CN111253409A - 含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种本发明公开了一种含有咔唑单元的大环扩展卟啉及其制备方法。扩展卟啉属于异卟啉家族的一员，其骨架通常由大于4个共轭的吡咯环/杂环组成。与传统卟啉结构相比，大环扩展卟啉具有更多的配位原子、更大的空腔和丰富构象。扩展卟啉能络合更大的金属离子或与多个过渡金属离子形成主‑客体复合物，从而具有优异的配位能力。与此同时，扩展卟啉更大的π‑电子共轭路径使其可展现不同的拓扑学芳香性及优异光电、磁学性能。本发明大环扩展卟啉合成方法简单，原料廉价易得，反应易于操控，可以高效、大量的制备。本发明扩展卟啉超分子主体在有机催化、生命科学、材料科学、环境能源等领域具有潜在的应用价值。

Description

含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种扩展卟啉及其制备方法，特别是涉及一种大环扩展卟啉化合物及其合成方法，应用于异卟啉化合物化学技术领域。

背景技术

扩展卟啉属于异卟啉大家族的一种，约40年前，Woodward等人基于维生素B12的全合成首次报道了扩展卟啉的构建。不同于卟啉母体，大环扩展卟啉的共轭环系由大于18个π电子组成，具有更大的空腔结构和多样的π共轭构型。近年来，在一系列大环扩展卟啉合成的基础上，扩展卟啉优异的光物理、电化学及配位性质被相继报道，作为一类重要的超分子主体，目前，扩展卟啉已广泛用于生命科学、材料科学、环境能源等研究领域。

对于大环扩展卟啉化学的研究，尽管取得了重要的进展，然而文献中报道的大多数扩展卟啉化合物为meso-位取代的扩展卟啉，对于meso-位无取代的扩展卟啉报道相对较少。与meso-位取代的扩展卟啉相比，无取代的扩展卟啉空间立体位阻更小，可呈现良好的柔性结构和更加多变的空间几何构型，因此，如何设计和制备无取代的扩展卟啉化合物成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物及其制备方法，从结构设计的角度出发，结合咔唑衍生物的性质特点，设计合成了一类含咔唑单元的大环扩展卟啉，开发出具有一定应用价值的新型超分子主体。该类超分子主体化合物在生命科学、材料科学、环境能源等领域具有潜在的应用。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物，具有通式Ⅰ的化学结构，或为式Ⅰ所示结构的互变异构体、构型异构体、金属络合物或质子化形式的盐；

其中，式Ⅰ中R₁＝氢，烷基，烷氧基，芳基取代的烷基，芳基，杂芳基，烷基羰基或烷氧基羰基取代的烷基；R₂＝氢，烷基，卤素，卤代芳基或杂芳基；n＝1或2。

一种本发明含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物的制备方法，包括以下步骤：

a.进行N取代-2,7-二溴咔唑(Ⅰ-1)与双联频哪醇硼酯反应，得到第一中间体(Ⅰ-2)，其结构式为：

b.将在所述步骤a中制备的第一中间体(Ⅰ-2)与α-碘代吡咯酯(Ⅰ-3)进行Suzuki偶联反应，得到第二中间体(Ⅰ-4)，其结构式为：

c.将在所述步骤b中制备的第二中间体(Ⅰ-4)在碱性条件下经水解脱羧反应，得到第三中间体(Ⅰ-5)，其结构式为：

d.将在所述步骤c中制备的第三中间体(Ⅰ-5)与吡咯中间体(Ⅰ-6)在酸催化条件下经缩合、氧化反应，得到大环扩展卟啉Ⅰ，其结构式为：

其中，所述吡咯中间体(Ⅰ-6)为

式Ⅰ中R₁＝氢，烷基，烷氧基，芳基取代的烷基，芳基，杂芳基，烷基羰基或烷氧基羰基取代的烷基；R₂＝氢，烷基，卤素，卤代芳基或杂芳基；n＝1或2。

作为本发明优选的技术方案，反应溶剂介质采用正己烷、石油醚、二氯甲烷、甲苯、乙酸乙酯、二氧六环、四氢呋喃、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺，二甲基亚砜、甲醇、乙醇、乙二醇和水中的任意一种溶剂或任意几种的混合溶剂。

