（有机化学专业论文）亚磺化脱卤反应在含氟卟啉合成及转化中的应用.pdf

博士学位论文 摘要 本论文的主要内容是发展合成含氟卟啉的新方法，并对所得到的氟烷基卟啉 的转化进行研究我们以全氟碘代烷和易得的卟啉为原料，通过亚磺化脱卤反应 将氟烷基引入卟啉，并研究了亚磺化脱卤反应在氟烷基卟啉中的应用。本论文分 五章。 第一章，前言。 第二章，5 ，1 0 ，1 5 三芳基卟啉的氟烷基化反应研究。本章研究了在亚磺化脱卤 反应条件下5 ，1 0 ，1 5 三芳基卟啉的氟烷基化反应，并对反应条件进行了优化。在 优化条件( 原料比例为5 ，1 0 ，1 5 三芳基卟啉，多氟碘代烷 r f l n a 2 s 2 0 4 n a h c 0 3 = 1 3 4 5 4 5 ，d m s o c h 2 c 1 2 ( v o l v o l = i 1 ) 为混和溶剂，温度为 6 5 左右的回流温度) 下进行反应，得到了2 全氟烷基5 ，1 0 ，1 5 三芳基卟啉和 5 ，1 0 ，1 5 三芳基2 0 全氟烷基p 啉。从两种产物的比例可以看出卟啉t i e $ 0 一位的反 应活性要高于卟啉b 位的反应活性。 第三章，2 和2 0 全氟烷基5 ，1 0 ，1 5 三芳基卟啉自由基的分子内环化反应研 究。1 ，3 二碘六氟丙烷与5 ，1 0 ，1 5 三芳基卟啉在d m s o c h 2 c 1 2 ( v o l v o l = l 1 ) l 拘混和 溶剂中，在n a 2 s 2 0 4 n a c 0 3 的存在下反应( 原料比例为5 ，1 0 ，1 5 - 三芳基卟啉，多氟碘 代烷r f l n a 2 s 2 0 4 n a h c 0 3 = 1 1 5 4 5 4 5 ) ，得到m e s o 与b 一位全氟丙烷相连的六元 分子内环化产物2 ，2 0 六氟丙烷基5 ，1 0 ，1 5 三芳基卟啉，并证明2 一和2 0 ( 3 一碘六氟 丙烷基) 5 ，1 0 ，1 5 三芳基卟啉是该反应的中间体。以2 或2 0 一( 2 氯四氟乙烷 基) 5 ，1 0 ，1 5 三苯基锌卧啉为原料，改变反应条件，卧啉：保险粉：碳酸氢钠= 1 ：1 0 ：1 0 ，直接以d m s o 为溶剂，反应温度升高到1 0 0 ，2 - 或2 0 ( 2 一氯四氟乙烷 基) 5 ，l o ，1 5 三苯基锌卟啉能发生c c i 键的断裂而顺利的进行了分子内环化反应， 得到m e s o 与b 位全氟丙烷相连的五元分子内环化产物2 ，2 0 四氟乙烷基5 ，1 0 ，1 5 三苯基卟啉。2 ，2 0 六氟丙烷基5 。1 0 ，1 5 一三芳基锌卟啉和2 ，2 0 四氟乙烷基- 5 ，1 0 ，1 5 一 三苯基锌卟啉在硅胶的催化下可以发生水解反应生成5 ，1 0 ，1 5 三芳基2 ，2 0 ( 2 0 羰 基1 四氟丙烷基锌卟啉和5 ，1 0 ，1 5 三苯基2 ，2 0 一( 2 0 - 羰基) 二氟乙烷基锌卟啉。而自 由碱卟啉在同样条件下不能发生水解反应。 第四章，5 ，1 5 全氟烷基1 0 ，2 0 二苯基卟啉自由基的产生及它们的分子内环化 反应。不同比例的1 ，3 二碘六氟丙烷与5 ，1 5 二苯基卟啉在亚磺化脱卤的条件下反 应，可以得到三种不同类型的反应产物，他们分别为单取代产物2 ，( 3 碘六氟丙烷 基) 5 ，1 5 二苯基卟啉和5 ，1 5 二苯基1 0 ( 3 碘六氟丙烷基) 卟啉、单环化产物5 ，1 5 - 二苯基2 ，2 0 六氟丙烷基卟啉和双环化产物5 ，1 5 二苯基2 ，2 0 ：1 0 ，1 2 二( 六氟丙烷 亚磺化脱卤反应在含氟卟啉合成及转化中的应用 基) 卟啉在双环化反应中若不加碱，即得到5 ，1 5 二苯基2 ，2 0 ：1 0 ，1 2 - 二( 六氟丙 烷基) 卟啉和5 ，1 5 - 二苯基2 ，2 0 ：8 ，1 0 二( 六氟丙烷基) 卟啉的混合物。我们利用活化 全氟烷基中c c l 键的方法，5 ( 2 氯四氟乙基) 1 0 ，2 0 二苯基锌卟啉和5 ，1 5 - - ( 2 氯四氟乙基) 1 0 ，2 0 二苯基锌卟啉也可以发生分子内环化反应，分别得到单环化产 物与双环化产物。 第五章，5 ，1 5 二丙基卟啉的氟烷基化反应研究。用5 ，1 5 二丙基卟啉代替5 ，1 5 - 二苯基卟啉进行氟烷基化反应，在单取代反应和单环化反应条件下，二者并没有 明显区别，在双取代反应条件下，在亚磺化脱卤体系中，若不加n a h c 0 3 时，得 到5 三氟乙烯基1 0 ，2 0 二丙烷基卟啉，而当n a h c 0 3 存在时，得到m e s o ，m e s o 位 相连的双( 5 多氟烷基5 ，1 5 二氢1 0 ，2 0 二丙烷基二氢卟啉) 。 关键词：亚磺化脱卤，分子内环化反应，氟烷基卟啉，稠环卟啉，自由基反应， m e s o 。m e s o 位相连的二氢卟啉。 