（物理化学专业论文）nn二取代29二亚甲胺110菲罗啉的合成及模拟酶的研究.pdf

摘要 1 ，1 0 - - 菲罗啉对稀土离子的配位研究正受到越来越多的重视，这类配体的金 属配合物在生物活性方面具有一定的应用前景。虽然对邻菲罗啉体系已进行了 许多研究，但邻菲罗啉功能配合物的研究起步较晚，有关2 ，9 一二甲基一1 ，1 0 菲 罗啉衍生物的研究报道还不是很多，在这个领域还有大量的工作可作。本文中 合成了一系列l ，1 0 - - 菲罗琳桥联多齿配体并对其结构、热力学性质、催化磷酸 二酯水解动力学性质等方面进行了研究，取得了一些有意义的结果，具体内容 如下： 1 结合1 ，l o 菲罗啉和氨基酸的各自优势，设计和合成了非s c h i f f 碱类的 1 ，1 0 菲罗啉的氨基酸的衍生物。本文的工作由合成重要中间物l ，1 0 一菲罗啉一2 ，9 - 二醛出发，合成了两个位氨基酸的1 ，1 0 菲罗啉的衍生物r p a l a ，r p v a l ，并对所 合成的配体进行了元素分析、1 h n m r 表征。 2 我们运用p h 电位法测定了在2 5 o 1 。c ，i = 0 1 m 0 1 d m n a n 0 3 条件下 r p a i a ，r p v a l 的质子化常数；m ( m = c o o i ) ，n i ( i i ) ，c u ( i i ) ，z n ( i i ) 以及稀土离子 l n ( l n = l a ( i i i ) ，n d ( i i i ) ，s m ( i i i ) ，e u ( i i i ) ，g d ( 1 1 1 ) 与r p a l a ，r p v a l 的二元配合物稳 定常数，不仅积累了热力学数据，也为进一步进行动力学研究打下了基础。 3 利用d u 一8 b 和起始浓度法，进行了r p a l a ，r p v a l 的l n ( l n = l a ( i i i ) ，g d ( i i i ) 配合物催化磷酸二酯( h p n p ) 水解动力学的研究，求出了催化速率常数，并比较 了不同金属离子和取代基的影响，提出了催化机理，并与文献配合物进行了比 较。 4 利用d u 8 b 和起始浓度法，进行了r p a l a ，r p v a l 的l n ( l n = l a ( i i i ) ，o d ( i i i ) ) 配合物催化磷酸单酯( n p p ) 水解动力学的研究，求出了催化速率常数，并比较 了不同金属离子和取代基的影响，提出了催化机理。 关键词：1 ，1 0 一菲罗啉，配合物，热力学，动力学，磷酸二酯，磷酸单酯。 a bs t r a c t t h e r ee x i t sc o n s i d e r a b l ei n t e r e s ti n 1 ，1 0 一p h e n a n t h r o l i n e a n di t s d e r i v a t i v e s ( e s p e c i a l l yn e o c u p r o i n e ) b e c a u s eo ft h eb i o l o g i c a la c t i v i t yp r o p e r t i e so f t h e s el i g a n d sw i t ht h u l i u mm e t a l s m o r e o v e lt h e r ea r eo n l yaf e wl i t e r a t u r em p o r t s o ff u n c t i o n a l i z e dd e r i v a t i v eo f f u n c t i o n a l i z e dd e r i v a t i v eo f 2 , 9 一d i m e t h y l 一1 ，1 0 一p h e n a n t h r o l i n e i nt h i s t h e s i s ，t w o m u l t i d e n t a t e l ，1 0 - p h e n a n t h r o l i n el i g a n d s w e r e s y n t h e s i z e d a n dt h e p r o p e r t i e s o fs t r u c t u r e ， t h e r m o d y n a m i c s ，k i n e t i c so fc a t a l y z i n gh p n ph y d r o l y s i sw e r es t u d i e d ，s o m en e w d i s c o v e r sa n ds i g n i f i c a n tr e s u l t sh a v eb e e nf o u n d t h em a i nc o n t r i b u t i o n sa r ea s f o l l o w s 1 t w o1 ，1 0 - p h e n a n t h r o l i n eb