作为本发明优选的技术方案，在所述步骤a和b中进行反应时，采用反应金属催化剂，所述反应金属催化剂为四(三苯基膦)钯、醋酸钯、二(三苯基膦)二氯化钯、1,1'-双二苯基膦二茂铁二氯化钯或二(乙酰丙酮)钯。

作为本发明优选的技术方案，在所述步骤c中进行反应时，项反应物体系中添加反应碱，所述反应碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、无水乙酸钠、三乙胺和醋酸钾中的任意一种或任意几种的混合物。

作为本发明优选的技术方案，在所述步骤d中进行反应时，采用反应酸催化剂或反应氧化剂，所述反应酸催化剂为三氟乙酸、三氟化硼乙醚、盐酸、硫酸、甲磺酸和对甲苯磺酸中的任意一种或任意几种的混合物；所述反应氧化剂为空气、二氧化锰、2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌、四氯苯醌或三氯化铁。

作为本发明优选的技术方案，在所述步骤a～d中的各步骤反应过程中，所述反应温度为0～200℃，所述反应时间为0～72h。

作为本发明优选的技术方案，在所述步骤a中，在两口圆底烧瓶中依次加入N取代-2,7-二溴咔唑(Ⅰ-1)、双联频哪醇硼酯、醋酸钾和反应金属催化剂，按照N取代-2,7-二溴咔唑(Ⅰ-1)、双联频哪醇硼酯、醋酸钾和金属催化剂的摩尔比为(6.2～15.2)：(14.3～35)：(31～76.5)：(0.3～0.7)的比例进行混合；然后抽真空，再置换氩气保护；然后用注射器加入溶剂，置于95～200℃油浴锅反应24～72小时；在停止反应后，减压旋除溶剂，将收集的残余物溶于乙酸乙酯，然后将有机相进行水洗、饱和食盐水洗，然后经无水硫酸钠干燥后过滤，再旋除有机相，将残余物用石油醚和乙酸乙酯的体积比为20:1的比例的洗脱剂，经硅胶柱层析分离，得到白色固体，从而得到第一中间体(Ⅰ-2)，备用。

作为本发明优选的技术方案，在所述步骤b中，在三口圆底烧瓶中依次加入第一中间体(Ⅰ-2)、α-碘代吡咯酯(Ⅰ-3)、磷酸钾、金属催化剂，按照第一中间体(Ⅰ-2)、α-碘代吡咯酯(Ⅰ-3)、磷酸钾、金属催化剂的摩尔比为(2.4～8.4)：(5.3～18.7)：(12～42.4)：(0.1～0.4)的比例进行混合；然后抽真空，置换氩气保护；然后用注射器加入溶剂，置于80～200℃的油浴锅，进行反应24～72小时；在停止反应后，冷却至室温，将反应产物溶液倒入水中，抽滤，固体用乙酸乙酯重结晶处理，得到白色固体粉末，从而得到第二中间体(Ⅰ-4)，备用。

作为本发明优选的技术方案，在所述步骤d中，依次加入第三中间体(Ⅰ-5)和吡咯中间体(Ⅰ-6)，按照第三中间体(Ⅰ-5)和吡咯中间体(Ⅰ-6)的摩尔比为(1.1～1.2)：(1.1～1.2)的比例进行混合；然后抽真空，置换氩气保护，再加入溶剂，搅拌至少5分钟；然后用注射器缓慢滴加三氟乙酸，在室温下反应过夜；再旋除溶剂，然后按照第三中间体(Ⅰ-5)和反应氧化剂的摩尔比为(1.1～1.2)：(3.3～3.6)的比例，加入反应氧化剂，在室温先进行化学反应至少20分钟；然后旋除有机相，残余物用石油醚和二氯甲烷的混合体积比为(2～5):1的比例配制的洗脱剂，经硅胶柱层析分离，得墨绿色固体，再进行甲醇重结晶处理，得紫红色固体粉末，从而得到所述含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物。