一 博士学位论文 a b s t r a c t t h ed i s s e r t a t i o nf o c u s e do nt h ed e v e l o p m e n to fn e wm e t h o df o rt h es y n t h e s i so f f l u o r o a l k y l a t e dp o r p h y r i n s f l u o r o a l k y lg r o u pw a si n t r o d u c e d t op o r p h y r i n sb y s u l f i n a t o d e h a l o g e n a t i o ns y s t e m w e a l s o s t u d i e dt h e a p p l i c a t i o n o f s u l f i n a t o d e h a l o g e n a t i o no nt h ef l u o r o a l k y l a t e dp o r p h y r i n s t h ed i s s e r t a t i o nc o n s i s t e d o ff i v ec h a p t e r s c h a p t e ri i n t r o d u c t i o n c h a p t e rl i f l u o r o a l k y l a t i o n o f5 ，1 0 ，1 5 t r i a r y l p o r p h y r i n s w ei n v e s t i g a t e d f l u o r o a l k y l a t i o n o f 5 ，1 0 ，1 5 - t r i a r y l p o r p h y r i n s w i t h f l u o r o a l k y l h a l i d e s b y s u l f i n a t o d c h a l o g e n a t i o ns y s t e m t r e a t m e n t o f 5 ，1 0 ，1 5 一t r i a r y l p o r p h y r i 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 sr f ii nt h e p r e s e n c e o fn a z s 2 0 4 n a h c 0 3 ( m o l a rr a t i o 1 ：3 ：4 5 ：4 5 ) i nd m s o c h 2 c 1 2 ( v v ,1 1 ) a t6 5 cf o r 3 h ，g a v e 2 - - p e r f l u o r o a l k y l - 5 ，1 0 ，1 5 t r i a r y l p o r p h y j b s a n d 5 ，1 0 ，1 5 t r i a r y l - 2 0 - p c r n u o r o a l k y l p o t p h y r i n s t h er a t i oo ft h ep r o d u c t ss h o wt h a tt h e a c t i v i t yo ft h em e s o p o s i t i o no fp o r p h y r i n si sh i g h e rt h a nt h a to ft h eb - p o s i t i o no f p o r p h y r i n s c h a p t e r i n t r a m o l e c u l a rc y c l i z a t i o n s o f 2 a n d 2 0 p e r f l u o r o a l k y l 5 ，1 0 ，1 5 一t r i a r y i p o r p h y r i u r a d i c a l s w h e n 1 , 3 d i i o d o h e x a f l u o r o p r o p a n ew a ss u b j e c t e dt or e a c tw i t h5 ，1 0 ，1 5 一t f i a r y l p o f p h y r i n s ，i n t 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 ( r e a c t a n t r a t i o = 1 ：1 5 ：4 5 ：4 5 ) i n d m s o c h 2 c 1 2 ( v v = 1 1 ) a t6 5 cf o r 8 h ， 5 ，1 0 ，1 5 t r i a r y l 一2 ，2 0 一( h e x a f i u o r o p r o p a n e d i y l ) p o r p h y r i n sw a so b t a i n e d i tw a sf o u n d t h a tt h ei n t e r m e d i a t e s o ft h i sr e a c t i o na r e 2 一( 3 - i o d o h e x a n u o r o a l k y l ) 