r i d g e dp o l y a m i n el i g a n d s ( r p a l a ，r p v a l ) h a v e b e e ns y n t h e s i z e d a l lt h el i g a n d sw e r ec h a r a c t e r i z e db ye l e m e n t a la n a l y s i s ，hn m r s p e c t r o m e t r y , 2 b yp ht i t r a t i o nm e t h o d ，t h ep r o t o n a t i o nc o n s t a n t so ft h el i g a n dr p a i aa n d r p v a la n dt h es t a b i l i t yc o n s t a n t so ft h er e s p e c t i v ec o ( i i ) ，n i ( i i ) ，c u ( i i ) ，z n ( n ) a n d l n ( l n = l a ( i i i ) ，n d ( i i i ) ，s m ( i i i ) ，e u ( i i i ) ，g d ( i l i ) b i n a r yc o m p l e x e s ( 1 ：1 ) h a v eb e e n d e t e r m i n e da n dp r o b a b l es t r u c t u r e so f t h ec o r r e s p o n d i n gc o m p l e x e sw e r ep r o p o s e d 3 t h eh y d r o l y t i ck i n e t i c so f 2 - h y d r o x y p r o p y l 一4 - n i t r o p h e n y lp h o s p h a t e ( h p n p ) c a t a l y z e db yc o m p l e x e so fr p a l aa n dr p v a lw i t hl a ( i i i ) ，g d ( 1 l i ) h a v eb e e ns t u d i e d b o t hm la n dm l h _ 1h a v ec a t a l y t i ca c t i v i t y b u tm l h 1i sm o r er e a c t i v et h a nm li n h p n ph y d r o l y s i sr e a c t i o n n e wm e c h a n i s mw a sp r o p o s e df o rh p n ph y d r o l y s i s r e a c t i o ni nw h i c hc a t a l y z e db ym la n dm l h i 4 t h eh y d r o l y t i ck i n e t i c so f4 - n i t r o p h e n y lp h o s p h a t e ( n p p ) c a t a l y z e db y c o m p l e x e so fr p a l aa n dr p v a lw i t hl a ( i i i ) ，g d ( i l i ) h a v eb e e ns t u d i e d b o t hm l a n dm l h - jh a v ec a t a l y t i ca c t i v i t y , b u tm l h ji sm o r er e a c t i v et h a nm li nh p n p b y d r o l y s i sr e a c t i o n n e wm e c h a n i s mw a sp r o p o s e df o rh p n ph y d r o l y s i sr e a c t i o ni n w h i c hc a t a l y z e db ym la n dm l h 一1 k e y w o r d s ：1 ，1 0 一p h e n a n t h r o l i n e ，c o m p l e x ，t h e r m o d y n a m i c s ，k i n e t i c s ，h p n p , n p p 第一章绪论 配位化学在生命科学中的应用之一是创造在不同程度上再现生命现象的模 拟体系，以加深对生命过程的认识。采用模拟方法是以配位化学理论和方法为 基础的生命科学研究的个显著特点。最常用的模拟方法有三种：用大小相 近、配位类型相似的的金属离子生物探针取代生物体系中的金属离子。用 些简单的金属配合物作为生物原型的模型化合物，它们可以在一定程度上反 映生物原型的某些特征。例如对卟啉的铁化合物等人工氧载体的研究，大大加 深了对血红蛋白载氧机制的认识。