CN102775415A

CN102775415A - 一种卟啉的合成方法

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Publication number: CN102775415A
Application number: CN2012102354887A
Authority: CN
Inventors: 马晓迅; 王晨; 李珺; 徐龙
Original assignee: Northwest University
Current assignee: Northwest University
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2032-07-10
Also published as: CN102775415B

Abstract

本发明公开了一种卟啉的合成方法，其以2-吡咯苯甲醛和R-取代苯甲醛为原料在催化剂和氧化剂作用下通过一步反应同时合成得到结构（I）所示的三种取代卟啉，所述的R为脂溶性取代基。本发明通过一次反应，获得至少三种含有不同取代基数目的卟啉；本发明获得卟啉的总产率比利用传统Lindsey法制备的一取代或三取代卟啉产率高15-30%。

Description

一种卟啉的合成方法

技术领域

本发明涉及一种取代卟啉的合成提纯方法，属于有机合成技术领域。

背景技术

卟啉（porphyrin）是一种具有高度共轭的大环体系，人们对这种特殊结构化合物的发现、合成和研究极大地推动了大环化合物的发展，也为化学学科和生物以及生化交叉等领域注入了新的活力。

卟啉及其衍生化合物广泛存在于动植物体内，特别是与能量转移相关的重要细胞器内。如动物体内的血红素（铁卟啉）和血蓝素（铜卟啉），植物体内的维生素B₁₂（钴卟啉）和叶绿素（镁卟啉），它们分别在血细胞载氧进行呼吸作用和植物细胞进行光和作用的过程中发挥着极其重要的作用。卟啉化学也就是人们对卟啉生物生化过程的模拟并在生物模拟的研究过程中逐步发展起来。如人们对细胞色素P-450、血红素、叶绿素等的生物生化过程的模拟，尤其是人们对细胞色素P-450的研究和模拟，对人们认识研究卟啉化合物起到了极为重要的作用。迄今，卟啉科学的研究和发展已经深入到工业、农业、环境、医疗、国防等领域，在新材料开发、新型催化剂制备、新药物应用等方面正在发挥着越来越重要的作用。

卟啉这种具有共轭大环结构的有机化合物是由20个碳原子和4个氮原子组成的一种大的环状分子，具有4n+2电子的稳定共轭体系和芳香性。人工合成卟啉和卟啉类化合物根据不同的目的，将卟啉大环在其平面上（α、β、γ、δ位及1-8位）、轴向上（垂直于卟啉平面）进行修饰，或利用不同的连接基团将卟啉及其衍生物与其它分子连接，形成二聚或多聚卟啉化合物或卟啉类超分子，以用于不同的研究和应用领域。

目前，合成卟啉的主要方法有：Adler-Longo 法（即丙酸法）、Lindsey 法、 MacDonald法（即[2+2] 法）、 [1+3] 法等。其中，以Lindsey 法最为常用。但是，这些方法一般得只能得到一种产物，副产物也较多，分离比较困难，有时产率也很低。随着人们对卟啉化学研究的深入，往往需要合成一系列结构规律变化的卟啉分子，以便研究结构对性质的影响，利用现有合成方法工作量大，操作麻烦。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过一步反应同时得到三种不同结构的取代卟啉的方法，克服现有技术中合成得到三种卟啉需要进行多次平行反应的不足。

本发明实现过程如下：

一种卟啉的合成方法，其特征在于，以2-吡咯苯甲醛和R-取代苯甲醛为原料在催化剂和氧化剂作用下通过一步反应同时合成得到如下结构所示的三种取代卟啉，

所述的R为脂溶性取代基。

卟啉有水溶性卟啉和脂溶性卟啉，通常水溶性卟啉难以通过柱层析将多种产物一次分离。因此，在现有合成技术中，通常是一次合成只得到单一水溶性卟啉。本发明的目的是一次反应获得多种卟啉，因此，发明人选择使用脂溶性取代基取代醛为原料合成脂溶性卟啉，以便于后期易于通过柱层析分离提纯。对于脂溶性卟啉，通过柱层析分离，由于其结构的相似性，导致各个产物的比移值也比较相近，只有在有机展开剂中溶解性好的情况下才能得到高效的分离和提纯。

对于本领域技术人员来说，脂溶性卟啉是指易溶于有机溶剂（氯仿、二氯甲烷、甲醇等纯溶剂或其混合溶剂）中的卟啉。脂溶性卟啉的溶解性取决于使用的原料取代醛的溶解性，取代基R为脂溶性取代基可满足合成得到最终脂溶性卟啉。

