n t h e s i s o ft h eb p e r f l u o r o a l k y l t e t r a a r y l p o r p h y r i n s a n dt h e i ri n t r a m o l e c u l a r c y c l i z a t i o n r e a c t i o n s i tc o n s i s t so ft h r e ep a r t s t h ef i r s t p a r to ft h i sd i s s e r t a t i o n ：f 1 u o r o a l k y l a t i o n o fp o r p h y r i n s ： s y n t h e s i sa n dr e a c t i o no f8 一p e r f l u o r o a l k y l t e t r a a r y l p o r p h y r i n s w ed i ds o m er e s e a r c ho nt h ef l u o r o a l k y l a t i o no nt e t r a a r y l p o r p h y r i n s i tw a sf o u n dt h a t s u l f i n a t o d e h a l o g e n a t i o n m e t h o di sm o s ts u i t a b l et o i n t r o d u c ep e r f l u o r o a l k y lg r o u po n t o 0 ，1 3 一d o u b l ec a r b o n - c a r b o nb o n do f t e t r a a r y l p o r p h y r i n s t r e a t m e n t o f m e s o t e t r a a r y l p o r p h y r i n s w i t h p e r f l u o r o a l k y l i o d i d e si nt h e p r e s e n c e o f n a 2 s 2 0 4 n a h c 0 3 i n d m s o c h 2 c 1 2 a t 3 0 ”cf o rs e v e r a lh o u r s g i v e s t h e c o r r e s p o n d i n g 2 - p e r f l u o r o a l k y l p o r p h y r i n s e l e c t r o p h i l i c s u b s t i t u t i o no n 2 。p e r f l u o r o a l k y l p o r p h y r i n s o c c u r sa t a n t i p o d a lp o s i t i o n n u c l e o p h i l i c a t t a c ko n 2 - p e r f l u o r o a l k y l p o r p h y r i n s w i t h d i m e t h y lm a l o n a t e ，d i e t h y l m a l o n a t e ，m a l o n i t r i l e ，o rc y a n o a c e t a t e ( n u ) a n i o n r e s u l t si nt h e f o r m a t i o no f ( e ) 一3 一n u 一2 一p e r f l u o r o a l k y l 一( m e t h y l e n y l ) c h l o r i n s t h es e c o n dp a r to ft h i sd i s s e r t a t i o n ：s y n t h e s i so fm e s o ，b a n d 1 3 ， b - p e r f l o u r o e t h e r s u l f o n y le s t e rl i n k e dd i p o r p h y r i n s w e s y n t h e s i z e d o f b f l u o r o s u l f o n y l p e r f l u o r o e t h e r y l t e t r a a f y l p o r p h y r i n s t h e b f l u o r o s u l f o n y l p e r f l u o r o e t h e r y l t e t r a a r y l p o r p h y r i n s r e a c t e dw i t h 5 一( 4 h y d r o x y p h e n y l ) - l o ，1 5 ，2 0 t r i p