本发明的原理：

特别是本发明大环扩展卟啉合成方法的，包含以下合成步骤：

N取代-2,7-二溴咔唑与双联频哪醇硼酯反应得到第一中间体Ⅰ-2，其结构为：

第一中间体Ⅰ-2与化合物Ⅰ-3(α-碘代吡咯酯)经Suzuki偶联反应得到第二中间体Ⅰ-4，其结构为：

第二中间体Ⅰ-4碱性条件下经水解脱羧得到第三中间体Ⅰ-5，其结构为：

第三中间体Ⅰ-5与吡咯中间体Ⅰ-6在酸催化条件下经缩合、氧化得到大环扩展卟啉Ⅰ，其结构为：

本发明通过Suzuki偶联反应首次将咔唑单元引入卟啉分子骨架，设计合成了一种新型大环扩展卟啉化合物，延伸了π共轭路径，增大了大环扩展卟啉的空腔结构；且该类大环具有优异的溶解性能，在空气中具有良好的稳定性，相对于已报道的扩展卟啉具有更高的合成产率和简洁的纯化方式。不论是结构设计还是合成路线均具有创新性，在生命科学、材料科学、环境能源等领域具有广泛的应用前景。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明合成的大环扩展卟啉结构具有优异的溶解性能，在空气中稳定性好；

2.本发明提供的扩展卟啉合成方法成本低、反应温和、更易控制、综合产率更高；

3.通过对紫外光谱数据分析，本发明该类大环具有高的摩尔消光系数；

2.本发明方法工艺简单，容易控制，适于推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例一中间体1-2核磁氢谱谱图。

图2为本发明实施例一中间体1-4核磁氢谱谱图。

图3为本发明实施例一中间体1-4核磁碳谱谱图。

图4为本发明实施例一中间体1-5核磁氢谱谱图。

图5为本发明实施例一中间体1-5核磁碳谱谱图。

图6为本发明实施例一扩展卟啉1核磁氢谱(298K)谱图。

图7为本发明实施例一扩展卟啉1核磁碳谱(298K)谱图。

图8为本发明实施例一扩展卟啉1核磁氢谱(298K+D2O)谱图。

图9为本发明实施例一扩展卟啉1变温核磁氢谱谱图。

图10为本发明实施例一扩展卟啉1高分辨质谱谱图。

图11为本发明实施例二中间体2-2核磁氢谱谱图。

图12为本发明实施例二中间体2-4核磁氢谱谱图。

图13为本发明实施例二中间体2-4核磁碳谱谱图。

图14为本发明实施例二中间体2-5核磁氢谱谱图。

图15为本发明实施例二中间体2-5核磁碳谱谱图。

图16为本发明实施例二扩展卟啉2核磁氢谱(298K)谱图。

图17为本发明实施例二扩展卟啉2核磁碳谱(298K)谱图。

图18为本发明实施例二扩展卟啉2核磁氢谱(298K+D2O)谱图。

图19为本发明实施例二扩展卟啉2变温核磁氢谱谱图。

图20为本发明实施例二扩展卟啉2高分辨质谱谱图。

图21为本发明实施例一扩展卟啉1紫外-可见光谱谱图。

图22为本发明实施例二扩展卟啉2紫外-可见光谱谱图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，一种含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物，具有通式1的化学结构，

。其合成路线如下：

参见图1-10和图21。中间体1-2的合成

在250mL两口圆底烧瓶中依次加入化合物Ⅰ-1(2.0g,6.2mmol)，双联频哪醇硼酯(3.6g,14.3mmol)，醋酸钾(3.1g,31.0mmol)和1,1'-双二苯基膦二茂铁二氯化钯(226.0mg,0.3mmol)。抽真空，置换氩气保护。用注射器加入1,4-二氧六环60mL，置于95℃油浴锅反应24小时。停止反应，减压旋除溶剂，残余物溶于120mL乙酸乙酯，有机相水洗、饱和食盐水洗经无水硫酸钠干燥后过滤。旋除有机相，残余物用石油醚：乙酸乙酯＝20:1为洗脱剂经硅胶柱层析分离得白色固体，产率88.0％。¹H NMR(600MHz,CDCl₃)δ8.10(d,J＝7.8Hz,2H),8.07(s,1H),7.93(s,2H),7.68(d,J＝7.8Hz,2H),1.38(s,24H).

