（环境工程专业论文）金属卟啉的合成及其对微生物降解五氯硝基苯的影响.pdf

吉林农业大学硕士学位论文 金属卟啉的合成及对五氯硝基苯生物降解的影响 摘要 生物修复技术应用于受污染土壤的治理，通常是对环境速率限制因子的消 除，从而使微生物对任何可降解的污染物都具有最大的降解速率。佥属卟啉化合 物由于其特殊的结构使其具有电子传递功能及类似于微生物酶的活性，对污染物 的生物降解应该有一定的作用。本文以液相法合成几种金属卟啉化合物，并应用 于五氯硝基苯的生物降解过程中，重点研究降解过程中微生物对具有类似生物酶 活性的金属卟啉化合物的响应机制以及几种金属卟啉化合物对五氯硝基苯生物 降解作用的影响。 关于卟啉化合物的合成： 本丈采用简便易行的方法合成了m e s o 一四( 对羟基苯基) 卟啉。采用液相法 将合成得到m e s o - 四( 对羟基苯基) 卟啉分别与6 种金属离子f e ”、m n ”、c o ”、 n i ”、c u ”和z n 2 + 反应得到6 种金属卟啉配合物：m e s o - 四( 对羟基苯基) 卟啉锰、 m e s o - g ! ( 对羟基苯基) 卟啉铁、m e s o - 四( 对羟基苯基) 卟啉钴、m e s o 一四( 对 羟基苯基) 卟啉镍、m es o 一四( 对羟基苯基) 卟啉铜和m e s o 一四( 对羟基苯基) 卟啉锌。利用紫外一可见分光光度分析和质谱分析，确定合成的6 种金属卟啉化 舍物为目标产物。 以丙酸为溶剂，用吡咯和对羟基苯甲醛反应合成了m e s o 一四一( 对羟基苯基) 卟啉，探讨了溶剂丙酸与无水乙醇的用量对反应产率的影响，得到丙酸与无水乙 醇比例为2 ：1 为最佳配比。 采用液相法合成金属卟啉配合物，通过增加金属盐的用量，可以提高金属卟 啉的产率，金属盐用量为实际用量的5 倍，产率达到最高。金属卟啉合成后加入 冷水陈化得到较好的结晶，剩余的反应物溶于溶剂d m f 与冷水中，通过抽滤而分 离。溶剂d m f 与冷水的体积比为1 ：2 时，金属卟啉陈化完全。 关于金属卟啉化合物对五氯硝基苯生物降解作用的影响： 从施用过五氯硝基苯的土壤中分离筛选出四株对p c n b 有较好降解效果的菌 株，包括2 株细菌、1 株放线菌和1 株真菌作为供试菌株进行研究。将合成的6 种金属卟啉化合物分别加入五氯硝基苯生物降解的液相介质中，在各菌株最适宜 的条件下进行培养。研究金属- p 啉化合物对五氯硝基苯生物降解作用的影响。结 果表明，在试验条件下， m e s o 一四( 对羟基苯基) 卟啉锰和m e s o 一四( 对羟基苯 基) 卟啉铁促进了五氯硝基苯的四种降解菌的生长，同时对五氯硝基苯的降解有 促进作用：其它四种金属卟啉化合物的存在则抑制了五氦硝基苯降解菌的生长和 五氯硝基苯的降解。浓度为6 m g l 的m e s o 一四( 对羟基苯基) 卟啉锰和m e s o 一四 ( 对羟基苯基) 卟啉铁对五氯硝基苯的生物降解的促进作用明显，降解率提高了 吉林农业大学硕士学位论文 盘属卟啉的翕成及对五氯硝基苯擞物降解的影响 3 1 0 。其中m es o 一四( 对羟基笨黩) 卟啉锰的促进作用大于m e s o 一四( 对羟基 摹藜) 睁旗铁，袁堍为洚解速率捉篱，丰衰褰缩短。在有金属t 秣亿合麴存在酶 情况下，点氤硝基苯的生物降解依然符合一级反应动力学横式。 综土所迷，金属t 秣优合物对五氯磺基苯秘生物洚簿作瘸骞一定旗影鸭，对 利用生物酶促进污染物的生物修复研究有错鉴意义。 关键词：金属卟啉化合物；液相食成；五氯硝基漱；生物降解；残留分析 i i 吉林农业大学硕士学位论文盘属卟啉的裔成及对氲氯硝基苯生物降解的影响 a b s t r a c t b i o l o g i c a lr e p a i r i n gt e c h n o l o g yi saa p p l i e dt ot h ed i s p o s a lo f t h ep o l l u t e ds o i l ，i t u s u a l l ym a k e sm i c r o o r g a n i s mu p o na n yd e g r a d a b l ep o l l u t e dt h i n g sh a v em a x i m u m d e g r a d a b l e r a t e b y m e a n so fe l i m i n a t i n ge n v i r o n m e n t a lr a t i oa n dr e s t r i c t i v e g e n e s b e c a u s eo fi t ss p e c i a ls t r u c t u r em e t a lp o r p h y r i n sb e a r st h ef u n c t i o no fp a s s i n g e l e c t r o na n dt h ea c t i v i t ys o m e t h i n gl i k em i c r o o r g a n i s me n z y m e ，i ti ss u p p o s e dt oh a v e s o n l ei n f l u e n c eo nb i o d e g r a d a t i o