用化学方法再现生物体系的某种功能。例 如目前广泛研究的光合作用分解水制氢的各种模拟体系。酶是生物体内最重要 的物质之一，它在生物体的新陈代谢及其它生理机能方面起着不可替代的作用。 因为许多酶是金属的配合物，它们在生物催化、信息传递、物质运输、炭素固 定、细胞调节等生物过程中充当重要角色。鉴于金属酶在生命过程中的这种重 要地位，人们设计合成了大量的配合物来模拟酶在生物体内的各种功能，从 而推动并深化了人类对生命的认识。 1 1 模拟水解酶的研究现状 酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，所以又称为生物催化剂。 在酶的作用下，许多生物化学反应过程可以在温和的条件下( 如室温，常压和 水溶液中) 以很高的速率和效率进行。所以，酶是维持生命体内正常的生理活 动和新陈代谢的基本条件。可以说，没有酶，就没有生物体的胜利活动和新陈 代谢，也就没有生命。 酶催化的生物化学反应，称为酶促反应。在酶的催化下，发生生物变化的 物质，称为底物。在酶催化反应中，第一步是酶与底物形成酶一底物中间复合物。 酶与底物之间结合的作用力主要有( 1 ) 静电引力( 2 ) 氢键( 3 ) 疏水缔合作用。 酶和一般的化学催化剂一样，它能改变化学反应的速率，但是不能改变化 学反应平衡。酶能够稳定底物形成的过渡态，降低反应的活化能，从而加速反 应的进行。所以一般的化学催化理论和规律，同样适用于生物催化体系。 1 南开大学硕士研究生毕业( 学位) 论文 酶的催化作用特点主要有以下几个方面： 1 高效性 酶是自然界中催化活性最高的一类催化剂。酶的催化作用可使反应速率提 高1 0 6 _ 1 0 ”倍。 2 选择性 酶是具有高度选择性的催化剂，主要表现为反应专一性和底物专一性 3 反应条件温和 酶促反应一般在p h = 5 8 的水溶液中进行，反应温度范围为2 0 4 0 c 。由于 反应条件温和，使某些不希望的副反应，如分解反应，异构化反应和消旋化反 应等可以尽量减少。由于酶本身是蛋白质，高温或其他苛刻的物理或化学条件， 将引起酶的失活。 根据酶所催化的反应类型，可以将酶分为七大类，其中包括氧化还原酶， 转移酶，裂合酶，异构酶，合成酶，核酸酶以及水解酶。 就其化学本质来说，绝大多数的酶是蛋白质，根据酶蛋白分子的组成，可 将酶分为简单酶类和结合酶类( 全酶) ，全酶中的非蛋白部分，称为酶的辅助因 子，辅酶或辅基。按照现代意义，辅助因子一般是指金属离子，金属离子和酶 的关系比较复杂，有的金属离子与酶的催化活性直接相关，也有的金属离子主 要是维持酶的空间构象。酶蛋白和辅酶是酶表现催化活性不可缺少的两部分， 酶蛋白决定反应的专一性，辅酶则参与和底物分子作用，并对酶蛋白的稳定起 保护作用。 有将近三分之一的酶需要金属离子作为辅助成分。根据金属离子与酶蛋白 结合程度，可以分为两类：金属酶和金属激酶。在金属酶中，酶蛋白与金属离 子结合紧密。这类酶中的金属离子主要是一些过渡金属离子。这些金属离子通 常以配价键的形式与氨基酸残基的侧联基团相连，有时也与酶蛋白中的辅基， 如血红素的卟啉环相连。金属酶中的金属离子作为酶的辅助因子，在酶促反应 中传递电子，原子或官能团。而在金属激酶中的金属离子与酶的结合一般较松 散。在溶液中，酶与这类离子结合而被激活，这类金属只要是碱金属离子或碱 土金属离子。金属离子对酶有一定的选择性，某种金属只对某一种或者几种酶 有激活作用。 南开大学硕士研究生毕业( 学位) 论文 金属离子参与酶促反应主要有如下，l 种形式： 1 - 提高水的亲核性能 金属离子可以和水分子的o h 结合，使水显示出更大的亲核催化性能。 2 电荷屏蔽作用 电荷屏蔽作用是酶中金属离子的一个重要功能，否则这些负电荷将会对亲核 试剂，特别是负离子的亲核进攻产生排斥作用。 3 电子传递中间体 许多氧化还原酶中都含有铜或铁离子，它们作为酶的辅助因子起着传递电子 的功能。1 2 j 酶模型是人工合成的一类具有酶的某些属性的有机化合物，虽然它的分子 比较小，结构比较简单，但是含有酶所具有的主要活性基团以及与酶的活性中 心相似的空间结构，能够模拟酶的某些关键性功能。酶模型的分子设计以及所 合成的酶模型的性能，在很大程度上反映了对某种酶的结构与反应机制的认识。 应用酶模型模拟酶的催化作用行为，可以比较直观地研究与酶的催化作用相关 的各种因素，如活性基团的组成及其作用，反应中心的空间结构特点，催化过 程中与底物过渡态结构的结合性状，以及酶催化反应的动力学性质。 水解酶( h y d r o l a s e ) 是六大酶类之中研究的最多并应用最广泛的一类。水 解酶催化底物的加水分解反应，这类酶主要包括淀粉酶，蛋白酶，核酸酶以及 脂酶等。( b + h o h ；a o h + b h ) 然界有许多种水解酶，如碳酸酐酶( c a r b o n i c a n h y d r a s e ) 、羧肽酶( c a r b o x y p e p t id a s e ) 和碱性磷酸酯酶( a l k a l l i n e p h o s p h a t a s e ) 等，它们参与一些最重要的生命分子( 如蛋白质、磷脂和d n a 等) 的水解，在生命过程中起着十分重要的作用【3 1 。