一5 ，1 0 ，1 5 - t r i a r y l p o r p h y r i n a n d 2 0 ( 3 i o d o h e x a f l u o r o a l k y l ) 一5 ，1 0 ，1 5 一t r i a r y l p o r p h y r i n b e c a u s et h ec a r b o n c h l o r i n e b o n do fp e r f l u o r o a l k y lc h l o r i d e sc a nb ea c t i v a t e di ns u l f j n a t o d e h a i o g e n a t j o ns y s t e mi n d m s o a l h i g h e rt e m p e r a t u r e ，t h e c h l o r i n e a t o m so f 2 ( 2 c h l o r o t e t r a n u o r o e t h y l ) - 5 ，1 0 ，1 5 - t r i p h e n y l p o r p h i n a t o z i n c ( i i ) a n d 5 ，1 0 ，1 5 一t r i p h e n y l 一2 0 一( 2 c h i o r o t e t f a f l u o r o e t h y l ) p o i p h i n a t o z i n c ( i i ) c o u l db e h o m o g e n o u s l yc l e a v e db yn a 2 s 2 0 4 n a h c 0 3 ( r e a c t a n tr a t i o = l ：1 0 ：1 0 ) i n d m s oa t 1 0 0 b o t ht h eb - t e t r a f l u o r o e t h y la n dm e s o - t e t r a f l u o r o e t h y lr a d i c a l sp r o d u c e d l a u n c ht h e i ri n t r a m o l e c u l a rc y c l i z a t i o na tr e s p e c t i v em e s o a n db - p o s i t i o n sg i v i n ga s i n g l e f l u o r i n a t e d f u s e d p o r p h y r i n ， i e 1 1 1 亚磺化脱卤反应在含氟卟啉合成及转化中的应用 5 ，l o ，1 5 - t r i p h e n y l - 2 ，2 0 ( t e t r a f l u o r o e t h a n e d i y l ) p o r p h i n a t oz i n c ( ) t h eh y d r o l y s i so f c f 2 m o i e t ym a y b e s i m p l y a c c o m p l i s h e db yt r e a t i n g 5 ，1 0 ，1 5 - t r i a r y l 一2 ，2 0 ( h e x a f l u o r o p r o p a n e d i y l ) p o r p h i n a t o z i n c ( i i ) ( o r 5 ，1 0 ，1 5 - t r i p h e n y l - 2 ，2 0 一( t e t r a f l u o r o e t h a n e d i y l ) p o r p h i n a t oz i n c ( ) ) w i t hs i l i c ag e la t r o o mt e m p e r a t u r e c h a p t e r n g e n e r a t i o no f5 ，1 5 - p e r f l u o r o a l k y l 1 0 ，2 0 d j p h e n y l p o r p h y r i nr a d i c a l 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 s h e a t i n g5 ，1 5 - d i p h c n y l p o r p h y r i n w i t h 1 , 3 - d j i o d o h e x a n u o r o p r o p a n ei nt h ep r e s e n c eo fn a 2 s 2 0 4 n a h c 0 3i n t h ed i f f e r e n t m o l a rr a t i o so fm a t e r i a li nd m s o c h 2 c i 2 ( v v 1 1 ) a t6 5 y i e l d e dt h r e ed i f f e r e n t p r