no fp o l l u t e dt h i n g s t h i sr e s e a r c hc o m p o s e ss e v e r a l m e t a lp o r p h y r i n sb ym e t h o do fs o l u t i o n - p h a s e ，a n di fi sa p p l i e di nt h ep r o c e s so f p e n t a c h l o r o n i t r o b e n z e n e sb i o d e g r a d a t i o n i tf o c u s e so nr e s e a r c h i n gm i c r o o r g a n i s m u p o nm e t a lp o r p h y r i n s sr e a c t i v es y s t e m ，a n ds o m em e t a lp o r p h y r i n s si n f l u e n c eo n t h ef u n c t i o no f p e n t a c h l o r o n i t r o b e n z e n e sb i o d e g r a d a t i o n o nt h ec o m p o s i n go f m e t a lp o r p h y r i n s ： t h er e s e a r c ha d o p t ss i m p l ew a yt oc o m p o s em e s o t e t r a ( p a r a - h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h y r i n m e s o t e t r a ( p a r a - h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h y r i nw h i c hg o tb ym e a n so f m e t h o do f s o l u t i o n - p h a s e s e p e r a t e l yr e a c t sw i t hs i xk i n d so f m e t a li o nf e ”、m n 2 + 、 c 0 2 + 、n i 2 + 、c u 2 + 、z n 2 + a n dt h e na t t a i n ss i xk i n d so fc o m p o u n d ：m e s o - t e t r a ( p a r a - h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h y r i u m a n g a n e s e 、 m e s o t e t r a ( p a r a- h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h y r i n i r o n 、m e s o t e t r a ( p a r e - h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h y r i n c o b a l t 、m e s o - t e t r a0 a r a - h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h y r i r m i c k e l 、 m e s o t e t r a ( p a r a- h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h y r i n c o p p e r 、m e s o - t e t r a ( p a r a - h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h y r i n z i n c w i t ht h ea n a l y s i s o f u v - v i sa n dm s ，m a k es u r et h a ts i xm e t a lp o r p h y r i n s a r ed e s t i n a t i o np r o d u c t s w i t hp r o p i o n i ca c i da si m p r e g n a n t ，a p p l y i n gt h er e a c t i o no fp y r r o l i d o n ea n d 4 - h y d r o x y b e n z a l d e h y d et o c r e a t em e s o - t e t r a ( p a r a - h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h y r i n ， d i s c u s s e st h ea m o u n to f p r o p i o n i ca c i da n da b s o l