水解酶的作用机理和金属离子 在活性中心的作用一直是生物无机化学的热点问题【4 1 ，近年来人们设计并合成 了一系列金属水解酶的模拟物( 金属配合物) ，通过对模型分子巧妙设计和对实 验结果的细致分析，深化人们对金属酶的了解口】。 南开大学硕士研究生毕业( 学位) 论文 9 h 2 a f 6 1b t 7 jc f s j 图1 1 1 一些金属水解酶的模拟配合物 近年来在此领域的研究主要集中在两种类型配体的配合物( 图1 1 1 ) ，即 含n 大环( 包括带醇羟基侧臂) 配合物【9 1 和开链杂环多胺配合物【1 川等，对催化磷 酸酯和羧酸酯水解的机理及金属离子的作用作了大量研究。关于生物模拟化学 和模拟酶设计有人作过综述。其中金属大环配合物的催化作用原理基本是通过 大环的配位改变金属离子与水分子之间的相互作用而降低配位水的p 亿，以期达 到近似中性条件来模拟生命体系环境。最近大环配合物在催化磷酸酯及核酸的 水解方面发展很快。而开链配体的研究同样是热点，以开链配体作为水解酶的 模型有：( 1 j 。 h a b 图1 1 2 一些金属水解酶模型的开链配体 自然界中存在许多能够催化水解磷酸酯的含有两个或更多金属离子为活性 中心的金属酶。这些金属酶包括核苷酶、单磷酸酯酶、二磷酸酯酶、三磷酸酯 酶等。它们能将相应的磷酸酯断裂为强的或是弱的离去基团【1 2 1 。近些年来，研 究工作者已设计并合成了许多含有两个或多个金属离子的金属酶模拟物，例如 双核锰离子催化酶引起了人们很大的兴趣 1 2 - 1 6 】( 图1 1 3 ) 。 南开大学硕士研究生毕业( 学位) 论文 图1 1 3 双核锰离子催化酶 i r a n z o 等 1 合成了两个中环多胺配体，研究了它们的z n ( 1 i ) 配合物( 图 1 1 4 ) 模拟磷酸二酯水解酶催化h p n p 水解的效果，并提出了催化机理。研究表 明，双核配体比单核配体的催化活性有很大提高，研究人员将此归因于：a ，双 核的协同作用使分子中的配位水更易失去质子成为氢氧根离子，从而更易进攻 配位的磷酸二酯底物；b ，双核配合物能为决速步过渡态提供更大的稳定性。 飞鼬罕芦h i h h z n ( l l o h )z n 2 ( l 2 0 ) 图1 1 4 同时相关的稀土配合物作为人工核酸酶的研究正受到越来越多的重视，因 为它们作为核酸断裂试剂克服了过渡金属及其配合物作为人工核酸酶的一些缺 点，能以水解方式断裂核酸中的磷酸- - n 键，并且断裂效率很高i l 引 蒋维东等人通过研究单核镧配合物和异双核铜镧配合物催化磷酸二酯 ( b n p p ) 的水解反应，结果表明单核的l 。a ( i i i ) 配合物比异双核的c u ( i i ) l a ( i i i ) 配 合物能更有效地催化b n p p 的水解，两个配合物在催化b n p p 的水解中活性差别不 大，由于三价的镧离子具有高的电荷半径比，镧离子作为亲电的催化剂活化磷中 心，有利于亲核物种对磷酸酯的亲核进攻。此外，镧离子可以中和磷酸酯的负电 荷，这就降低了由底物的负电荷所生成的能垒，使得反应不需要跨越较高的能垒 就能进行。与通常的二价过渡金属离子相比，三价镧离子催化磷酸酯水解的出 色能力可能与它的高配位数和相对松散的空间束缚有关，而这使得亲核的羟基 抖 llll_ 氐拶峄竹崎1 州， 南开大学硕士研究生毕业( 学位) 论文 集团能够恰当地定位，成为有效的亲核物种。 目前的人工酶的研究工作已从以往的仅以结构简单、功能单一、只注重对 活性中心进行模拟逐渐向结构复杂、设计精美、注重多点催化和多点协同作用 的高级模型物发展：设计合成具有高催化活性和选择性、条件温和、适用范围 广和物美价廉的催化剂是对化学家们提出的有力挑战。在未来的研究工作中， 以有机或天然高分子为载体的大分子人工酶将成为发展的重要方向之一：对酶 的催化与协同作用的模拟也将更深入更全面，为药物设计、基因工具、环境保 护等发展提供坚实的理论和实验基础。 1 2 1 ，1 0 菲罗啉衍生物研究现状 l ，1 0 一菲罗啉自从人工合成出以来，一直在化学的各个领域有着广泛的应 用。邻菲罗啉为刚性结构，两个氮原子位于相邻的位置，邻菲罗啉环是很好的 n 一电子受体，与金属离子配位时能够形成反馈7 c 键，特别可以稳定低价态的金 属离子，对于过渡金属及镧系金属离子都有好的配位能力。将邻菲罗啉作为第 二配体引x n 多元配合物中，既可以改善配合物的稳定性，同时又可能得到结 构和性能新颖的新型材料；通过在邻菲罗啉不同位置上引入取代基和官能团， 改变邻菲罗啉的配位结构，进而引入到冠醚、杯芳烃、环糊精和富勒烯等超分 子体系中，发现了许多新颖的结构和性能，其中许多配合物表现出好的光化学、 电化学和催化性质，其在抗肿瘤活性方面也具有一定的应用前景。因此，几十 年来，l ，l o 一菲罗啉作为重要的配体，相应的许多衍生物物在很多领域内起重要 的作用。例如在分析化学、均相催化中作为重要的螫合剂，以及其不少配合物 在生命科学研究中作为化学核酸酶和重要的电子传递剂。