本发明是提供一种一次反应获得多种卟啉的方法，对于R为任何脂溶性取代基均可完成本发明。如：R可为C₁～C₂₀的烷基、C₁～C₂₀的烷氧基或-O-R₁-O-R₂，其中R₁和R₂独立地选自芳基或C₁～C₂₀的烷基，R可以为-O-C₃H₆-O-ph。

上述合成方法中所述催化剂为三氟化硼·乙醚或三氟乙酸，所述氧化剂为2，3-二氯-5，6-二氰基-对-苯醌（DDQ）或四氯-对-苯醌。

具体地说，本发明系列取代卟啉的合成方法如下：

2-吡咯苯甲醛和取代苯甲醛（取代苯甲醛根据实际需要提前合成）在适量溶剂中反应，以三氟化硼·乙醚或三氟乙酸为催化剂，待反应进行一段时间后加入2，3-二氯-5，6-二氰基-对-苯醌（DDQ），或者是四氯-对-苯醌作为氧化剂继续反应，反应结束后减压旋蒸除去溶剂，然后通过柱层析提纯分离相应的产物。

反应方程式如下：

由反应式可见，这一反应为MacDonald法（即[2+2] 法）和Lindsey 法的融合。其中利用了2-吡咯苯甲醛在酸性条件下的部分分解，从而得到单取代和三取代的卟啉，四取代的产物也存在，只是产率相比其他三种较低而已。另外还可以得到另一种副产物：四苯基卟啉。

本发明的优点在于：（1）通过一次反应，获得至少三种含有不同取代基数目的卟啉。（2）获得的取代卟啉取代基数目分别为一、二、三，其结构变化很有规律，便于进行结构对性质影响的对比实验。（3）本发明获得卟啉的总产率（三种取代卟啉）比利用传统Lindsey 法制备的一取代或三取代卟啉产率高15-30%。

附图说明

图1为5- [2-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉的质谱图；

图2为5- [2-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉的核磁谱图；

图3为5，15-二-[2-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉的质谱图；

图4为5，15-二-[2-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉的核磁谱图；

图5为5，15，20- 三[2-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉的质谱图；

图6为5，15，20- 三[2-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉的核磁谱图。

具体实施方式

下面通过具体实例阐述本发明的合成方法，其目的在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。

实施例1

1000ml三颈瓶中加入1.03g (4mmol) 2-(3-苯氧基)丙氧基苯甲醛，0.89g (4mmol) 2-吡咯苯甲醛以及600ml的溶剂三氯甲烷，氮气保护下室温搅拌15分钟，然后将0.03mL（0.25mmol）的BF₃·Et₂O溶于10mL CHCl₃缓慢滴加于反应器内。搅拌24小时后再加入0.68 g（3mmol）DDQ搅拌30小时，反应液减压旋干溶剂，然后黑色粘稠油状液用少量二氯甲烷溶解，过硅胶柱（硅胶：200-300目，柱子：直径2.5cm，长度40cm，装柱高度35cm），CH₂Cl₂为展开剂，收第一深紫色带即为混合粗产品。根据实际情况，可以按同样条件再过一遍柱子。然后将此混合物产品旋干，溶于2mL二氯甲烷中，再过硅胶-G或者硅胶-H，展开剂为二氯甲烷和正己烷（6:4vv）的混合液。依次收集第1、2、3、4、5浓色带，其中第一色带为四苯基卟啉，第二色带为即为5-[2-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉，第三色带为5，15-二-[2-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉，第四色带为5，15，20-三-[2-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉，第五色带为5，15，20，25-四-[2-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉。五种物质的Rf值约分别为：0.92、0.77、0.68、0.60、0.55。产物的多样性和相近的比移值要求对于过柱有较高的要求，否则几种产物难以分离提纯。产率分别为：3%，7%，18%，5%，2%。