u t ea l c o h o l ，u p o nr e a c t i v ep r o d u c t i o n r a t e ，a c h i e v e st h eb e s tp r o p o r t i o no f p r o p i o n i ca c i dm a d a b s o l u t ea l c o h o li s2 ：1 t h ec o m p o u n dg o tb ym e t h o do fs o l u t i o n - p h a s ec a ni m p r o v et h ep r o d u c t i o nr a t e o fm e t a lp o r p h y r i n s ，b ym e a n so fi n c r e a s i n ga m o u n to fm e t a ls a l t w h e nm e t a ls a l ti s f i v et i m e st h a nt h ea c t u a l la m o u n t ，t h er a t eo fp r o d u c t i o ni st h eh i g h e s t a d d i n gc o l d w a t e rt oc o m p o s em e t a lp o r p h y r i nc a ng e tb e r e rr i m ea f t e rd e p o s i t i n g ，t h er e m a i n e d r e a c t a n ti sd i s s o l v e di n t oi m p r e g n a n to fd m fa n dc o l dw a t e r , s p e a r a t e sb y d e p m s s u d z ea n df i l t r a t i o n m e t a lp o r p h y r i nd e p o s i t sc o m p l e t e l yw h e nt h ep r o p o r t i o n o f v o l u m eo fd m fa n dw a t e ri s1 ：2 o ni n f l u e n c eo f m e t a lp o r p h y r i n su p o np e n t a c h l o r o n i t r o b e n z e n eb i o d e g r a d a t i o n i i i 吉林农业大学硕士学位论史金属卟啉的成及对美氯硝基苯生物降解的影响 s o r t i n go u tf o u rs t r a i nw h i c hh a sb e s td e g r a d a b l er e s u l tu p o np c n bf r o mt h es o i l u s e dp e n t a c h l o r o n i t r o b e n z e n ei ni t ，i n c l u d i n gt w ob a c t e r i u m ，o n ef u n g i a d d i n gs i x k i n d so fm e t a l p o r p h y r i n s c o m p o s e d i n t o s o l u t i o n p h a s e m e d i u mo f p e n t a c h l o r o n i t r o b e n z e n e ，t h e nc u l t i v e a t e t h e mi nt h em o s ts u i t a b l ec o n d i t i o n r e s e a r c ht h ei n f l u e n c eo fm e t a l p o r p h y r i n su p o np e n t a c h l o m n i t r o b e n z e n e s d e g r a d a b l ef u n c t i o n 。i ft u r n s o u tt h a t ，i ne x p e r i m e n t a lc o n d i t i o nm e s o t e t r a ( p a r a - h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h y r i n m a n g a n e s e a n dm e s o t e t r a ( p a r a h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h y r i n i r o na c c l e r a t et h eg r o w t h o fp e n t a c h l o r o n i t r o b e n z e n e sf o u rd e g r a d a b l e b a c t e r i a ，m e a n w h i l ep r o m o t ep e n t a c h l o r o n i t r