o d u c t s t h e ya r eam i x t u r eo fam o n of l u o r o a l k y l a t e dp o r p h y r i n s ( t h em i x t u r eo f 2 - ( 3 i o d o h e x a f l u o r o p r o p y l ) - 5 ，1 5 d i p h e n y l p o r p h y r i n a n d 5 ， 1 5 d i p h e n y l 1 0 - ( 3 - i o d o h e x a f l u o r o p r o p y l ) p o r p h y r i n ) ， am o n o f l u o r o a l k y l a t e d m e s o ，b - f u s e dp o r p h y r i n ( 5 ，1 5 - d i p h e n y i - 2 ，2 0 - ( h e x a f l u o r o p r o p a n e d i y l ) p o r p h y r i n s ) a n d ad o u b l e n u o r o a l k y l a t e dm e s o ，b f u s e d p o r p h y r i n ( 5 ，1 5 - d i p h e n y l - 2 ，2 0 ：1 0 ，1 2 d i ( h e x a f l u o r o p r o p a n e d i y l ) p o r p h y r i n s ) i nt h e a b s e n c eo f h a h c 0 3 ，t h ep r o d u c t s w e r e t h em i x t u r eo f 5 ，1 5 一d i p h e n y l - 2 ，2 0 ：1 0 ，1 2 一d i ( h e x a f l u o r o p r o p a n e d i y l ) p o r p h y r i n s a n d 5 ，1 5 d i p h e n y l - 2 ，2 0 ：8 ，1 0 d i ( h e x a f l u o r o p r o p a n e d j y l ) p o r p h y r i n s u s i n g a c t i v a t i o n m e t h o do fc - c ib o n d si n p e r f l u o r o a l k y lc h l o r i d e s ，t h em o n oc y c l i z a t i o no f5 - ( 2 c h l o r o t c t r a n u o r o e t h y l ) 一1 0 ，2 0 - d i p h e n y l p o r p h y r i n a n dt h ed o u b l ec y c l i z a t i o no f5 ， 1 5 d i ( 2 c h i o r o t e t r a n u o r o e t h y l ) - 1 0 ，2 0 d j p h e n y l p o f p h y r i nc o u l da l s ot a k ep l a c e c h a p t e rv f i u o r o a l k y l a t i o n o f 5 ， 1 5 d i p r o p y l p o r p h y r i n u s i n g5 ， 1 5 一d i p r o p y l p o r p h y r i na st h es t a r t i n gm a t e r i a li n s t e a do f5 ，1 5 - d j p h e n y l p o r p h y r i n ，t h e r e s u l t sw e r eq u i t es i m i l a rf o rt h em o n of l u o r o a i k y l a t e da n dt h em o n oc y c l i z a t i o n r e a c t i o n b u tf o rt h ed o u b l ef l u o r o a i k y l a t e dr e a c t i o n s ，i nt h ea b s e n c eo fn a h c 0 3 ，t h e p r o d u c tw a s5 - ( 1 ，2 ，2 一t r i f l u o r o v i n y l ) - 1 0 ，2 0 一d i p r o p y l p o r p h y r i n ；i n t h ep r e s e n c eo f nahc03，the p r o d u c t w a s m e s o ，m e s o l i n k e d b j s 一( 5 p e r f l u o r o a l