h e n y l p o r p h y r i n a n db i n o lt o a f f o r d m e s o ， b o r b ，8 - p e r f i u o r o e t h e r s u l f o n y l e s t e rl i n k e d d i p or p h y r i n s t r e a t m e n to ft h e d i p o r p h y r i n s w i t hz i n ca c e t a t ei n c h c l 3 c h 3 0 ha t r e f l u x i n g f or1h r g a v e d i p o r p h i n a t o z i n c u v v i s a b s o r p t i o n a n d f l u o r e s c e n c ed a t ao fm e s o ba n d1 3 - 1 3 d i p o r p h y r i n sw e r ed e t e r m i n e da n d d i s c u s s e d t h eb f l u o r o s u l f o n y l p e r f l u o r o e t h e r y l t e t r a a r y l p o r p h y r i n s r e a c t e dw i t h i m i d a z o l y l s o d i u mo r b e n z o i m i d a z o l y l s o d i u mt o g i v e t h e i i i c o r r e s p o n d i n gb - p e r f l u o r o e l h e r s u l f o n y l a m i d ep o r p h y r i n s t h et h ir d p a r to ft h i s d is s er t a t i o n ：t h e i n t r a m o l e c u l a r c y c l i z a t i o n r e a c t i o nso fp o r p h y r i n1 3 - p e r f l u or o a l k y l r a d i c a l s ac o n t e n to ft e t r a ar y l p o r p h y r i na n d1 ，3 _ d i i o d o h e x a f l u or o p a e w a s h e a t e d a t5 5o c ，i nt h e p r e s e n c e o f n a 2 s2 0 4 n a h c 03 i n d m s o c h 2 c 1 2 ( 1 ：2 v ：v ) f o r2 2 h ，am i x t u r eo fu n e x p e c t e d5 一a n d8 一e n d o c y c l i z a t i o np r o d u c tw a so b t a i n e d t h e5 一e n d oc y c l i z a t i o np r o d u c ti s t h e p e r f l u o r o p r o a n el i n k e dt h e b ，b p o s i t i o n i no n ep y r r o l e r i n g a n dt h e 8 - e n d oc y c l i z a t i o np r o d u c ti st h ep er f l u o r o p r o a n el i n k e do n e0 一p o s i t i o n o ft h ep yr r o l er i n gw i t ho n eo r t h op o s i t i o no ft h em e s op h e n y lr i n g x r a yc r y s t a i l o g r a p h yd e t e r m i n a t i o no f5 - a n d8 一e n d oc y c l i z a t i o np r o d u c t s s t r o n g l ys u p p o r t e d t h i sc o n c l u s i o n i ts h o w e dt h a t 2 一( 3 一i o d i o h e p t f l u o r o p r o p a n y l ) 一t e t r a a r y l p o r p h y t i nm i g h t b et h e i n t e r m e d i a t ef o rt h ef o r m a t i o no f5 一a n d8 一e n d oc y c l i z a t i o n