中间体1-4的合成

在250mL三口圆底烧瓶中依次加入中间体Ⅰ-2(1.0g,2.4mmol)，中间体Ⅰ-3(1.7g,5.3mmol)，磷酸钾(2.6g,12.0mmol)，四(三苯基膦)钯(138.1mg,0.1mmol)。抽真空，置换氩气保护。用注射器加入N,N-二甲基甲酰胺/水(20mL/2mL)，置于80℃油浴锅反应24小时。停止反应，冷却至室温，将反应液倒入200mL水中，抽滤，固体用乙酸乙酯重结晶得白色固体粉末，产率82.0％。¹H NMR(600MHz,CDCl₃)δ8.90(s,2H),8.30(s,1H),8.10(d,J＝8.1Hz,2H),7.51(s,2H),7.36(d,J＝8.1Hz,2H),4.35(q,J＝7.1Hz,4H),2.83(q,J＝7.5Hz,4H),2.66(q,J＝7.5Hz,4H),1.38(t,J＝7.1Hz,6H),1.20-1.25(m,12H).¹³C NMR(150MHz,CDCl₃)δ161.70,140.30,134.48,133.50,130.54,123.98,122.48,120.65,119.46,118.28,109.36,59.99,18.47,17.53,16.34,15.89,14.54.

中间体1-5的合成

在100mL两口瓶中依次加入中间体Ⅰ-4(2.2g,3.6mmol)，氢氧化钠(0.8g,20.0mmol)和乙二醇35mL。氩气保护下置于190℃油浴中反应2小时。停止反应，冷却至室温，将反应液倒入100mL水中，过滤，固体用甲醇重结晶得棕色固体粉末，产率95.0％。¹H NMR(600MHz,CDCl₃)δ8.06(d,J＝8.0Hz,2H),7.51(s,2H),7.38(d,J＝8.0Hz,2H),7.24(s,1H),6.90(s,2H),6.37(s,2H),2.69(q,J＝7.4Hz,4H),2.56(q,J＝7.5Hz,4H),1.23-1.28(m,12H).¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ140.35,131.91,127.95,126.60,122.04,120.75,120.41,118.72,115.62,107.48,18.57,18.16,15.97,14.29.

大环扩展卟啉1的合成

在1000mL两口瓶中依次加入中间体Ⅰ-5(0.5g,1.2mmol)和中间体Ⅰ-6(0.2g,1.2mmol)，抽真空置换氩气保护。加入600mL二氯甲烷，搅拌5分钟。用注射器缓慢滴加0.1mL三氟乙酸，室温反应过夜。旋除大部分溶剂，加入2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌(0.8g,3.6mmol)，室温反应20分钟。旋除有机相，残余物用石油醚：二氯甲烷＝2:1为洗脱剂经硅胶柱层析分离得墨绿色固体，甲醇重结晶得紫红色固体粉末，产率18.0％。¹H NMR(600MHz,CD₂Cl₂)δ12.09(s,2H),7.35(m,14H),6.94(s,4H),2.80-2.70(m,24H),1.22(m,36H).¹³CNMR(150MHz,CD₂Cl₂)δ169.96,150.37,148.12,139.55,137.67,134.94,134.52,132.70,123.21,120.99,118.09,113.69,110.55,19.60,18.04,17.57,17.02,16.99,15.21.HRMALDI-TOF-MS:m/z(％intensity):1105.6569(100)[M+H]⁺,calcd for C₇₆H₈₁N₈ ⁺1105.6579.UV/vis(CH₂Cl₂):λmax(ε[M^-1cm^-1])＝436(610000),604(150000)。本实施例通过Suzuki偶联反应首次将咔唑单元引入卟啉分子骨架，设计合成了一种新型大环扩展卟啉化合物，延伸了π共轭路径，增大了大环扩展卟啉的空腔结构；且该类大环具有优异的溶解性能，在空气中具有良好的稳定性，相对于已报道的扩展卟啉具有更高的合成产率和简洁的纯化方式。本实施例方法合成的大环扩展卟啉结构具有优异的溶解性能，在空气中稳定性好；本发明实施例方法提供的扩展卟啉合成方法成本低、反应温和、更易控制、综合产率更高；本实施例通过对紫外光谱数据分析，本发明该类大环具有高的摩尔消光系数。不论是结构设计还是合成路线，本实施例均具有创新性，在生命科学、材料科学、环境能源等领域具有广泛的应用前景。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物，具有通式2的化学结构，