k y l 一5 ，1 5 一d i h y d r o - 1 0 ，2 0 - d i p r o p y l p o r p h o d i m e i h e n e ) k e y w o r d s ： s u l n n a t o d e h a i o g e n a t i o n ， i n t r a m o l e e u l a rc y c l i z a t i o n r e a c t i o n ， f l u o r o a l k y l a t e dp o r p h y r i n s ，f u s e dp o r p h y r i n s ，r a d i c a lr e a c t i o n ，m e s o ，m e s o - l i n k e d b i s p o r p h o d i m e t h e n e i 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 他个人或集体己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，均己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： 讶尧日期：撕声9 月日 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 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：蹀毫 剔磁弛“k r 次 日期：幽岬年 月日 ， 。 日期：岬年夕月1 f 日 博士学位论文 第1 章绪论 卟啉( p o r p h y r i n ) 是一类由四个毗咯环通过四个次甲基桥联而成的具有1 8 n 电子的芳香超环分子。在自然界中，很多天然物质都含有一个卟啉或类似卟啉 的核心结构，如在人体内担负着载氧和输氧功能的血红素，在植物的光合作用中 起主要作用的叶绿素，维生素b 1 2 ，细胞色素p 4 5 0 ，过氧化氢酶等等。它们在 生命过程中起到了举足轻重的作用。因此，对卟啉衍生物的结构与其性能的研究 越来越引起人们的兴趣。 1 1 含氟卟啉的应用简介 由于卟啉化合物本身特有的结构特点，使其在生物学1 1 1 ，仿生催化i2 1 ，药物 化学【3 i ，材料科学1 4 1 ，光化学( 5 l 等领域均具有十分广阔的应用i i 景。而氟原子及含 氟烷基由于其强拉电子能力及其本身的独特性能，当它们被引入卟啉环时，就会 使卟啉的性质发生许多有趣的变化。 由于卟啉在生命过程中担负着载氧和输氧功能，从而使利用金属卟啉模拟生 物体系中的酶催化过程成为了科学家们研究的重点领域。我们知道，一般的金属 卟啉化合物具有两方面缺点，第一，氧溶性差；第二，金属卟啉本身稳定性不够， 可能会被氧化分解。这就会影响其催化性能【6 1 。由于含氟化合物具有较好的氧溶 性，因此含氟基团的引入将会大大增强金属卟啉的载氧能力。另一方面，由于含 氟基团具有较强的诱导效应( i ) ，使得卟啉的h o m o 轨道和l u m o 轨道的能量差 很大程度的降低，这就增强了卟啉的稳定性，从而增强其催化活性【7 1 。t h e r i e n 等 l s j 对z n ( c 3 f 7 ) 4 p 的电化学研究表明其h o m o 轨道能量很大程度上较任何其他简单 取代锌卟啉的h o m o 轨道能量低，其氧化电位在未作任何修饰的情况下就与八溴 代一四( 3 i 氟苯基) 锌卟啉( o b p f p z n ) 差不多。在实际的应用当中，也说明了它较好 的稳定性。d i m a g n 0 1 9 1 等发现，5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 四全氟丙基卟啉( t p f p p ) 作为催化剂时， 可以催化烯烃的氧化反应，在以c c l 4 为溶剂时，t p f p p 的回收率可达8 6 ，远 高于四苯基卟啉( t p p ) 1 1 的回收率。如果使用全氟溶剂时其回收率可达9 9 以 上( 图1 1 ) 。 t s u c h i y a 等 1 0 - i l l 发现全氟四苯基铁卟啉催化剂在常温常压下，在h 2 0 2 作用 下，可以将苯顺利的氧化成苯酚，它避免了一般条件下合成苯酚的高温高压，并 且反应中发现这种卟啉对氧化剂较一般的卟啉稳定得多，不会被过氧化氢等强氧 化剂氧化分解。 弧磺化脱卤反席在含氟卟啉合成及转化中的应用 刚，肜心芸刚，卷 2 2 5 h o o h 1 e ：r i = h ，r a = c h 3 1 z ：r 1 = c h 3 r 2 = h 光敏剂 c 3 f 7 c 3 f 7 t p f p pt p p 图1 1 氟代卟啉的催化氧化反应 近年来，氟碳两相体系( f b s ) ，由于其在反应产物的分离纯化以及催化剂的回 收再利用等方面具有独特的优越性而备受关注，并且也符合绿色化学的理念。而 含氟卟啉便是该f b s 中较为理想的催化剂。