p r o d u c t s t h ei n h i b i t i o n e x p e r i m e n t w e r ec a r r i e do u t s u p p r e s s i o nb y p - d i n i t r o b e n z e n e( p d n b ) a n d h y d r o q u i o n e d e m o n s t r a t e dt h a tt h e r e a c t i o no c c u r r e d b ys i n g l e e l e c t r o n t r a n s f e rm e c h a n i s m u n d e rt h e s i m i l a r c o n d i t i o n s ，1 ，4 - d i i o d o o c t a f l u o r o b u t a n er e a c t e dw i t h t e t r a a r y l p o r p h y r i n t oa f f o r d6 -e n d o c y c l i z a t i o np r o d u c t ， i e p e r f l u o r o b u t a n el i n k e d t h e1 3 ，b p o s i t i o ni no n ep y r r o l e r i n g s i m i l a r l y 1 ，5 d i i o d o d e c a f l u o r o p e t a n e r e a c t e dw i t h t e t r a a r y l p o r p h y r i n t o g i v e 7 一 e n d o c y c l i z a t i o np r o d u c t ，i e p e r f l u o r o a l k y l - l i n k e dt h eb ，昌一p o s i t i o n i no n e p y r r o l er i n g h o w e v e r w h e nd i f l u o r o d i i o d o m e t h a n e o r 1 ，2 - d i i o d o t e t r a f l u o r o e t h a n ew a sa l l o w e dt or e a c tw i t ht e t r a a r y l p o r p h y r i n ， t h ed e s i r e d c y c l i z a t i o nc o m p o u n d w e r en o to b t a i n e d u s i n g 1 - c h l or o 一2 一i o d o t e t r a f l u o r o e t h a n e i n s t e a do f1 ，2 - d i i o d o t e t r a f l u o r o e t h a n e w ep r e p a r e d 2 - ( 2 一c h l o r o t e t r a f l u o r o e t h y l ) 一t e t r a a r y l p o r p h r i n a n di t sz i n c c o m p l e x i n t e r e s t i n g l y ，i fu s i n g d m s oa sas o l v e n ti n s t e a do f d m s o c h 2 c 1 2 ，a n dm u c h e x c e s so f n a 2 s2 0 4 n a h c 0 3 ( 1 0 e q u i v ) ，a t 12 0 1 3 0 u c ，t h e c c 1b o n do ft h e 2 一( 2 。c h l o r o t e t f a f l u o r o e t h y l ) 一t e t r a a r y l p o r p h i n a t o z i n c c o u l db ei n i t i a t e d a n ds m o o t h l yc y c l i z e dt oa f f o r d7 - e n d oa r o m a t i cc y c l i z a t i o np r o d u c t ，i e ad i f l u o r o e t h e n ea t b p o s i t i o n o ft h e p y r r o l er i n g l i n k so n eo r t h o p o s i t i o n o ft h em e s o p h e n y lr i n g c o m p a r i n gw i t h o t h e r c y c l i z a t i o