o b e n z e n e sd e g r a d m i o n h o w e v e r , t h e e x i 姓e n c eo fo t h e rf o u r m e t a l p o r p h y r i n s r e s t r a i nt h e g r o w t h o f p e n t a c h l o r o n i t r o b e n z e n ed e g r a d a b l e b a c t e r i aa n dt h e d e g r a d a t i o n o f p e n t a c h l o r o n i t r o b e n z e n e ，t h ep r o m o t i v ef u n c t i o no f m e s o t e t r a ( o a r a - h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h ) ，r i n m a n g a n e s ea n dm e s o t e t r a ( p a r a - h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h y r i n i r o nw h o s e c h r o m aa r e6 r a g 1a r eo b v i o u su p o np e n t a c h l o r o n i t m b e n z e n e sb i o d e g r a d a t i o n t h e r a t eo fd e g r a d a t i o np r o m o t e sf r o m4 t o1 0 t h ef u n c t i o no fm e s o t e t r a ( p a r a - h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h y r r i n m a n g a n e s ei sl a r g e r t h a nt h a to fm e s o t e t r a ( p a r a - h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h y r i n i r o n t h er e p r e s e n t a t i o n i st h a tt h ed e g r a d a t i o nr a t e i m p r o v e s a n dh a l fl i f es h o r t e n sw i t ht h ee x i s t e n c eo fm e t a lp o r p h y r i n s ， p e n t a c h l o r o n i t r o b e n z e n e sb i o d e g r a d a t i o ns t i l l a c c o r d sw i t hf i r s ts c a l ep a t t e r no f r e a c t i o nd y n a m i c s f r o ma b o v e ，m e t a lp o r p h y r i n sh a sc e r t a i ne f f e c to np e n t a c h l o m n i t r o b e n z e n e s b i o d e g r a d a t i o n ，i tc a nb eu s e df o rr e f e r e n c et o w a r d st h e r e s e a r c ho fb i o l o g i c a lr e p a i r b ym e a n so f m i c r o o r g a n i s me t 玛q y l e 。 k e yw o r d s ：m e t a lp u r p h y r i n s ；s o l u t i o n - p h a s es y n t h e s i s ；p e n t a c h i o r o n i t r o b e n z e n e ； b i o d e g r a d a t i o n ；r e s i d u ea l i a l ”i s i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 骚究成栗。攒我繇翱，豫了文中特嗣麓瑷标滚察致谢浆遥方并，论文中不包含其 他人已经发液或撰写过的研究成果，也不包含为获得吉林农蛾大学或其他教育机 构静学位证书而使耀过熬奉季料。与我一同工律静同志对本研究所做的饪 可贡献均 已在论文中作了明确的说明弗表示谢意。 学位论文 乍密签名：起巷心b 簸字目期； 驷，年月罗曩 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解吉林农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即 吉林农业大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阕和借阕。