而且，l ，1 0 菲罗啉与 联吡啶一样，在超分子配位化学中也占据了相当重要的地位。因而，极大地刺 激了不同位置带不同取代基的1 ，1 0 一菲罗啉的合成。目前，对1 ，l o 一菲罗啉的修饰 主要集中在2 , 9 位，对4 , 7 位、5 , 6 位和3 ，8 位的修饰也有所报道，对1 ，1 0 菲罗 啉的单功能修饰也有所报道，但相对较少。下面对1 ，1 0 菲罗啉衍生物作一简要 的综述。 南开大学硕士研究生毕业( 学位) 论文 h r = c h 3 ，r = ho r 苯基 图1 2 3 1 2 1 3 s a u v a g e 方案 随着超分子化学的发展，l ，1 0 一菲罗啉作为一种重要的“建筑模块”，其重要 性曰益受到重视。许多结构新颖的超分子化合物都包含有1 ，l o 菲罗啉结构单元。 s a u v a g e 等在其2 位和9 位引入不同的酚基醚【2 4 1 ( 图1 2 3 ) ，然后进一步合成大环 化合物和结构新颖的超分子化合物。 1 2 21 ，1 0 菲罗啉功能化的其它方案 1 ，1 0 一菲罗啉可供功能化的位置很多，除以上三种方式外，还有另外的方案。 主要有：1 ) 、除1 ，1 0 位外的其它位置直接卤化；2 ) 、在5 位和6 位氧化。 1 2 2 1 直接卤化 。苍塔。 图1 2 4x = c 1 ，b r ；r = p h ，4 一t b u c 6 儿，e t ，n b u ，n h e x ，h s c h m i t t e l 等【2 5 】在1 9 9 8 年报道了一系列的1 ，1 0 一菲罗啉的卤代物的合成( 图 1 2 4 ) ，为进一步功能化提供了又一方向。 。 t o r 等以1 ，1 0 菲罗啉为初始原料用一步法合成了3 位和8 位的溴代物，且产 率有较大提高，未反应的1 ，1 0 菲罗啉可以回收【2 “。s i e g e l 等进一步合成了非对 称的2 ，8 位和2 ，9 位的卤代物( 图1 2 5 ) 怛7 j 南开大学硕士研究生毕业( 学位) 论文 bc 图1 2 5 1 2 2 25 6 位氧化成酮 l ，1 0 菲罗啉的5 , 6 位氧化成酮的产物是合成多吡啶衍生物的重要原料，多年 来人们通过各种方法以试图获得较好的产率。较典型的有以下三种路线( 图 1 2 6 8 ) i 2 6 显示的三步法中2 踟，当2 ，9 位取代基为c l 时，反应不成功f 3 l 】。另 外，g i l l a r d 等发展了一步法( 图1 2 7 ) t 2 9 , ，但是该法仅适用于1 ，1 0 菲罗啉的配 合物。y a m a d a 等3 1 1 在g i l l a r d 的基础上，进一步发展了一步法，达到了几乎是 定量的产率( 图1 2 8 ) ，这可能是迄今为止所见到的最好的方法。 xx x = h 2 1 , 1 1 4 1 n 坠0 3 n k - h 2 s 0 4x ：c j x = h c l 图1 2 6 图1 2 7 州0 3 。h 蚤o “k b r x = h c 1 图1 2 8 1 - 31 1 0 - 菲罗啉衍生物及其配合物的合成及性质 近年来，人们合成了大量的1 ，1 0 一菲罗啉衍生物及其配合物。主要分为以下 几类：1 ) 、l ，1 0 一菲罗啉的普通丌链衍生物及配合物：2 ) 、1 ，1 0 一菲罗啉参与形成 的大环衍生物及配合物；3 ) 、含1 ，1 0 - 菲罗啉的多吡啶衍生物：4 ) 、1 ，1 0 一菲罗啉 ) 蛰v m 卜 茎| i ) 父v ( 南开大学硕士研究生毕业( 学位) 论文 的杯芳烃衍生物：5 ) 、l ，1 0 菲罗啉的环糊精衍生物；6 ) 、l ，1 0 菲罗啉的c 6 0 衍生 物；7 ) 、l ，1 0 - 菲罗啉的笼形衍生物：8 ) 、1 ，1 0 - 菲罗啉的超分子衍生物及配合物。 1 3 11 ，1 0 菲罗啉的普通开链衍生物及配合物 1 ，1 0 - 菲罗啉的普通开链衍生物及配合物从结构上看起来一般很简单，但往 往表现出很新奇的性质。 n e w k o m e 合成了平面四方形的c p d 配合物【3 2 1 ( 图1 3 1a ) ，并且对其中的部 分衍生物进行了晶体结构研究和对d n a 的作用研究：h o d s o n 合成了2 ，9 - _ - - n 一 吡唑甲基一l ，1 0 菲罗啉配体( 图1 3 1 b ) ，研究了c u ( i i ) 配合物的单晶及电化学性质 1 3 3 1 。 孬h 广“ ab 图1 3 1 功能化1 ，1 0 一菲罗啉配体及配合物 z i e s s e l 等合成了1 ，1 0 菲罗啉的另一类衍生物( 图1 3 2 a ) ，该化合物最大的特 点就是在温和的条件下能氧化成双自由基，为磁性材料的寻找开辟了一个新方 向1 3 4 1 。c a t t r a l l 等合成了1 ，1 0 菲罗啉的含硫的酰化衍生物( 图1 3 2 b ) ，并将其运 用在膜电极中对a 矿的传感器研究3 5 1 。p a r k e r 等合成了含p 的衍生物( 图 1 3 2 c 、 3 6 l 。 a b c 图1 3 2 q 。八 禽一 ff。