n r e a c t i o n s ，t h e t w of l u o r i n e a t o m sh e r e i nw er el o s ta n d a f f o r d e dt h e 博士学位论文 a r o m a t i cs y s t e mi nt h ee o ur s eo ft h i s d u et ot h e1 0n a 2 s 2 0 4 n a h c o3 e q u i v u n d e rt h e c y c l i z a t i o nr e a c t i o n i t is pr o b a b l y a n dt h e h i g hr e a c t i o nt e m p e r a t ur e s i m i l a r c o n d i t i o n s ， 2 一( 4 。c h l o r o o c t a f l u o r o b u t y l ) 一t e t r a a r y l p o r p h i n a t o z i n cg a v e t h e6 - e n d o a r o m a t i c c y c l i z a t i o np r o d u c t i nw h i c h 1 ，2 ，3 ，4 - t e t r a f l u o r o b u t y d i e n e i s l i n k e dt h e b ，1 3 一p o s i t i o ni no n ep y r r o l er i n g k e yw o r d s ：f l u o r o a l k y l a t i o no f p o r p h y r i n s ； p e r f l o u r o e t h e r s u i f o n y i e s t e rl i n k e d d i p o r p h y r i n s ；p o r p h y r i n1 3 p e r f i u o r o a i k y l r a d i c a i s ；i n t r a m o l e e u l a r c y c l i z a t i o n r e a c t i o n ； v 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：灞簪日期：御炉年f 月哆日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囹。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：灞绛 导师签名：力呷收4 劬 日期：妒。p 年f 月哆日 日期：。咖9 年岁月t ；日 i i ；f ：学f t 论文 第1 章绪论 自然界存在很多重要的天然物质均具有卟啉类似结构，如血红素， 叶绿素，维生素b 1 2 ，细胞色素p - 4 5 0 ，过氧化氢酶等，这些物质具有特 殊的生理活性，因而对卧啉类似物的合成及其性能研究成为困内外科学 工作者的重要研究领域之一。 1 1 卟啉的研究进展 卟啉化台物是一类特殊的平面超环化合物，它由4 个毗咯环通过亚 甲基桥连而成，由于卟啉化合物独特的结构，和它所具有优越的物理化 学及光学特征，使得卟啉化合物在生物学m ，材料化学m ，药物化学m ， 电化学及光物理化学等领域都具有十分广阔的应用前景，正吸引着人们 对卟啉化学进行不断深入的研究。 卟啉化合物在医药上的应用主要是在癌症的光动力疗法( p d t ) 中作 为光敏莉，光动力治癌法采用光，氧及光敏剂杀死癌细胞，血卟琳 ( h e m e t o p o r p h y r i n ) 衍生物，5 一氨基乙酰丙酸卟啉是在光动力治癌法中应 用最为广泛的光敏剂，通过照射这些化合物产生活性氧( r o s ) ，主要是 单线态的氧( 1 0 2 ) 。 从1 9 0 0 年r a a b 第一次发现肿瘤细胞对光的化学敏感，到1 9 2 0 年 m e y e r - b e t z 第一次采用血卟啉作为光敏剂进行光动力治癌，光动力治癌 一直是世界各国科学家研究治疗肿瘤的一个热点m ，现在已有卟啉药物用 于临床，例如抗癌药物p h o t o f r i n 。 卧啉是1 8 电子芳香超环，有特征的吸收光谱，在4 0 0 n m ( s o r e tb a n d ) 有强的n n + 跃迁，同时在可见光区有4 个q 带，卟啉超环周围的两个双 b 氟烷基四芳基卟啉的合成及其分子内环化反应 键在两个吡咯环的对位交叉共轭，不要求它们维持芳香体系。 凼此还原一个或两个对位双键( 相应的得到二氢卟吩和细菌二氢卟 吩) 使卟啉的0 带移动并且消光系数增强，同时卟啉的芳香性仍保持通常 最大消光系数( e ) 对卟啉，二氢卟吩和细菌二氢卟吩分别是5 0 0 0 ，4 5 0 0 0 和7 5 0 0 0 m c m ，大自然使用这些还原卟啉的光学性质采集太阳能以进 行叶绿索的光合作用正是由于这些独特的光学性质使卟啉化合物作为 p d t 使用中最为重要的一种光敏剂。 