。其合成路线如下：

中间体2-2的合成

在250mL两口圆底烧瓶中依次加入化合物Ⅰ-1(5.8g,15.2mmol)，双联频哪醇硼酯(8.9g,35.0mmol)，醋酸钾(7.5g,76.5mmol)和1,1'-双二苯基膦二茂铁二氯化钯(556.0mg,0.7mmol)。抽真空，置换氩气保护。用注射器加入1,4-二氧六环120mL，置于95℃油浴锅反应24小时。停止反应，减压旋除溶剂，残余物溶于300mL乙酸乙酯，有机相水洗、饱和食盐水洗经无水硫酸钠干燥后过滤。旋除有机相，残余物用石油醚：乙酸乙酯＝20:1为洗脱剂经硅胶柱层析分离得白色固体，产率84.0％。¹H NMR(600MHz,CDCl₃)δ8.12(d,J＝7.8Hz,2H),7.87(s,2H),7.68(d,J＝7.7Hz,2H),4.19(d,J＝7.8Hz,2H),2.47(m,1H),1.40(s,24H),0.98(d,J＝6.6Hz,6H).

中间体2-4的合成

在250mL三口圆底烧瓶中依次加入中间体Ⅰ-2(4.0g,8.4mmol)，中间体Ⅰ-3(6.0g,18.7mmol)，磷酸钾(9.0g,42.4mmol)，四(三苯基膦)钯(486.4mg,0.4mmol)。抽真空，置换氩气保护。用注射器加入N,N-二甲基甲酰胺/水(80mL/8mL)，置于80℃油浴锅反应24小时。停止反应，冷却至室温，将反应液倒入300mL水中，抽滤，固体用乙酸乙酯重结晶得白色固体粉末，产率80.0％。¹H NMR(600MHz,Chloroform-d)δ8.89(s,2H),8.13(d,J＝8.0Hz,2H),7.47(s,2H),7.34(d,J＝8.0Hz,2H),4.37(q,J＝7.1Hz,4H),4.13(d,J＝7.4Hz,2H),2.84(q,J＝7.5Hz,4H),2.68(q,J＝7.5Hz,4H),2.38-2.43(m,1H),1.40(t,J＝7.1Hz,6H),1.25(td,J＝7.5,5.8Hz,12H),1.03(d,J＝6.6Hz,6H).¹³C NMR(150MHz,CDCl₃)δ161.69,141.55,134.37,133.78,130.23,123.88,121.90,120.61,118.77,118.28,107.97,59.95,50.98,28.98,20.70,18.48,17.59,16.37,15.91,14.53.

中间体2-5的合成

在100mL两口瓶中依次加入中间体Ⅰ-4(2.2g,3.6mmol)，氢氧化钠(0.8g,20.0mmol)和乙二醇35mL。氩气保护下置于190℃油浴中反应2小时。停止反应，冷却至室温，将反应液倒入100mL水中，过滤，固体用甲醇重结晶得棕色固体粉末，产率92.0％。¹H NMR(600MHz,DMSO-d6)δ10.65(s,2H),8.08(d,J＝8.1Hz,2H),7.51(d,J＝1.4Hz,2H),7.28(dd,J＝1.2Hz,2H),6.60(d,J＝2.6Hz,2H),4.18(d,J＝7.4Hz,2H),2.63(q,J＝7.4Hz,4H),2.46(q,J＝7.5Hz,4H),2.37(dq,J＝13.8,6.8Hz,1H),1.20(td,J＝7.5,1.8Hz,12H),0.98(d,J＝6.6Hz,6H).¹³C NMR(150MHz,CDCl₃)δ141.60,131.40,129.57,126.67,121.23,121.06,120.24,118.27,114.33,107.24,50.96,28.98,20.77,18.53,17.96,15.97,14.48.