， p 苌 q 一 南开大学硕士研究生毕业( 学位) 论文 扬哟h o h 图1 3 3 1 ，1 0 一菲罗啉的2 , 9 位的不对称合成也被报道( 图1 - 3 3 ) ，它们与z n ( i i ) 、c o ( i i ) 、 c u ( i i ) 、n i ( i i ) 、c d ( i i ) 的配合物能对对硝基苯酚分别与吡啶2 甲酸和n 端被保护 的氨基酸酯的水解有催化活性，相应的催化动力学也被研究，提出了相应的机 理【3 7 】。 肛嫩 彳啤z n 2 + 图l - 3 4 s a u v a g e 等【3 8 j 合成了1 ，1 0 一菲罗啉的2 , 9 位双卟啉衍生物( 图1 3 4 ) ，该衍生物 的锌离子单配合物( 锌离子与卟啉环配位) 具有分子内能量转移的功能。 林华宽等【3 9 】由合成重要中间物1 ，1 0 一菲罗啉2 , 9 一二醛出发，合成了十三个新 的l ，1 0 一菲罗啉2 , 9 一二甲胺衍生配体以及l ，l o 菲罗啉2 , 9 一桥联双二氧四胺十三元 大环配体。用p h 电位滴定法测定了l a 系列，l d 系列等配体的质子化常数以及 它们与m n ( i i ) ，c o ( i i ) ，c u ( i i ) ，z n ( i i ) ，p d ( i i ) 等金属离子配合物的稳定常数，通过 取代基的影响解释了各配体碱性的差异及配合物稳定性的差异，为进一步进行 动力学等研究打下了基础。采用s t o p p e d f l o w 技术，全面系统地进行了l a i l a 6 的c u ( 1 1 ) ，c o ( i i ) 并nz n ( i i ) 配合物的酸分解动力学研究，并对这新的一类配合物酸 分解过程提出了适用的机理，合理地解释了不同取代基、不同金属离子、不同 温度及酸度等因素对配合物分解速率的影响。利用u v - 2 4 0 和用起始浓度法，全 面进行了z n ( i i ) ，c o ( i i ) ，c u ( i i ) ，n i ( i i ) 的l a l l a 6 配合物催化对硝基苯酚醋酸酯 ( n a ) 水解动力学的研究，提出了催化机理，求出催化速率常数，并比较了不同 金属离子的影响和取代基影响，并对c o o ) ，c u ( n ) ，n i ( i i ) 配合物催化n a 酯水解 提出了新的机理。合成了五个l a 配体p d 的配合物。对这五个钯配合物进行了 南开大学硕士研究生毕业( 学位) 论文 体外抗肿瘤活性实验，从中发现了三个活性比较好的配合物。 1 3 21 0 菲罗啉的大环衍生物及配合物 在合成了大量1 ，1 0 菲罗啉的普通开链衍生物及配合物的同时，1 ，1 0 一菲罗啉 的大环衍生物及配合物的研究也得到了发展。且相应的研究也由以l ，1 0 菲罗啉 为母体的单环结构发展到1 ，l o 菲罗啉双环、多环配合物，乃至其它超大环衍生 物等。 1 3 2 11 ，1 0 菲罗啉的单环衍生物 图1 3 5 早期合成的1 ，l o 菲罗啉为母体的配合物主要为研究晶体结构和电子结构等。 o g a w a 采用热双聚法合成了大环配体( 图1 3 5 ) ，并用x r a y 光电子能谱研究了 配体和配合物的电子结构【4 0 4 2 1 。 a n = l 3 b c d 图1 3 6 d e a d y 等合成了多醚二酯大环配体 4 3 1 ( 图1 3 6 a ) ；b r a d s h a w 等合成了双l ，1 0 菲罗啉席夫碱大环【“1 ( 图1 3 6 b ) ；b l a k e 等合成了含有l ，1 0 菲罗啉的含硫大环 配体( 图1 3 6 c 和d ) ，研究了它们对n i ”，p a 2 + ，p t 2 + 和r h 3 + 的配位性质 4 5 , 4 6 ，进一 步测定了相应的n i 2 + 的配合物的晶体结构和电化学性质【47 1 。 1 3 2 2l ，1 0 菲罗啉的穴醚衍生物 南开大学硕士研究生毕业( 学位) 论文 在合成1 ，1 0 菲罗啉的大环配体的基础上，不少穴醚衍生物被合成，这主要 是基于这类配体对酶反应有高的选择性，l u n i n g 等合成了双大环配体( 图1 3 7 ) 4 8 1 ，研究了配体的碱性和与金属离子的配位能力。 x ! c h 2 c h 2 - 0 c h 2 h c h 2 y i 【c h 2 h x = - c h ? c h 2 【c h 2 o - c h 2 h c h 2 c n -y - - c h 2 i r x = 一c h 2 【c o c i t 2 k c i 2 一 y c h 2 o 。c h 2 i v 图1 3 7 1 3 2 3l ，1 0 菲罗啉的超大环衍生物 c a z a u x 合成了更为复杂的超大环配合物m 9 , 5 0 1 ；k e m 和s a u v a g e 等合作合成 了包含l ，1 0 菲罗啉的5 6 员的超大环，并研究了相应的电化学和光物理性质5 ”。 1 3 3 含1 ，1 0 菲罗琳的多吡啶衍生物 近年来，对含1 ，1 0 一菲罗啉的多吡啶衍生物由于b a r t o n 科研组的出色工作 5 2 - 6 0 l 而受到广泛的关注 6 “，合成了各式各样的多吡啶衍生物。