卟啉和金属卟啉的衍生物被广泛用作材料，特别用于光电材料，一系 列易制备的卟啉已被制成液晶材料，另外一些共轭卟啉已被制备成要求 特别的分子材料，这些分子材料通常被用于能量转换。光学通讯及数据存 储。稳定的单和双一卟啉阳离子“自由基，在光离子化过程中，可分别作 为光合成反应中心和电子转换中心 o h t a 小组研究了一系列双取代苯基卟啉的液晶行为，他们发现5 ，15 一 双 3 ，4 ，3 ”，4 ” 子电线等。l i n d s e y 和w a g n e r 研究了一系列多卟啉共轭体系用于分子光 如一书 1 。vvi 蛳 r 一岫。 这种分子光电线由一个硼二毗咯甲烷作为光线入口一端，线性相连 的3 个锌卟啉作为信号传递成分，一个卟啉作为光线出口在末端 博十学化论义 1 2 含氟卟啉的应用和性质 氟原子是元素周期表中第九号元素，属于v i i a 族，电子排布式为 1sz 2 s2 2 口5 ，氟原子具有最强的电负性，而且c - f 键长与c h 键长最为接近， 氟原子的半径并不比氢原予半径大多少，从而使含氟有机化合物表现出 一系列独特的物理化学性质t “，近年来将氟原子或含氟基团引入卟啉化 合物中也倍受人们的关注。 由于氟原子及含氟烷烃具有独特的物理化学性质，当它们被引入卟 啉化合物时，会使卟啉的性质发生很多有趣的改变。 光动力治癌是治疗癌症一个发展较快的领域，而发展有效的方法合 成一系列含氟卟啉光敏剂不但有利于通过”f n m r 技术研究这些光敏剂的 药物动力学，而且能更好地理解氟或含氟烷基对光敏剂治癌活性的影响。 p a n d e y 等利用三氟甲基三甲基硅为氟化试剂合成了三氟甲基化卟啉，卟 吩及细菌卧盼用于p d t 光敏剂“。 k u m a d a k i 小组合成了系列含氟血卟啉和原卟啉衍生物，用于诊断 和治疗癌症。他们选择研究含氟血卟啉和原卟啉主要是因为( 1 ) 氟原子 半径与氢原子半径差不多，因此氟原子的引入不会改变原来卟啉的立体 结构以及与肿瘤组织的相互作用。( 2 ) 含氟化合物具有强的生理活性， 它有可能和生物组织相互作用而显示抗肿瘤作用。( 3 ) 可用”f n m r 来跟 踪含氟卟啉的位置”。将吸电子取代基引入卟啉环对卟啉金属络合物的 催化性能有很大的影响，研究结果表明缺电子的金属卟啉比普通的金属 卟啉在催化氧化反应中有更高的催化活性和稳定性m ，。不同的吸电子取 代基及不同的连接位置对金属卟啉的催化活性均有影响，比较其它的吸 电子基团，全氟烷基( r r ) 表现出了独特的性质，它大大降低了金属卟啉的 h o m o 能量，从而使金属卧啉自身难以被氧化而稳定。 近年人们利用含氟化合物在大多数有机溶剂中的低溶解性而发展出 种双液相催化反应( 氟碳相f b s ) 技术m ，。f b s 技术使产物与催化剂的 分离变得简单，p o z z i 等利用f b s 的分离原理合成了含全氟烷基的四苯基 锰卟啉用于烯烃的环氧化反应，含氟锰卟啉催化剂可使反应在均相体系 b 瓤烷丛四芳基卟啉的合成及其分子内环化反应 中进行，反应结束后催化剂回到有机氟相中，而产物在有机相中，这种 催化剂刁i 但对烯烃的催化氧化有很高的活性，而且催化剂易回收”“。 a 。f 2 哆f 2 ) 乒3 一o t s u c b i y a c a l a l y s t d i m a g n 0 研究了在氟碳相中含氟卟啉的催化氧化反应“”。t s u c h iy a 报道了采用全氟四苯基铁卟啉催化剂常温，常压氧化苯成为苯酚，它避 免了通常合成苯酚所需的高温高压，催化剂四一全氟苯基铁卟啉也不会被 过氧化氢，次氯酸盐等强氧化剂氧化分解1 。 氟及全氟烷基的引入使卟啉的光学性质有较大变化，利用这些性质 可以制各多种多样的光电材料，支志明小组研究了四一五氟苯基卟啉的荧 光性质，发现含氟卟啉有较好的抗氧化磨损能力，同时含氟卟啉的s 0 r e t 吸收带迁移到能量最高处，s o r e t 带的移动对于将卟啉用于发光材料是非 常有利的n “。 1 3 含氟卟啉的合成 含氟卟啉的合成方法主要有三种，第一，先合成含氟吡咯，再通过 与相应的醛缩合而得含氟卟啉，这种方法主要用于合成b 一位取代的含氟 卟啉。第二，先合成含氟脂肪醛，再与吡咯反应来合成m e s o 一位取代的含 氟卟啉。第三，先合成含氟的芳香醛，再与相应的吡咯缩合得到m e s o 位 芳环取代的含氟卟啉或先合成l n e s o 位四芳基取代的卟啉，通过酰胺键或 其它的方法将全氟烷基引入m e s o 位的芳环上。我们分别介绍如下： 1 3 1 合成be t a 一位取代的含氟卟啉 一般有两种方法，第一种是先合成相应的含氟毗咯，然后与醛缩合 制得b 一位取代的含氟卟啉。第二种是直接通过化学转化在be t a 一位合成 含氟卟啉。 1 9 8 2 年，l e g o f f 小组首次合成了be t a 一位八取代全氟烷基卟啉m ，。 邺爷。南i 筇：帮。