通过改造某些卟啉的结构，使其可溶 于氟碳相，那么原来只能在水有机相的反应便可能在f b s 中进行。p o z z i 等【1 2 l 发现当四苯基卟啉的苯环上增加两条长的氟链时，该卟啉可溶于氟碳相。氟碳相 体系中，在这种含氟钴卟啉催化下，烯烃和分子氧发生生物模拟的催化氧化反应， 取得了较好的结果f 图1 2 ) 。 ” 催化剂( 0 1t 0 0 1 ) 0 2 m e 2 c h c h o c s f l 3 c f 3 r t 。5 h 图1 2 氟代卟啉的催化氧化反应 催化剂 1 7 卟啉作为细胞色素p 4 5 0 的模型化合物，得到了人们的广泛研究，而含氟卟 2 博十学位论文 啉在对研究酶和底物相互关系中更是体现出了其特殊的优越性，这方面o g o s h i 等【”d 4 】利用1 9 f n m r 对含氟卟啉作为模拟酶作了大量的研究工作。 众所周知，卟啉化合物在医学上的应用主要是在癌症的光动力学疗法( p d t l 中作为光敏剂，卟啉化合物能够成为一类最为有效的光敏剂有以下几点原因：首 先，卟啉化合物可以吸收双光子，产生单线态的分子氧，这种分子氧可以应用于 p d t 杀死肿瘤细胞。其次，某些卟啉化合物可以有选择性的富集在肿瘤细胞周围， 这样就增加了其在p d t 中的应用性1 1 5 1 ”。而含氟基团的引入，又显示出了其优越 的性能。首先，有些含氟化合物具有很好的生物活性，本身就有一定的抗癌活性， 当它们与卟啉连在一起可能会显示出更好的生物活性。其次，生物体内的含氟化 合物是相当少的，因此，含氟卟啉可以作为一种探针，利用”f n m r 可以检测到 卟啉在体内的分布情况，同时也可以考察含氟基团的引入对p d t 的影响，为p d t 药物设计提供依据【1 7 4 引。有实验表明，含氟卟啉具有更高的单线态量子产率，因 此含氟卟啉更有可能成为有效的光敏剂，在p d t 中发挥更大的作用 1 9 - 2 1 1 。 当然含氟卟啉的作用不仅限于以上几方面，但由此我们也可以看出正是由于 氟原子及全氟烷基的独特性质，当它们被引入到卟啉环上以后，会引起卟啉的许 多性质发生改变，使得卟啉化合物在催化、医药等方面均有独特的优越性。随着 人们对含氟卟啉研究的深入，将会使含氟卟啉的应用越来越广泛。 1 2 含氟卟啉衍生物的合成进展 据我们所知，目前含氟卟啉的合成方法主要有两大类：1 ) j 砬过含氟吡咯或含 氟醛在一定的条件下进行缩合反应制备含氟卟啉；2 ) 以简单易得的卟啉为原料， 通过适当的方法将含氟基团引入卟啉。如直接氟化法，金属偶联法等等。而它们 的合成方法有各不相同。 1 2 1 通过含氟吡咯合成b 位含氟卟啉 关于b 一位含氟卟啉的合成一般是通过对应的含氟毗咯缩合而成。1 9 8 2 年 l e g o f f 等1 2 2 j 报道过b 一位含有八个氟烷基卟啉的合成。 命一8 砸h 一移h m 反应试荆腓m ：篙h b r 墚c 1 4 3 。麓v 。o h 嚣蒜管州姑 3 ，c 卜bo a l c b 3 弧磺化脱卤反虑在含氟卟啉合成及转化中的应用 1 9 8 3 年o g o s h i 小组f 2 3 】首次利用k n o r r 反应合成三氟甲基毗咯，并经过一系 列转化缩合成对应的三氟甲基卟啉。 举叩：一举： 反应试剂及条件：1n a b h 4 b f 3 ，t h f ；2p b ( o a c ) 4 ，a c o h ； 3h 2 ，p d - - c t h f e t 3 n ；4c u ( o a c ) 2 1 9 8 8 年，他们对此方法进行了改进，通过b 位r f ( 全氟烷基) 取代的a ，b 不饱 和酮与苯甲磺酰基甲基异氰( p t o l y l s u l f o n y l m e t h y lj s o c y a n j d e ) 反应合成出不同的 含氟毗咯，进而缩合成卟啉【1 3 1 。 o r f g ：g j l c h 3 + h 3 c h h 。 2 r f 、c h 2 c h 3 邵 h 1 s 0 2 c h 2 c n 。_ - 反麻试剂及条件：1 n a h ，e t 2 0 ，d m s o ；2 n a b h 4 ，b f 3 t h 3 d m f ，p o c l 3 ；4 n a b h 4 ，t h f ：5 h b r ， 4 博士学位论文 1 9 9 1 年他们又报道了向卟啉b 位引入一个到四个r f 的卟啉的方法【24 1 。 在o g o s h i 报道含氟卟啉的合成之后，m a r u y a m a 等1 2 5 】采用易得的三氟乙酸和 硝基烷烃，通过四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。 c f a c o o h j 一c f 3 c h ( 。h ) 2 ! 一f 3 c f h 一? h c h 3 o hn 0 2 一 3 ! 一 f f 一。 o a c n 0 2 嘞尊萆仉日 8 7 反戍试剂发条件：1 u a i h 4 ：2 c h 3 c h 2 n o 玉d b u ；3a c z o h 2 s 0 4 ： f 4 c n c h 2 c 0 2 e t d b u ；5 c h 2 ( o c h 3 ) 2 p t s o h ，2 5 。