大环扩展卟啉2的合成

在1000mL两口瓶中依次加入中间体Ⅰ-5(0.5g,1.1mmol)和中间体Ⅰ-6(0.2g,1.1mmol)，抽真空置换氩气保护。加入600mL二氯甲烷，搅拌5分钟。用注射器缓慢滴加0.1mL三氟乙酸，室温反应过夜。旋除大部分溶剂，加入2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌(0.7g,3.3mmol)，室温反应20分钟。旋除有机相，残余物用石油醚：二氯甲烷＝5:1为洗脱剂经硅胶柱层析分离得墨绿色固体，甲醇重结晶得紫红色固体粉末，产率30.0％。¹H NMR(600MHz,CD₂Cl₂)δ12.23(s,2H),7.47(s,12H),6.95(s,4H),3.27(d,J＝7.1Hz,4H),2.84(dd,J＝14.6,7.1Hz,8H),2.73(dq,J＝15.4,7.6Hz,16H),1.89(s,2H),1.31(t,J＝7.5Hz,12H),1.27–1.22(m,24H),0.59(d,J＝5.0Hz,12H).¹³C NMR(150MHz,CD₂Cl₂)δ170.00,150.57,148.58,140.77,137.28,134.90,134.66,132.54,122.98,120.27,118.41,113.71,108.64,50.90,28.73,20.19,19.86,18.17,17.69,17.19,17.16,15.45.HR MALDI-TOF-MS:m/z(％intensity):1217.7817(100)[M+H]⁺,calcd for C₈₄H₉₇N₈ ⁺1217.7831.UV/vis(CH₂Cl₂):λmax(ε[M^-1cm^-1])＝440(550000),611(120000)。本实施例通过Suzuki偶联反应首次将咔唑单元引入卟啉分子骨架，设计合成了一种新型大环扩展卟啉化合物，延伸了π共轭路径，增大了大环扩展卟啉的空腔结构；且该类大环具有优异的溶解性能，在空气中具有良好的稳定性，相对于已报道的扩展卟啉具有更高的合成产率和简洁的纯化方式。本实施例方法合成的大环扩展卟啉结构具有优异的溶解性能，在空气中稳定性好；本发明实施例方法提供的扩展卟啉合成方法成本低、反应温和、更易控制、综合产率更高；本实施例通过对紫外光谱数据分析，本发明该类大环具有高的摩尔消光系数。不论是结构设计还是合成路线，本实施例均具有创新性，在生命科学、材料科学、环境能源等领域具有广泛的应用前景。

综上所述，本发明提供一种含有咔唑单元的新型大环扩展卟啉及其制备方法，扩展卟啉属于异卟啉家族的一员，其骨架通常由大于4个共轭的吡咯环/杂环组成。与经典的卟啉结构相比，大环扩展卟啉具有更多的配位原子、更大的空腔和丰富的构象。因此，扩展卟啉能够络合更大的金属离子或与多个过渡金属离子形成主-客体复合物，特别是扩展卟啉能够络合更大的镧系、锕系离子金属离子，从而具有优异的配位能力。与此同时，扩展卟啉更大的π-电子共轭路径使其可展现不同的拓扑学芳香性及优异的光电、磁学性能，尤其表现独特的Hückel芳香性和

芳香性，属于全新的异卟啉化合物产品。本发明涉及的大环扩展卟啉合成方法简单，原料廉价易得，反应易于操控，可以高效、大量的制备。基于此类大环扩展卟啉独特的空间结构及性质，可以预见，该扩展卟啉超分子主体在有机催化、生命科学、材料科学、环境能源等领域具有潜在的应用价值。

上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物，其特征在于：具有通式Ⅰ的化学结构，或为式Ⅰ所示结构的互变异构体、构型异构体、金属络合物或质子化形式的盐；

其中，式Ⅰ中R₁＝氢，烷基，烷氧基，芳基取代的烷基，芳基，杂芳基，烷基羰基或烷氧基羰基取代的烷基；R₂＝氢，烷基，卤素，卤代芳基或杂芳基；n＝1或2。

2.一种权利要求1所述含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.进行N取代-2,7-二溴咔唑(Ⅰ-1)与双联频哪醇硼酯反应，得到第一中间体(Ⅰ-2)，其结构式为：