耀 19 8 3 年，o g o s h i 小组首次利用k n o r r 反应合成出三氟甲基吡咯，并 合成tbe t a 一位三氟甲基取代的卟啉”，19 8 8 年，他们采用1 3 一全氟烷基 一0 ，b 一不饱和醛和对甲苯磺酰甲基异氰反应先合成了全氟烷基取代的 吡略，然后通过几步反应合成了b 一取代含氟卟啉”“。 0 n f c m c i i 3 + h ，c s o z c h 2 n c 些鱼i 些址+ 1 9 8 9 年，n o b o r u 小组采用易得的三氟乙酸和硝基烷烃，通过4 步反 应合成出三氟甲基取代的吡咯，再与多聚甲醛形成相应的二吡咯甲烷， 进而缩合得到卟啉m ，。 k 叩 竺兰! 竺l + k 1 9 9 7 年，d i m a g n o 小组以三氟氯乙烯为原料经5 步反应合成出3 ，4 二氟取代吡咯，再与醛缩合形成卟啉m ，。 通过第一种合成含氟毗咯的方法来制备b 一位含氟卟啉，反应步数较 长，用此方法合成含氟卟啉难度较大。 1 9 8 9 年，t s u c h i y a 小组采用四一五氟苯基锌卟啉为原料，直接用c o f ， 或a g f 氟化得到全氟取代的四芳基锌卟啉i 。s lo 戈 鲁 丫甜 丫带 丫毽 啪誊 旷小 辩 鼽妒一 一 一一 ! 塑堑茎塑茎董! ! 堕竺垒些垒丝坌王丝丝些垦鏖 ! 一蟹f f j 以f f 5 ；冬殳尹0 外5 k u m a d a k i 小组以原卟啉和血卟啉为原料，通过直接在卟啉环上反应 而引入含氟基团”“。 。凳 2 0 0 3 年，d o l p h ir l 小组采用三氟甲基镉试剂，直接对b 一位溴化四苯 基进行三氟甲基化，得到1 3 一位三氟甲基化的四芳基卟啉“。 。一一菇l 菇? 不难看出通过采用氟化试剂直接对卟啉的b 一位进行氟化要比先合 成含氟毗咯要简便容易。 1 3 2 合成m e s o 位全氟烷基取代卟啉 19 9 4 年，d i m a g n o 用全氟醛与吡咯先合成出2 ，2 ，3 ，3 ，4 ，4 一六氟 一1 一( 2 - 毗咯基) 一卜丁醇，该化合物在酸性条件下缩合，氧化得到m es o 位 全氟烷基取代卟啉n ”。 丫凸一 奈r 一3 r 0 、“孓 nh n 博十学位硷文 w i je s e k e r a 通过合成二吡咯仝氟烷烃再与醛反应合成了m e s o 位全 氟烷基取代卟啉”。 r 叩虬凸詈邸一r r c a m p e s t ir n i 小组报道了m e s o 位连有四个全氟醚基卟啉的合成，并将 其用于以超临界二氧化碳介质中的催化反应“。 q 。印 。一叼争 1 3 3 将全氟烷基引入m e s o 位四芳基卟啉的苯环上 上海有机所马武平博士用四 得到四一全氟烷基苯基取代卟啉c 3 b r 0 b g 釉 一 q b r 溴苯基卟啉为原料与r ，i 在铜粉作用下 r f i ，1 2 0 0 c 够 b 鼬 q r p o z z i 等合成了通过酰胺键连接的全氟烷基四芳基卟啉m ，随后他们 又合成了在m e s o 位芳环上有一个及两个全氟烷基的卟啉m ，。 。套+ 凸 半 7 n h c o c c f l 5 一 坠一 1 3 氟烷基阴芳基卟啉的合成及其分子内环化反应 l 砖”。爹吨”e _ 一蒜趣： 妒吨m 一净吨m _ p 一尝删k 断， p 计。 通过比较以上几种合成卟啉的方法，可以看出，直接将全氟烷基连到卟 啉环上具有以下一些优点：原料为简单易得的四芳基卟啉或较易制备的卟 啉，合成路线简单，反应中间体稳定，通过引入全氟烷基后，形成的含氟卟 啉可进行进一步的转化和修饰，由于在卟啉的1 3e t a 位引入不同的取代基对 卟啉的性质有很大的改变，因此通过对be t a 位进行了很多反应而对卟琳环 进行改造。 c a l l o t 小组首先在四苯基卟啉的be t a 位进行溴化，羟基化等修饰，合 成了一些be t a 位取代的四芳基卟啉衍生物，相继人们又对be t a 位进行了 甲酰化，氯化，烷基化等m 1 “。 s m i t h 小组以1 3e t a 一硝基四芳基卟啉为原料，进行亲核反应合成了一系 列的卟吩衍生物”“，e r o ss 1 e y 小组以be t a 一硝基四芳基卟啉为原料，与格 氏试剂和有机锂试剂反应，高产率获得了以be t a - 烷基化四芳基卟啉m ，与 甲氧基亲核试剂反应，得到甲氧基和硝基取代的卟吩衍生物m ，用硼氢化钠 还原得到2 一硝基卟吩m ，。 四芳基卟啉也能发生l ，3 一偶极环加成反应，c a v a l e i r o 等将亚胺叶利 德与四芳基卟啉反应生成取代的卟吩和细菌卟吩o ，。 。上。+ i p c o o “) 。 一矾! 一o 。一g 、。+ h m c o o “一) c 一 一矾兰一o c h 3m o 随后他们又报道了四芳基卟啉的d ie ls a 1d e r 反应m ，。 0 o f 如 j l 一 0 + o d o l p h i n 报道了羰基叶立德和四苯基卟啉的l ，3 一偶极环加成反应m ，。 