c ； 6l a h t h f ；7 p - t s o h c h 2 c 1 2 ，t h e nc h l o r a n i l 1 9 9 7 年，d i m a g n o 2 6 l ，j 、组以三氟氯乙烯为原料，经过五步反应合成出3 , 4 二 氟取代吡咯，再与醛缩合形成卟啉。 乒m 峨莫a + 滔e 一轰刚。 一史刚e 一史h a 6 反应试剂及条件：1f c i c = c f 2 2 0 0 c 2 h ：2 m e o n a , m e o h ； ；寄c s o u 御3 h , c h 川2 c 1 2 ；n l i n e 4 k o ：6 h 靠搿如h c h o d d o 5 弧磺化脱卤反应在含氟卟啉合成及转化中的应用 以上方法容易看出，这类卟啉主要是通过合成含氟吡咯，再形成卟啉。反应 步骤较长，分离比较困难，总产率不高，而且各步反应也有一定的难度，工作量 比较大。 1 2 2 通过含氟醛或水合醛合成m e s o 位四氟烷基取代卟啉 我们知道，当前合成简单的m e s o 位四取代卟啉的常用方法主要是根据 a d l e l 【2 7 l 方法及l i n d s c y l 2 8 。2 9 1 方法来合成。但是对于r f c h o 来说，用以上方法均 不能得到卟啉产物。1 9 9 4 年，d i m a g n o 等【3 0 1 发现反应中采用共沸除水法可使反应 顺利进行。如果不进行除水操作，产率将会很底，甚至不反应。 反应试剂发条件：1 n a o h ；2p - t s o h ， 后来w i j e s e k e r a l 3 1 】发现了 h 、洲+ 凸一 反席试剂发条件：1 h a t h f ，r e f l u x ；2 接着l i n d s e y l 3 2 】发展了该方法，他采用一锅法合成了不对称卟啉。 1 2 3 通过卟啉氟化的方法将氟引入卟啉环 近年来，人们利用某些已知反应，从卟啉出发，对其b 位直接进行修饰，引 入含氟基团。如k u m a d a k i 等1 3 3 - 3 5 】利用n o r m a n t 反应，成功的由卟啉出发，引入 了含氟基团。 6 博七学位论文 反应试剂及条件：11 2 - k 2 c 0 3 ：2 c u ( o a c ) 2 ；3 c f 2 = c f z n c i p d ( p p h 3 ) 4 ，h e a t 4 h 2 s 0 4 c f 3 c h 将全氟烷基连入卟啉m c s o 位苯环上首先由p o z z i 报道。他们由含硝基的苯甲 醛合成相应的卟啉，然后将硝基还原为氨基，再利用全氟烷基的酰氯将其通过酰 胺键连入卟啉环【3 引。 2 + 1 。+ a r 3 含氟卟啉 o = 卟啉环 反应试剂及条件：1 b f 3e t 2 0 ，t h e nd d q ；2 s n c l 2 ，h c i h e a t 3 岛f 1 5 c o c i e t 3 n ，e t 2 0 之后，他们又报道了将r f ( 全氟烷基) 直接连入苯环上的方法【3 7 1 。 a r 1 ) a c i dc a t a l y s t r t 2 ) o x i d a n t c s f i t - n o = 卟啉环 7 一 n h ( n 一心 太澎 弧磺化脱卤反应在含氟卟啉合成及转化中的麻用 在成功地将r f 直接连入苯环后，他们又向苯环引入两条r f 链，发现这种卟 啉可溶于氟碳相【12 1 。 t s u c h i y a 小组采用四一五氟苯基锌卧啉为原料直接用c o b 或a g f 氟化得到全 氟取代的四苯基锌卟啉【1 们。 f f 2 0 0 3 年，d o l p h i n 小组发现，以溴代卟啉为原料，利用c f 3 c u 作为三氟甲基 化试剂，合成三氟甲基化卟啉的方法【3 8 1 。 a r b r a rb r b ra r b r a r 【c f 3 c u 】 f 3 c a r c f 3 a r 最近我们小组在卟啉的氟烷基化方面也做了不少的工作，金利美博士利用卟 啉环周围有两个双键不参与1 8 p 共轭体系，相当于独立双键的结构特点，通过亚 磺化脱卤的方法成功的合成了四芳基8 位氟烷基取代的卟啉1 3 9 】。亚磺化脱卤反应 是黄维垣先生于8 0 年代首先发现的一类非常方便的从r f i ( 全氟烷基碘) 出发，在 n a 2 s 2 0 4 的作用下脱去i 。，形成rp 进而形成亚磺酸盐的方法，故而得名。他们 进一步发现，体系中如果有烯烃或炔烃存在下，可捕获rf ，进而形成氟烷基化 产物1 4 “4 ”。我们就是利用这个方法可以与富电子化合物发生加成或取代反应，得 8 博十学位论文 到含氟化合物的特点，将氟烷基引入卟啉环。 r f i n a 2 s 2 0 4 ，n a h c 0 3 d m s o c h 2 c 1 2 另外，我们又发现金属铜或镍四芳基卟啉和全氟碘代烷在铜粉的存在下也能 发生反应。