本入授权吉林农攮大学可班将学位论文瀚全部蠛部分蠹容编 入有关数据库进行梭索，可以采用影印、缩印或扫描簿复制手段保存、汇编学位 论文。( 保密鹃学位论文在耱密磊遥用本授投书) 学位论文作糟签名：赵菇欠杰导师签名：丞爵当牵 签字日期： 秒亨年石月尹目蕊字日期：劲州年；月，驴日 学位论文作者毕业后去向： 工侔单应：墓毒磁壶火荣 电话。 通讯地址：毫林教：冀淖竣稿够脊垮b 学院邮编：1 3 0 1 学 吉林农北大学硕士学位论文 金属卟啉的合成及其甜微生物降解五氯硝基苯的影响 零l畜 研究目的及意义 早在2 0 世纪7 0 年代，环境中农药残留问题即引起许多国家的重视。有机氯农药在 存秘合成溢及农韭发嚣豹藉鬻罄有过辉煌豹绣变，壶予杀虫谱广，徐强便宜，麓赛各国 都曾不同程度的加以利用。在6 0 7 0 年代，我国六六六的产鬃和用量占世界的一半左 右。醚藩辩学技术赘茇骚，入销谈识到它髓对繇壤熬污染帮对太及生物体产生毒牲等嗣 题。在2 0 世纪6 0 年代末7 0 年代初，发达国家就禁止生产、销售和使用有机氯农药。 我国谈鼋襞裂这令闰题笄在1 9 8 4 冬全瑟箨止镬蠲奏蔽氯农药，这一囊定歪少毙潮终晚1 0 年时间。由于长时间、大面积的使用，土壤环境污染程度比较严重，同时，对地下水、 逮表水窝窒气溪量敷投生凌都蠢严重懿藏躲。终穆从壤中吸收营养貔蒺数同时，将英 吸入体内，经食物链进入人体，在人体内积累，引起中毒”，损害神经系统和肝脏。 纛氯硝基琴( p c n b ) 终戈一秘土壤霹秘子蓉蓥劐，对多穆筑菜的懿期痪害及土壤传 染的痫害有较好的防治效果。由于p c n b 价格便宜，药散高等原因，曾一度在人参、西 瓜和蔬菜生产中大量使用 2 - - 3 1 ， 尤其在丧栋省东部蛉人参耱植区；造成壤中p c n b 的麓 残留，并导致在此土壤上生长的作物体内p c n b 含量较高，品质下降。1 9 9 4 年黑龙江省 出口蛇8 0 0 吨人参，由于有枫缀超标霹被全部遐货，造成极大舷经济损失。据韩国壤 鲜目撤报道，l h2 0 0 5 年3 月1 日越，韩国仁川机场海关限制进口中国人参，原因鼹 中国产人参产晶中六六六和五氯硝基攀等成分趣标，严重的影响了中国人参产品在国际 贸易中的地位。 由于人参和薅洋参生产受到诸多尚无定论因素的影响，不能连作。因此，随着种檬 业的发展，砍伐的森林面积也在不断扩大，丽挂早期砍伐的多为优质天然林。自8 0 年 代末期以来，为发展人参、西洋参种植而砍伐的森林颟积多达1 6 5 万街。虽然政府在裁 参还稀的政策方面出台了一些强制往掺施，但仍有大磷积的参看遗处予荒弃或低值翻翊 水平。对受损的参后地壤进行修复和再利用，是实现吉林省东部山区生态环境保护与 经济可持续发最豹基本保证，蕊建立璐代讫入参生产繁缝，保证清洁生产必须解决豹鞫 题。在我国现阶段森林资源极廉匮乏，可开发林地急剧减少的情况下，对废弃的参后地 主壤道行修复掰蕴含豹经济徐值、社会价值和生态价馕是无法估量静。蓊以，恢复参藉 地生态平衡和资源循环利用是遏制森林资源的进一步破坏，实现环境保护与经济可持续 发矮豹重要谍逐。 资源循环利用是洙来发展的趋势，但要避免生产效益下降和污染物质分散化，防止 二移t 污染。壤豹生秘修复按零是剥蠲微生秘涛壤中污染稳分解著凝终去豫。与转绞 吉林农业大学硕士学位论文 金属卟啉的合成及其对微生物降解五氯硝基苯的影响 处理技术相比，具有快速、安全、费用低廉等特点，是一种新兴的环境友好替代技术， 具有广泛的应用价值。我国的生物修复技术现正处于发展阶段，修复率相对较低，具有 极大的潜力。借鉴发达国家的成功经验，开发适合中国国情的生物修复技术，必将促进 我国资源循环利用的快速、健康发展。赵晓松所领导的课题组在9 0 年代初期开始了受 损参后地土壤的生物修复研究。“1 ，以来源于土壤又还原于土壤的理念为宗旨，从多年 使用五氯硝基苯( p c n b ) 的污染土壤中分离得到p c n b 降解菌种，经富集和驯化后又回 接到土壤中，修复后土壤微生物活菌数比受损土壤高出3 个数量级，在修复后3 4 个 月的时间内，土壤中p c n b 残留量降低5 0 。关于五氯硝基苯生物降解的大量研究一”1 表明，温度、湿度、p h 值、营养物质、土壤性质等环境因子对p c n b 生物降解速率具有 明显的影响，而电子给予体和电子受体等因素对生物修复过程的影响以及微生物对其响 应的机制还有待于进一步研究。 金属卟啉化合物由于其特殊的结构使其具有电子传递功能及类似于微生物酶的活 性。在前人工作的基础上，本文拟以液相法合成几种金属卟啉化合物，并应用于五氯硝 基苯的生物降解作用中，重点研究降解过程中微生物对具有类似生物酶活性的金属卟啉 化合物的响应机制以及金属卟啉化合物的种类及用量对五氯硝基苯生物降解率的影响。 将对利用生物酶促进污染环境生物修复技术的研究有一定借鉴意义。 2 卟啉化合物研究进展 2 1 卟啉化合物的结构和性质 卟啉( p o r p h y r i n s ) 是卟吩( p o r p h i n e ) ( 如图a ) 外环带有取代基的同系物和衍生 物的总称。卟啉母体中的吡咯质子被金属取代后即成为金属卟啉化合物( 如图b ) 。 