目前所研究的几乎都 集中在这些衍生物与r u ”形成的配合物同d n a 相互作用上，因为相应的钌配 合物易于构造一个既为刚性又带手性的八面体构型，热力学稳定性好，光化学 信息丰富，非常适合于研究它们与同样带有手性的d n a 的相互作用 6 2 1 。计亮 年等合成了不同形状的钉( i i ) 多吡啶配合物，考察了相应钌配合物与d n a 的键 合模式及其结合力大小的影响因素、与d n a 键合的异构选择性及不同键合速率 等1 6 2 】。计亮年等也报道过这类配合物的非线性光学性质。 1 3 4l 1 0 菲罗啉的杯芳烃衍生物 杯芳烃( c a l i x a r e n e ) 是由酚单体通过亚甲基在酚羟基邻位连接而成的大环化 合物，因其分子状似杯子或花瓶而得名65 1 。作为模拟酶研究的对象，杯芳烃 特别受到重视，又因其疏水空腔大小可调，构象可变，选择性良好，能和离子 与中性分子形成主客体包结物，这是兼环糊精和冠醚两者之长，故被称为继环 糊精和冠醚之后的第三代主体化合物1 6 “。杯芳烃的分予内有强的分子内氢键， 因而可溶性较差，通过衍生化后，可获得溶解性较好的衍生物，进一步研究有 关性质。 南开大学硕士研究生毕业( 学位) 论文 r = h t b u 幽1 3 8 目前，合成的1 ，1 0 一菲罗啉的杯芳烃衍生物很少，性质研究也很少，目前仅 见两篇这方面的文献【6 7 ，6 8 l ，c a s n a t i 等【6 7 l 合成了如图1 3 8 所示的衍生物，研究 了相应的荧光性质。总之，l ，1 0 一菲罗啉的杯芳烃衍生物方面还有很多工作要做。 1 3 51 ，1 0 菲罗啉的环糊精衍生物 目前，大量人工合成的化合物作为生物模拟主体分子 6 9 - 7 1 l ，但是只有少数 化合物具有生物酶的活性。在这个领域，环糊精的衍生物是一类重要的化台物。 m a r s u r a 及其合作者 7 2 , 7 3 设计并用“一锅煮”法合成了以l ，1 0 一菲罗啉桥联b 环 糊精的衍生物( 如图1 3 9 所示) ，并研究了它们与c u 0 d ，l a ( i i i ) ，z n ( i i ) 配合物 水解磷酸二( 4 硝基) 苯酯( b n p p ) 的速率常数，发现速率常数至少提高1 0 5 个数量 级，表现出良好的水解性能。 对ou v 嚣 岭心铲 e g r 3 】4 r ：h 或c h 、 幽1 3 9 1 3 61 ，1 0 菲罗啉的c 6 0 衍生物 1 9 8 5 年c 6 0 的发现使人类对碳的认识进入新阶段，这是科学上的重要发现 7 4 】。从1 9 9 0 年克量级制备c 6 0 获得成功以来【7 5 】，由于c 6 0 特殊的缺电子结构， 化学的可修饰性及其本身和衍生物在化学、物理、材料科学、生命及医药等领 域的潜在应用前景，c 6 0 及其相关研究一直相当活跃，尤其是它的化学反应备受 。q。 南开大学硕士研究生毕业( 学位) 论文 关注。氧化反应、还原反应、自由基反应、电荷转移复合物的制备和加成反应， 尤其是环加成反应己成为c 6 0 化学修饰的强有力工具【7 6 78 1 。d i e d e r i c h 等例将 l ，1 0 菲罗啉的丙二酸二乙酯衍生物与c 6 0 进行反应，制得了相应的衍生物( 如图 1 3 1 0 所示) ，预言了其在生命及医药等领域的潜在应用前景。 图1 3 1 0 1 3 7l 。1 0 菲罗啉的笼形衍生物 l ，1 0 菲罗啉的笼形衍生物在合成上难度相当大，而且产率很低。在1 9 8 4 年， l e h n 等1 8 0 l 合成了首例含有1 ，1 0 一菲罗啉单元的笼形化合物，并合成了相应的n a ( i ) 的配合物。这类化合物被认为拥有良好的离子选择性和其它有趣的化学、物理 性质，如光化学、光物理性质等。v o g t l e 等 8 1 , 8 2 进一步拓展了l e h n 的工作，扩 大了笼的空腔尺寸( 如图1 3 1 1 所示) ，改变连接l ，1 0 菲罗啉单元的s p a c e r ，用 一步法( c s 2 c 0 3 作模板) 合成了一系列的笼形化合物，有的还得到了晶体结构。 他们还进一步将c u ( i i ) 与2 位和9 位带有不同的取代基的1 ，1 0 菲罗啉的二元配 合物( 1 ：1 ) 和笼形化合物配位，发现c u ( i i ) 与取代基的l ，1 0 - 菲罗啉的二元配合物 ( 1 ：1 ) 均在笼形化合物的内部，属于用配位键连接的三核包结物。 一0 厂卜 图1 3 1 1 1 3 81 ，1 0 菲罗啉的超分子衍生物及配合物 超分子化学是近年来化学合成的热点之一【8 3 1 。目前，运用不同方法，已合 繇 南开大学硕士研究生毕业( 学位) 论文 图1 3 1 3 1 4 本论文的工作 1 4 1 合成了两个配体 结合1 ，1 0 一菲罗啉和氨基酸的各自优势，设计和合成了非s c h i f f 碱类的1 ，1 0 一 菲罗啉的氨基酸的衍生物。