但在溶剂对该反应的影响比较大，当溶剂为二氧六坏、二乙二醇二甲 醚( d g ) 、四氢呋哺等极性小的溶剂时，反应得到b 位氟烷基取代的二氢卟啉 ( c h l o r i n ) ；当溶剂为d m s o 、h m p a 、d m f 等极性大的溶剂时，反应得到b 位取 代的氟烷基卟啉【42 1 。 髓r t f 索鼹苡够虿h 梦 br始tjrr p r b r p d ：倒b a ，。c h c 。 飞nh n 年矿 e r 冬w 卧 9 利用金属钯催化剂很方便的得 r c a r r f 婺 太，弋f醪 铀或 旦豁卜二 a 磺化脱卤反府在含氟卟啉合成及转化中的麻用 综合以上合成方法，通过含氟毗咯合成含氟卟啉的方法是合成6 位含氟卟啉 的主要方法，但它具有步骤长、总产率低、合成和分离的难度大等种种弊端，从 而制约了含氟卟啉的发展和应用。而用简单的卟啉作为原料，用适当的反应对其 进行改造引入含氟基团的方法，不仅有反应简单、易分离、产率高的特点，而且 更容易制备结构新颖独特具有多样性的含氟卟啉化合物。因此，发展以简单卧啉 为原料，将氟原子或含氟基团方便简捷的引入卟啉的方法是含氟卟啉合成急需解 决的一个重要问题。 1 | 3 卟啉的外环化修饰 近些年来，随着对卟啉官能团化研究的深入，人们对卟啉的外环进行稠环化 修饰愈来愈感兴趣。这是因为，一方面，这种修饰可以利用增加p 共轭体系的方 式来改变其光谱性质和物理化学性质；另一方面，这种修饰也可以利用环的刚性 结构来改变整个卟啉的空间构型，使卟啉平面扭曲，从而改变其光谱性质和物理 化学性质，使卟啉化合物能够得到更为广泛的应用。下面我们通过分子内环化反 应和分子问环化反应两种方式对卟啉的外环化修饰作以简单的介绍。 1 - 3 1 通过分子内环化反应制备稠环卟啉 1 3 1 1 金属催化的分子内环化反应 f o x 和b o y l e 以m e s o 一( 2 一碘苯基) 卟啉为原料，利用钯催化偶联的方法得到了 卟啉m e s o 位苯环与卟啉b 一位直接相连的稠环卟啉【4 5 1 。 r p d ( p p h 3 ) j k 3 p o 1 0 r 博十学位论文 最近，我们小组用方便易得的b 位单溴卟啉，以廉价的活化的金属锌为催化 剂，在d m s o 溶剂中6 0 c 反应半小时即可以得到类似产物1 4 6 1 。 z n6 0 d m s o 1 3 1 2 酸催化的分子内环化反应 c a l l o t 小组以2 甲醛基5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 四苯基铜卟啉为原料，三氟乙酸催化下 缩合得到氧杂的苯并卟啉【4 ”。 d o l p h i n 等发展了该方法，利用四间甲氧基卟啉为原料，同样用三氟乙酸为 催化剂，合成了双环化产物1 4 引。 弧磺化脱卤反应在含氟卟啉合成及转化中的应用 m = h z n b o y l e 和d o l p h i n 以5 乙烯醛基一1 0 ，2 0 二苯基镍卟啉为原料，三氟化硼乙醚催 化下，意外的得到了两种环化的二氢卧啉1 4 9 1 。 b 一乙烯基一5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 四苯基镍卟啉在浓硫酸的作用下并没有得到正常的脱掉 金属镍的产物，而是以6 0 的产率意外的得到了苯并二氢卧啉环化产物1 5 叭。 浓h 2 s 0 4 一 。h 厂一 k一：戡一迎 一c 毛 巳一洲型洲 o洲 扩 令弋彳一 博十学位论文 近年来，b e r g m a n 环化反应也被应用于稠环卟啉的合成。2 ，3 二乙炔基 - 5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 - 四苯基镍卟啉在d d o 的存在下，反应生成二萘并卟啉。此反应被认 为是一个双自由基机理【5 1 彤】。 加热 - - h 2 1 3 2 通过分子间环化反应制备稠环卟啉 d i e l s a l d e r 反应和1 ，3 偶极环加成反应是常见的分子间环化反应方法，由于 卟啉的外环总有个独立的双键不参与大p 的共轭体系，所以利用d i e l s a l d e r 反应 和1 ，3 偶极环加成反应可以达到卟啉外环化修饰的目的。 1 3 2 1d i e i s a l d e r 反应 c a v a l e i r o 在卟啉的环加成反应方面做了很多工作，1 9 9 7 年，他们利用1 4 + 2 1 的环加成反应制备了含有一个四氢萘环的稠环二氢卟啉i ”1 。 磺化脱卤反戌在含氟卟啉合成及转化中的虑用 1 3 2 21 3 偶极环加成反 用最简单的四苯基日 个含有异唑啉环的稠环 + 卟啉的外环化反应的例子远不止这么多，这里只是按照反应类型和方式规类， 1 4 博十学位论文 并列出部分例子，这只是卟啉外环化修饰的- - 4 , 部分。目前，随着卟啉外环修饰 的不断发展，愈来愈需要提供能够合成更多新奇结构的稠环卟啉的方法。 1 4 本课题的目的及内容 含氟卟啉化合物在医药、催化、材料等方面具有广泛的应用前景。因此，发 展一种方便、简单、能够广泛应用的合成含氟卟啉的方法