b 图1卟啉及金属卟啉化台物的母体结构 f i g u r e1m a t r i xs t r u c t u r eo f p o r p h y r i na n dm e t a lp o r p h y r i n s 2 吉林农业大学硕士学位论文 金属卟啉的合成及其对微生物降解五氯硝基苯的影响 卟啉化合物的母体卟吩可看作是由4 个吡咯环在。位通过四个次甲基连接而成的十六 元大环结构，卟吩环近似于平面结构。通常将吡咯环之间的四个碳标为5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 ( 在f i s h e r 编号法中称为d ，b ，y ，6 位置) 被称作中位( m e s o ) 碳，其余八 个吡略环上的可被取代的碳称作外环碳。由此，当碳上的氢被其它基团取代后主要有两 大类卟啉化合物，即中位取代卟啉化合物和外环取代卟啉化合物。在5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 位 置上分别连接上r 1 ，r 2 ，r 3 ，r 4 取代基形成中位取代的一系列卟啉，r 1 r 4 可以相同，也 可以不同。外环碳上氢被取代又形成一系列卟啉化合物，这一类类似原卟啉。卟啉化合 物上的取代基再与些功能分子反应后形成卟啉衍生物。当卟啉化合物与金属离子发生 反应时，由于空间位阻及静电斥力作用使金属离子有的进入n h 啉分子平面内，有的不能 进入分子中，前者通常称为“平面内型金属卟啉化合物”，后者称为“平面外型金属卟 啉化合物”“”1 。 卟啉及金属卟啉都是高熔点、深色的固体，多数不溶于水，易溶于有机溶剂，能溶 于矿酸，无树脂化作用。溶液有荧光，对热非常稳定，具有刚柔性，电子缓冲性和光电 磁性。 2 2 卟啉及金属卟啉化合物的合成 1 9 3 5 年r o t h e m u n d “4 1 首次采用苯甲醛和吡咯以吡啶为溶剂，在1 5 0 0 c 下的封闭管中 反应2 4 4 8 h 合成了m e s o 一四苯基卟啉( t p p ) ，所得产率很低。近几十年来，卟啉类化 合物的合成方法得到不断改进，产率有所提高，并且合成的卟啉化合物也越来越多。 2 2 1 单分子型卟啉的合成方法： ( 1 ) a d l e r 简易合成法 1 9 6 7 年，a d l e r 等人改进了r o t h e m u n d 的方法，采用丙酸作溶剂，( 取代) 苯甲醛 和吡咯在1 4 1 下回流3 0 m i n ，制得( 取代) 四苯基卟啉，该方法在酸性介质中合成， 易生成副产物四氢卟啉( t p c ) 且不易分离“。 ( 2 ) l i n d s e y 合成法 l i n d s e y “6 1 等人在1 9 8 7 年进一步改进了四苯基卟啉的合成方法，采用苯甲醛和吡 咯在氮气保护下，于二氯甲烷溶剂中用三氟化硼一乙醚作催化剂，室温下反应生成卟啉 原，然后以d d q 或t c q ( 四氯苯醌) 氧化合成t p p ，产率在3 0 4 0 左右，缺点是反 应需氮气保护，步骤复杂。 ( 3 ) 改进的方法 对于不同的取代卟啉化合物的合成，主要通过改变溶剂的手段来合成各种卟啉化 合物。郭灿城等。”1 采用dmf 作为溶剂，以无水a 1 c 1 。作催化剂，直接合成了四苯基卟 吉林农业大学硕士攀位论文 袅属卟啉的台成及其对微生物降懈五氯硝熬苯的影响 啉，产率可达3 0 ，而且没有副产物t p c 生成。该方法的优点是适用范围广，但是作为 催化剂的a i c i 。很容易与水反应，造成产物不易分离。 杨彪等“提出以二甲苯作为溶剂，以对硝基苯甲酸或水杨酸作为催化剂，回流反 应2 5 h ，t p p 产率为5 5 4 。在此条件下，合成四( 对二甲氨基苯基) 卟啉的产率为 3 1 6 ，尤其对于水溶性差的卟啉化合物的合成具有较高的产率。 ( 4 ) 2 + 2 合成法 该方法可方便地合成具有两重对称轴的四苯基卟啉( 也称t r a n s 卟啉) ，还可合成 中位是四个不同芳基取代的卟啉。如b e n j a m i n l i t t l e 等人。”研究了从二吡咯甲烷和 芳醛制各t r a n s 一卟啉的条件，得出了二组较佳条件：一是0 下，在m e c n 中，用b f 3 e t 。0 催化缩合，然后用d d q 氧化的方法；二是1 0 0 。c 下，在d m s o 中，在有n h 。c l 存在下进 行缩合反应，然后用空气氧化，合成路线如图所示： o i 十广、h 蔷五磊一 ，：10 0 目k j 叫。甲 a 2 + 2 合成卟啉法具有很大的灵活性，并且还可应用于合成低聚卟啉，但此方法依赖 于选择合适的二吡咯甲烷原料。 ( 5 ) 微波诱导法”1 有报道表明，以吡咯和( 取代) 苯甲醛为原料，选择合适的溶剂( 如二甲苯) ，在 微波( 8 5 0 w ) 催化下，加热5 分钟，就可以得到产率为4 0 的( 取代) 四苯基卟啉。微 波诱导法合成速率快，有机溶剂需要量少，发展前景良好。目前，有关研究的报道还很 有限。 随着研究的深入，合成出了很多的卟啉化合物，这些化合物的合成方法相似，只是 在卟吩环上引入了不同的官能团。其中在m e s o 位引入官能团的报道较多，主要是引入 苯基和2 噻吩基等芳基及取代芳基，常见的取代基有0 1 1 、一n h 。、一n h ( c h 。c h 。) 、一 n ( c h 。) 。、_ n ( c h 。) 