5-[2-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉（图1、2所示）：

组成：C₅₂H₃₉N₄O₂（Mol.Wt:764.91），熔点：＞250℃，元素分析：C， 83.21 (83.06); H， 5.30 (5.23); N， 7.38(7.45) （括号内为理论值）。质谱，MS: m/z 765.89 ([M＋H]⁺)amu。紫外光谱，UV-Vis：λ：nm， 419， 515， 549， 590， 645。核磁谱：¹H NMR(CDCl₃， 400 MHz): d， ppm 8.86–8.75 (s+q， 8H， β-position of the pyrrole moiety)， 8.25–8.15 (m， 6H， Ar)， 7.81-7.70 (m， 12H， Ar)， 7.38–7.32 (m， 2H， Ar)， 6.58–6.48 (m， 2H， Ar)， 5.94 (d， J=7.32Hz， 2H， Ar)， 4.10 (t， J=5.58Hz， 2H， OCH₂)， 2.84 (t， J=6.08Hz， 2H， OCH₂)， 1.44 (quintuplet， J=5.84Hz， 2H， CH₂)， -2.74 (br s， 2H， NH)。红外光谱，FT-IR: υ， cm^-1， 3315，3054，2923，1597，1493，1471，1349，1287，1242，1175，1114，1054，981，966，800，751，701。

5，15-二-[2-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉（图3、4所示）：

组成：C₆₂H₅₀N₄O₄（Mol.Wt:915.08），熔点：＞250℃，元素分析： C， 81.41 (81.38); H， 5.45 (5.51); N， 6.23 (6.12) （括号内为理论值）。质谱，MS: m/z 916.17 ([M＋H]⁺)amu。紫外光谱，UV-Vis：λ：nm， 419， 515， 548， 590， 644。核磁谱：¹H NMR(CDCl₃， 400 MHz): d， ppm 8.85–8.70 (m， 8H， β-position of the pyrrole moiety)， 8.23–8.10 (m， 4H， Ar)， 8.01–7.95 (t， J=7.28Hz， 2H， Ar)， 7.81-7.69 (m， 8H， Ar)， 7.39–7.31 (m， 4H， Ar)， 6.68–6.49 (m， 6H， Ar)， 6.07–5.91 (m， 4H， Ar)， 4.15–4.01(m， 4H， OCH₂)， 2.94–2.78 (t+t， J=6.06Hz， 4H， OCH₂)， 1.48–1.23 (m， 4H， CH₂)， -2.70 (br s， 2H， NH)。红外光谱，FT-IR: υ， cm^-1， 3316，3056，2923，1597，1493，1470，1443，1348，1288，1242，1115，1052，981，965，801，752，692。

5，15，20-三-[2-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉（图5、6所示）：

组成：C₇₁H₆₀N₄O₆（Mol.Wt:1065.26），熔点：＞250℃，元素分析： C， 80.20 (80.05); H， 5.59 (5.68); N， 5.30(5.26) （括号内为理论值）。质谱，MS: m/z 1066.87([M＋H]⁺)amu。紫外光谱，UV-Vis：λ：nm， 419， 515， 548， 589， 645。核磁谱：¹H NMR(CDCl₃， 400 MHz): d， ppm 8.79–8.67 (m， 8H， β-position of the pyrrole moiety)， 8.20–8.12 (m， 2H， Ar)， 8.01–7.88 (m， 4H， Ar)， 7.80–7.69 (m， 6H， Ar)， 7.40–7.30 (m， 8H， Ar)， 6.72–6.49 (m， 8H， Ar)， 6.14–5.92 (m， 8H， Ar)， 4.20-4.00 (m， 6H， OCH₂)， 2.95-2.80 (m， 6H， OCH₂)， 1.47-1.30 (m， 6H， CH₂)， -2.66 (br s， 2H， NH)。红外光谱，FT-IR: υ， cm^-1， 3316，3056，2923，2853，1742，1597，1493，1469，1286，1242，1114，1053，982，965，800，751，690。

实施例2

1000ml三颈瓶中加入1.03g (4mmol) 4-(3-苯氧基)丙氧基苯甲醛，0.89g (4mmol) 2-吡咯苯甲醛以及600ml的溶剂三氯甲烷，氮气保护下室温搅拌15分钟，然后将0.03mL（0.25mmol）的BF₃·Et₂O溶于10mL CHCl₃缓慢滴加于反应器内。搅拌24小时后再加入0.68 g（3mmol）DDQ搅拌30小时，反应液减压旋干溶剂，然后黑色粘稠油状液用少量二氯甲烷溶解，过硅胶柱（硅胶：200-300目，柱子：直径2.5cm，长度40cm，装柱高度35cm），CH₂Cl₂为展开剂，收第一深紫色带即为混合粗产品。根据实际情况，可以按同样条件再过一遍柱子。然后将此混合物产品旋干，溶于2mL二氯甲烷中，再过硅胶-G或者硅胶-H，展开剂为二氯甲烷和正己烷（6:4vv）的混合液。依次收集第一、二、三、四、五浓色带，其中第一色带为四苯基卟啉，第二色带为即为5-[4-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉，第三色带为5，15-二-[4-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉，第四色带为5，15，20-三-[4-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉，第五色带为5，15，20，25-四-[4-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉。五种物质的Rf值约分别为：0.93、0.80、0.72、0.66、0.59。产率分别为：2%，9%，20%，6%，2%。