本文的工作由合成重要中间物1 ，l o 一菲罗啉一2 ，9 一二醛 出发，合成了两个d 氨基酸的l ，1 0 一菲罗啉的衍生物r p a l a ，r p v a l ，并对所合成 的配体进行了元素分析、1 h - n m r 表征。 南开大学硕士研究生毕业( 学位) 论文 1 4 2 对配体进行了热力学稳定性研究 我们运用p h 电位法测定了在2 5 0 1 。c ，i = 0 1 t o o l d m 4 n a n 0 3 条件下r p a i a , r p v a l 的质子化常数：m ( m = c o ( 1 i ) ，n i ( 1 i ) ，c u ( i i ) ，z n ( i i ) 以及稀土离子 l n ( l n = l a ( i i i ) ，n d ( i i i ) ，s m ( i i i ) ，e u ( i i i ) ，g d ( 1 1 1 ) 与r p a i a ，r p v a l 的二元配合物稳 定常数，不仅积累了热力学数据，也为进一步进行动力学研究打下了基础。 1 4 3 o 一2 羟丙基o 对硝基苯酚基磷酸二酯( h p n p ) 水解动力学 的研究 利用d u 一8 b 和起始浓度法，进行了r p a i a ，r p v a l 的l n ( l n = l a ( i i i ) ，g d ( i i i ) 配合物催化o 一2 一羟丙基一0 一对一硝基苯酚基磷酸二酯水解动力学的研究，求出 了催化速率常数，并比较了不同金属离子和取代基的影响，提出了催化机理， 并与文献配合物进行了比较。 1 4 4 o ( 对一硝基苯酚基) 一磷酸单酯( n p p ) 水解动力学的研究 利用d u - 8 b 和起始浓度法，进行了r p a l a ，r p v a l 的l n ( l n = l a ( i i i ) ，g d ( i i i ) ) 配合物催化o 一( 对一硝基苯酚基) 一磷酸单酯( n p p ) 水解动力学的研究，求 出了催化速率常数，并比较了不同金属离子和取代基的影响，提出了催化机理。 南开大学硕研究生毕业( 学位) 论文 参考文献 1 】a yp o c k e r , j ts t o n e ，j = a m c h e ms o c ，1 9 6 5 ，8 7 ，5 4 5 9 b yp o e h e r j ts t o n e ，b i o c h e m ，19 6 8 ，7 ，2 9 2 3 【2 】古练权许家喜段玉峰等变，生物筋；岂高等教育出版社 【3 a ，yp o c k e t , j ts t o n e ，ja mc h e m s o c ，1 9 6 5 ，8 7 , 5 4 5 9 b yp o c h e lj ts t o n e ，b i o c h e m ，1 9 6 8 ，7 2 9 2 3 【4 计亮年，莫庭焕等编生物：云加化学导磴，中山大学出版社，1 9 9 1 【5 】j c h i n ，a c cc h e m r e s ，1 9 9 1 ，2 4 ，1 4 5 【6 pw o o l l e y , n a t u r e ，1 9 7 5 ，2 5 8 ，6 6 7 7 】j ，c h i n ，m j b a n a n s z c z y k ，j ：a m c h e m s o c ，1 9 8 9 ，1 1 1 ，2 7 2 4 【8 】e k i m u r a ts h i o t a , tk o i k e ，m s h i r o ，m k o d a m a ，j = a m c h e m s o c ，1 9 9 0 ，1 1 2 ，5 8 0 5 9 】a t k o i k e ，e k i m u r a i n a k a m u r a , yh a s h i m o t o ，m ，s h i r o ，上a m c h e m s o c ，1 9 9 2 ，1 1 4 ， 7 3 3 8 b e k i m u r a 1 n a k a m u r a , 工k o i k e ，m s h i o n o y a , yk o d a m a ，工i k e d a , m s h i r o ，a m c h e m s o c ，1 9 9 4 ，1 1 6 ，4 7 6 4 c tk o i k e ，s k a j i t a n i ，i n a k a m u r a ，e ，k i m u r a ，m ，s h i r o ，a mc h e ms o c ，1 9 9 5 ，1 1 7 ， 1 2 1 0 1 0 a m j y o u n g ，d wr o s e m a r y , c h y n e s ，j c h i n ，a mc h e ms o c ，1 9 9 5 ，1 1 7 ，9 4 4 1 b j c h i n ，x z o u ，c a n ，c h e m ，1 9 8 7 ，6 5 ，1 8 8 2 c j c h i n ，x z o u ，a mc h e ms o