。、一0 c h 3 、0 c 。h 。；、0 c 0 c 。h 。一o c 0 p h 、_ s 0 3 h 、一x 、c o o h 等。 这些基团在一个化合物中可以是单取代，也可以是多取代，取代基主要位于苯基的对位， 邻位和问位较少。除c n 、x 、烃基外，很少有报道在外环碳上引入其它的官能团。引入 鎏 ，jl 了； 。0 ，一飞 。按 广电 西 吉林农业大学硕士学位论文 金属卟啉盼合成及其对微生物降鼹五氯硝慕苯的影响 静官髓霞都是其有活拣的基圈，为递一步合成复杂的h 啉化合物提供了前景。人们用此 法合成了尾式( t a i l e d ) 。+ 2 、带式( s t r a p p e d ) 、袋式( p o c k e t ) 和谢式( c a p e d ) 卟啉 纯合稳，这些纯台粝多连有蒋殊功锈酶基因，往往是开拓h 秣静应矮领城和探索成熟酌 应用实体的模型化合物。 2 。2 。2 金藩繇秣亿会壤蠡奄合成 金属卟啉化台物的合成主骚通过液帽法和固相法。 滚裙法”“合成金属e 秣纯合物楚院较传绞豹方法，其操作过程为：等渗尔跑静 卟啉和余属盐混合于d m f 中，在避光和氮气保护条件下，搅拌并回流2 小时制备金属卟 薅蓦讫合物。 固相法是将等摩尔比的卟啉和金属盐混合，室温下在玛瑙研钵中研磨，产品用适当 溶裁渗解，浓缨蜃援凌金藩g 辫。 2 3 卟啉及金属卟啉化合物的应用 醛诬合物广泛存在于魂攘物傣蠹，垂然餐中分蠢最广黪h 曦诧会物是鼹h 曦l x 、 酞菁，它们具有卟吩核类似的结构。卟啉基所具有的多齿配位作用及其特殊的大环共轭 芳霉嚣系镬之与金属褰予形成瓣诧合携兵套诲多独特的物理悛屡、诧攀性质必功能性 质。如起光合作用的叶绿素是众属镁卧啉化合物；b 。怒金属锚卟啉化含物；超电子传递 帮氧化作用鲍缀腿色豢c 、细腿色素p 一4 5 0 ；超酶健化终用的过氧化巍酶等都是金属b 啉化合物。可见，u p 啉是一类在生命体内具有蘑要作用的化合物，与生命科学密切相关 2 日一 幽于卟啉及金属卧啉化合物的特殊结构和性质，它已渗透到很多领域，甚趸已经应 用于实践。在分柝化学上卟啉类试剂用于测定了许多金属。；在医学上血卟啉衙生物已 被应用于临床诊断肺癌，治疗皮肤癌，食道瘟，膀胱癌，复发性乳腺瘸等”4 “。；在仿生 学上用于模拟生物酶”“；在催化化学上金属卟啉化合物在烯烃的环化、烷烃醇化、醚 类氧纯等方面都具有良好的催化作用；在环境保护方面用于污染耪辩解，翔翻雨高分 子金属口卜啉光倦化氧化处理废水“1 - ”! 、催化n o 分解等，金属卟啉类似于微生物酶的结 构特点对生物降篇应该有一定豹影响，但这方谣的研究较少，值褥探究。 避年来，关于卟啉及金属卟啉化合物的研究主要集中在以下几方麟：水溶性卟啉配 合耪作为脖瘸的光动力学治疗法中静，毪敏帮酶研究；模藏生魏酶的研究；g 秣纯合物体 为温和氧化还僚剂；燃料电池催化剂；光伏发电催化剂；特殊卟啉化合物制备液晶、i 。b 膜、分子谖澍、三阶菲线往光学毒孝辩等方鬣。 3 污染主壤生物修复磁究遴震 吉林农业大学硕士学位论文 金属卟啉的合成及其对微生物降解五氯硝基苯的影响 污染土壤的生物修复是利用微生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害化学 污染物的浓度和有害微生物的种群和数量，促进土壤结构趋于自然平衡，使受损土壤恢 复到健康状念的过程。 人们利用微生物处理污水、废水已有近百年历史，但利用微生物修复技术处理有机 物污染现场才是近十几年的工作。首次记录实际使用生物修复的是美国宾夕法尼卅的 a m b l e r 清除管线泄露的汽油，生物修复的规模很小，一直处于试验阶段。直到1 9 8 9 年， 美国阿拉斯加海域受到大规模石油污染以后，才开始应用生物修复技术。阿拉斯加海滩 石油污染生物修复的成功，得到了美国政府环保部门的认可。从1 9 9 1 年开始实施较大 规模的地下水、海滩等环境污染物的治理项目。在美国，生物修复展开了乐观的应用前 景，商业运作迅速增长，并成为近年来有害废物处理市场中增长速度最快的部分。2 0 0 0 年的生物修复市场占有额度为5 亿美元a o 。法国、荷兰等国也先后开展了地下水、海 洋、沉积物等生物修复研究工作。 近年来，我国科研和工程工作者注意的问题，主要集中在石油污染和地表水污染方 面。在地下水和土壤污染的生物治理方面研究很少，实际治理更少。徐卫东等人( 1 9 9 8 ) 以卤代烃类和芳香烃类化合物污染为代表，通过室内模拟地下饱和带中有机污染物的厌 氧硝化和反硝化环境，对可生物降解性、降解机理、降解动力学等进行了研究。吴玉成 等( 1 9 9 9 ) 研究了加强反硝化条件下，地下水中苯和甲苯的微生物降解。赵振业( 1 9 9 9 ) 等采用c 1 0 。作为氧化剂，并结合曝气微生物技术及水利截获技术，对齐鲁石化公司石油 污染的地下水进行了治理。李晔等”4 1 人进行了石油污染土壤生物修复的最佳生态条件研 究，通过雁交试验得出了生物修复的最佳降解生态条件，结果表明：微生物的数量是影 响石油降解效率的重要因素；石油浓度在一定范围内对石油的降解效率并没有影响；生 态因素影响的主次关系排列为含水量、表面活性剂、营养物质和电子受体。汪海珍等“ 采用加入优选菌株p e n i c i l l i u m s p 或有机肥的方法，对甲磺隆污染土壤进行生物修复， 结果表明是可行的。