5-[4-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉：

组成：C₅₂H₃₉N₄O₂（Mol.Wt:764.91），熔点：＞250℃，元素分析： C， 83.13 (83.06); H， 5.19 (5.23); N， 7.52 (7.45) （括号内为理论值）。质谱，MS: m/z 765.41 ([M＋H]⁺)amu。紫外光谱，UV-Vis：λ：nm， 419， 517， 551， 591， 646。核磁谱：¹H NMR(CDCl₃， 400 MHz): d， ppm 8.91–8.81 (d+d， 8H， β-position of the pyrrole moiety)， 8.24–8.19 (d， J=6.30Hz， 6H， Ar)， 7.83-7.71 (m， 12H， Ar)， 7.64 (t， J=7.88Hz， 2H， Ar)， 6.93–6.87 (m， 4H， Ar)， 4.37 (t， J=6.04z， 2H， OCH₂)， 4.24 (t， J=6.06Hz， 2H， OCH₂)， 2.36 (quintuplet， J=6.09Hz， 2H， CH₂)， -2.79 (br s， 2H， NH)。红外光谱，FT-IR: υ， cm^-1， 3316，3056，2923，1599，1497，1470，1349，1285，1241，1174，1057，964，801，735，700。

5，15-二-[4-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉：

组成：C₆₂H₅₀N₄O₄，熔点：＞250℃。元素分析：C₆₂H₅₀N₄O₄ C， 81.49 (81.38); H， 5.39 (5.51); N， 6.18 (6.12)。MS: m/z 916.54 ([M＋H]⁺)amu。紫外光谱，UV-Vis：λ：nm， 420， 518， 553， 591， 647。红外光谱，FT-IR: υ， cm^-1， 3314，3027，2920，2850，2704，1595，1495，1467，1346，1283，1240，1171，1054，982，961，799，733，696，516。

5，15，20-三-[4-(3-苯氧基)丙氧基]苯基卟啉：

组成：C₇₁H₆₀N₄O₆（Mol.Wt:1065.26），熔点：＞250℃，元素分析： C， 80.15 (80.05); H， 5.54 (5.68); N， 5.33 (5.26) （括号内为理论值）。质谱，MS: m/z 1066. 87 ([M＋H]⁺)amu。紫外光谱，UV-Vis：λ：nm， 421， 518， 554， 592， 649。红外光谱，FT-IR: υ， cm^-1， 3314，3054，2921，2871， 1594，1491， 1468，1441，1285，1240，1112，1051，983，962，799，749，694，654。

Claims

1.一种卟啉的合成方法，其特征在于，以2-吡咯苯甲醛和R-取代苯甲醛为原料在催化剂和氧化剂作用下通过一步反应同时合成得到如下结构所示的三种取代卟啉，

所述的R为脂溶性取代基。

2.根据权利要求1所述的卟啉的合成方法，其特征在于，所述合成得到的卟啉为脂溶性卟啉。

3.根据权利要求2所述的卟啉的合成方法，其特征在于，所述的脂溶性卟啉易溶于氯仿、二氯甲烷、甲醇的纯溶剂或其混合溶剂。

4.根据权利要求3所述的卟啉的合成方法，其特征在于，R为C₁～C₂₀的烷基、C₁～C₂₀的烷氧基或-O-R₁-O-R₂基，其中R₁和R₂独立地选自芳基或C₁～C₂₀的烷基。

5.根据权利要求4所述的卟啉的合成方法，其特征在于，R为-O-C₃H₆-O-ph基。

6.根据权利要求1至5任意之一所述的卟啉的合成方法，其特征在于，所述催化剂为三氟化硼·乙醚或三氟乙酸。

7.根据权利要求1至5任意之一所述的卟啉的合成方法，其特征在于，所述氧化剂为2，3-二氯-5，6-二氰基-对-苯醌或四氯-对-苯醌。