甲哎 博士学位论文 1 4 本课题研究的目的，意义及工作内容 已知含氟卟啉化合物由于本身特有的结构特点，使得其在生物，医药， 材料等方面有着广泛的应用。本论文以简单易得的四芳基卟啉为原料，通过 卟啉环上一些新的氟化反应类型，找到更好的含氟卟啉的合成方法，从而在 卟啉的0 位简洁而方便地引入全氟烷基，制备出b 一全氟烷基取代的四芳基 卟啉，再通过进一步化学转化而制各出多种多样的含氟n 啉衍生物，对于含 氟卟啉的合成及其性质研究具有非常重要的意义。 本论文围绕以上内容作了以下一些工作： 1 研究了b 一全氟烷基取代的四芳基卟啉的合成，通过亚磺化脱卤反应 合成了b 位全氟烷基化四芳基卟啉，同时进一步对b 位全氟烷基化四芳基卟 啉进行了化学转化。 2 合成了m e s o ，b - 和b ，b 一多氟烷基醚磺酸酯连接的双卟啉，测定了 m e s o ，b 一和b ，b 一多氟烷基醚磺酸酯连接双卟啉的紫外可见和荧光光谱，并 对它们进行了讨论。 3 研究了四芳基卟啉b - 全氟烷基自由基的分子内环化反应，并对不同 长度全氟烷基的分子内环化反应进行了比较。 b 氟烷基四芳基卟啉的台成及其分子内环化反应 第2 章m es o 位四芳基卟啉的be t a 位氟烷基化反应 及其化学转化 2 1m e s o 位四芳基卟啉的氟烷基化反应 c f o s s l e y 小组对卟啉的互变异构进行过大量的研究，他们发现卟啉易 形成1 8 电子离域的大环键，当r 为氢时，卟啉环的结构为a 和b 的共 振体， 当r 为一n o z ，一c h o ，一c 1 ，一b r ，一c n ，一o h 等时卟啉环的结构趋向于( a ) ，当r 为一c h ：o h ，一n h ：，一c h ( c h 。) z 等时，结构( b ) 是主要的。在这两种结构中，卧 啉环上总有一对双键裸露在外，类似一般的双键。 对于金属卟啉而言，1 8 n 电子离域作用如下图所示，它的电子离域是多 种1 8 电子共振体的总和，总体看来卟啉环外围的双键已完全等同m ，。 = ! ! ! ! ! ! ! ! ! = = = = = = = ! ! ! ! ! ! = = ! ! ! = = = = = ! ! ! = ! ! ! ! = = = = = = 2 3 一 一 能否利用卟啉的这一对双键，通过脱卤亚磺化反应将全氟烷基引入卟啉 环。 亚磺化脱卤反应于1 9 8 1 年由黄维垣先生首次发现，是有机氟化学中一 类应用范围很广的新反应，可以在温和的反应条件下一步将全氟卤代烷转化 为相应的亚磺酸盐，通过对反应机理的研究发现，亚磺化脱卤反应是通过单 电子转移的机制进行的，在反应过程中生成了全氟烷基自由基，利用这一特 征，发展出了一系列有效的全氟烷基化手段，并将其成功地应用于各种含氟 有机化合物的合成中，取得了很好的结果n “。 在室温或稍高的温度下，连二亚硫酸钠( 保险粉) 等亚磺化脱卤试剂 可以引发全氟碘代烷和烯烃进行加成反应，得到l ：1 的碘代加成产物。 即+ c h 2 = c h r n a z s 2 0 4 n a h c 0 3 u ，3 0 h z u 四芳基卟啉化合物按文献方法制备“”，四芳基卟啉化合物【h 2 t p p ( 2 一l a ) ， h 2 ( p c i ) t p p ( 2 一l b ) ，h 2 ( p - c h 3 0 ) t p p ( 2 一l c ) ，h 2 ( p c f 3 ) t p p ( 2 一i d ) 】 于 d m s o c h 2 c 1 2 ( 1 1 ，v v ) 中，在n a 2 $ 2 0 4 n a h c 0 3 的作用下，加入3 0 5 0 摩 尔的全氟碘代烷r f i ( 2 - 2 ) ，在3 0 4 0 c 反应数小时，可得相应的b 位取代 的全氟烷基卟啉化合物( 2 3 ) ( s c h e m e2 一1 ) 。 ! 垫堕茎婴堑苎! ! 堕竺垒壁垒苎坌重丝垒丝垒堡 r r = h ( a 、陆q i9 ”j = c i 阻) _ d c 4 f 髯a伪) = ；o 吼c h 3 譬 ：尝。， sc h e m e2 1 四芳基卧啉的氟烷基化反应 2 1 1 反应条件的探索 由于卟啉在d m s o 中溶解性不好，加入c h 2 c 1 2 作为共溶剂是必须的， d m s o c h 2 c 1 2 ( v v ) 为1 ：1 或1 ：2 时反应较好，反应温度控制在3 0 一4 0 。c ， r ，i 过量3 0 一5 0 倍，适宜的反应时问，有利于生成1 3e t a 位单取代的全氟烷 基四芳基卟啉。在反应中，反应温度，反应时问，r ，i 的量，n a 2 s 2 0 4 用量， 反应所用溶剂对产率均有一定的影响，具体结果( 见表2 1 ) ： 表2 1 四芳基卟啉和全氟碘代烷的氟烷基化反应 a b a s c do nt h ec o n s u m e dh 2 t p p 氟烷基化卟啉2 3 的氢谱由于b 位全氟烷基的引入，使得在最低场6 9 o p p m 左右有一个单峰，很明显这个单峰是由于全氟烷基的强吸电子而使 其邻位毗咯上的氢出现在最