我国在易位修复有机污染方面研究也刚刚起步。马瑛和沈德中等人 ( 1 9 9 9 ) 利用好氧静态反应器研究了酸焦油的降解规律。巩宗强等通过小型泥浆反应器 的运行，确定了生物泥浆法修复多环芳烃污染土壤的温度、水土比和通气量参数。 对污染和退化土壤进行生物修复技术研究的核心问题，是分离和筛选出具有生理活 性和代谢能力的高效菌种，克服限制接种菌的逆境，使接种菌能够在土壤中定殖、占据 微生态位，并在土壤中迅速繁殖。有关微生物的分离和筛选问题，选择性培养技术被国 内外普遍采用，并成功地分离出有机污染物的代谢菌和在不同程度上促进土壤腐殖质形 成的微生物。赵晓松、王玉军等人“6 - 4 7 1 系统研究了p c n b 在栽参土壤中的降解规律，消 失途径和影响因子，并从污染土壤中成功地分离出p c n b 抗性菌，对p c n b 污染土壤进行 吉林农业大学硕士学位论文金属卟啉的台成及其对微生物降解五氯硝慕苯的影响 了生耪修复研究，土壤中p c n b 徽生物降解廷解毒过程，质谱分析表鞠，代谢产物之一 是五氯苯胺，其毒性只是五氯硝基苯的 5 0 ；培养条件下的研究结果农明，微生物对 p c n b 靛代滚楚筵彳弋落豹过程，抗往菌不良p c n b 乍为戆源的睢一来源，丽是幸# 为次缀綦 质，通过共代谢进行转化和降解。大量研究证明，土壤微生物的数量和活性直接关系着 主壤生态系统鹣维持与改善。掰以，受损主壤的修复与重建应楚建立在僳护土壤环境豢 础上，以微生物为主导的土壤生物学过程的逐步修复。 露研究表朝。“，微生穆对污染凌鹣分解帮隆解静藤瑷主要愁产生豁与有稳污染耪俸 用的酶，酶与污染物反应后使柯机污染物分解戚失去活性。工北上一般用粗制躐精制的 酶提敬物，良滚滚戆形式或固定在载体主熬形式寒灌讫各耱反应，悫予游褰酶够抉逮 降低污染物的毒性，且能在不适合微生物的环境中保持其活性，这就使研究并应用酶束 经进污染物豹生物簿黪成为哥缝。 大撮的研究结果表明，污染物的特征、微生物的降解能力和活性、环境因予( 氧气、 承努与瀑凄、蛰葵元素、遗度、壤p l 、氧化一还原魄位等) 三方殛楚影豌污染壤生 物修复的主要因素。目前对于土壤质地、化学组成、氧化一还原电位、黏土含缀等因素 对有毒咫污染貔的隆解影响的磺突较少。 生物修复技术应用于受污染土壤的治理，通常是对环境速率限制因子的消除，从而 使微生物对任何可降解的污染物都具蠢最大的降解速率。县煎及今后关于污染壤生物 修复的研究将集中在以下几方丽：( 1 ) 污染物在土壤中迁移转化规律及生物降解机理； ( 2 ) 褒效降鹪萤的筛选培养及活性的增强；( 3 ) 向土壤中接萃申微生物和注入鼹养物质 和电子传递体的方式；( 4 ) 土壤的质地、化学组成、氧化一还原电位、黏土含麓等因素 对有桃污染物的降解的影响；( 5 ) 污染物生物降解过程中酶的应用研究。 试验部分 1 试验材料、仪器设备与试剂 1 1 主要试齐l j 毗咯( a r ) ： 中国医药( 集团) 。t 海化学试剂公司 4 一羟基苯甲醛( a r ) ： 中国医药 鑫蕊一号合藏培养蒸( 涪莽教线菠耀 ：可溶滢淀耱2 0 9 、k x 侥i 豫、迄h 鹣 0 5 9 、m g s o 。7 h ，00 5 9 、n a c l0 5 9 、i o f e s o d ，7 h ：0 溶液2 滴、蒸馏水1 0 0 0 m l ， 1 2 1 。c 3 0 m i n 灭蓥。 ( 3 ) 察贝克培养旗( 培养真菌用) ：蔗糖3 0 9 、n a n o 。2g 、k ：h p o al g 、k c l0 5 9 、 m g s 0 4 7 h z o0 。5 9 、f e s o 。7 h ：00 。o l g 、蒸镶东1 0 0 0 m l 、调节p h 5 5 6 ，1 2 1 。c 3 0 m i n 灭菌。 ，3 投试萤橡 供试菌株慰从多年栽种人参的土壤中分离、纯化、筛选得到，试验证明对p c n b 飙 有生物降鼹戆力，包撂二拣细壤、一栋教线菌秘一拣翼藏。 1 4 主要仪器 紫终一可见分光光度计：u v - 7 5 4 型，上海光谱仪器有限公司。 质谱仪：m a l d i - t o f m a s s ，激光源，3 3 7 n m ，s h i m a d z u k r a p o s ( a x i m a - c f r ) 。 一4 型数字显示最微熔点测定仪，上海泰克仪器露限公司。 鼷析柱：2 3 0 c m ， 气楣色谱仪e c d ，a g il e n t6 8 9 0 n 色谱柱：船5 键合交联石英毛缁管柱( 3 0 m x 0 2 5 u i f f i 3 “l l i ) ，戤评s c i e n t i f i c ： 桂温：采用程序升温方式，5 0 。0 ( 5 m i n ) 型! 呶呻1 7 0 。c 型查一2 6 0 。c ( 5 m i n ) ； 载气：高纯n 。气( 9 9 9 9 9 ) ，线速度4 4 c m s e c ； 尾吹气：商纯n 2 气( 9 9 9 9 9 ) ，流量4 0 m l m i n ； 遂样口溢瘦：2 0 0 ； e c d 温度：3 2 5 ； 逡祥量：1 o o 虹，分流逡祥，分流魄1 0 ：1 ： 保留值定性，校凇曲线法定量。 2 试验方法设计 2 1 卟啉化含物的合成 2 。 ， m e s o