b.将在所述步骤a中制备的第一中间体(Ⅰ-2)与α-碘代吡咯酯(Ⅰ-3)进行Suzuki偶联反应，得到第二中间体(Ⅰ-4)，其结构式为：

c.将在所述步骤b中制备的第二中间体(Ⅰ-4)在碱性条件下经水解脱羧反应，得到第三中间体(Ⅰ-5)，其结构式为：

d.将在所述步骤c中制备的第三中间体(Ⅰ-5)与吡咯中间体(Ⅰ-6)在酸催化条件下经缩合、氧化反应，得到大环扩展卟啉Ⅰ，其结构式为：

其中，所述吡咯中间体(Ⅰ-6)为

式Ⅰ中R₁＝氢，烷基，烷氧基，芳基取代的烷基，芳基，杂芳基，烷基羰基或烷氧基羰基取代的烷基；R₂＝氢，烷基，卤素，卤代芳基或杂芳基；n＝1或2。

3.根据权利要求2所述含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物的制备方法，其特征在于：反应溶剂介质采用正己烷、石油醚、二氯甲烷、甲苯、乙酸乙酯、二氧六环、四氢呋喃、氯仿、N,N-二甲基甲酰胺，二甲基亚砜、甲醇、乙醇、乙二醇和水中的任意一种溶剂或任意几种的混合溶剂。

4.根据权利要求2所述含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物的制备方法，其特征在于：在所述步骤a和b中进行反应时，采用反应金属催化剂，所述反应金属催化剂为四(三苯基膦)钯、醋酸钯、二(三苯基膦)二氯化钯、1,1'-双二苯基膦二茂铁二氯化钯或二(乙酰丙酮)钯。

5.根据权利要求2所述含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物的制备方法，其特征在于：在所述步骤c中进行反应时，项反应物体系中添加反应碱，所述反应碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠、无水乙酸钠、三乙胺和醋酸钾中的任意一种或任意几种的混合物。

6.根据权利要求2所述含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物的制备方法，其特征在于：在所述步骤d中进行反应时，采用反应酸催化剂或反应氧化剂，所述反应酸催化剂为三氟乙酸、三氟化硼乙醚、盐酸、硫酸、甲磺酸和对甲苯磺酸中的任意一种或任意几种的混合物；所述反应氧化剂为空气、二氧化锰、2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌、四氯苯醌或三氯化铁。

7.根据权利要求2所述含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物的制备方法，其特征在于：在所述步骤a～d中的各步骤反应过程中，所述反应温度为0～200℃，所述反应时间为0～72h。

8.根据权利要求2所述含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，在两口圆底烧瓶中依次加入N取代-2,7-二溴咔唑(Ⅰ-1)、双联频哪醇硼酯、醋酸钾和反应金属催化剂，按照N取代-2,7-二溴咔唑(Ⅰ-1)、双联频哪醇硼酯、醋酸钾和金属催化剂的摩尔比为(6.2～15.2)：(14.3～35)：(31～76.5)：(0.3～0.7)的比例进行混合；然后抽真空，再置换氩气保护；然后用注射器加入溶剂，置于95～200℃油浴锅反应24～72小时；在停止反应后，减压旋除溶剂，将收集的残余物溶于乙酸乙酯，然后将有机相进行水洗、饱和食盐水洗，然后经无水硫酸钠干燥后过滤，再旋除有机相，将残余物用石油醚和乙酸乙酯的体积比为20:1的比例的洗脱剂，经硅胶柱层析分离，得到白色固体，从而得到第一中间体(Ⅰ-2)，备用。

9.根据权利要求2所述含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，在三口圆底烧瓶中依次加入第一中间体(Ⅰ-2)、α-碘代吡咯酯(Ⅰ-3)、磷酸钾、金属催化剂，按照第一中间体(Ⅰ-2)、α-碘代吡咯酯(Ⅰ-3)、磷酸钾、金属催化剂的摩尔比为(2.4～8.4)：(5.3～18.7)：(12～42.4)：(0.1～0.4)的比例进行混合；然后抽真空，置换氩气保护；然后用注射器加入溶剂，置于80～200℃的油浴锅，进行反应24～72小时；在停止反应后，冷却至室温，将反应产物溶液倒入水中，抽滤，固体用乙酸乙酯重结晶处理，得到白色固体粉末，从而得到第二中间体(Ⅰ-4)，备用。

10.根据权利要求2所述含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物的制备方法，其特征在于：在所述步骤d中，依次加入第三中间体(Ⅰ-5)和吡咯中间体(Ⅰ-6)，按照第三中间体(Ⅰ-5)和吡咯中间体(Ⅰ-6)的摩尔比为(1.1～1.2)：(1.1～1.2)的比例进行混合；然后抽真空，置换氩气保护，再加入溶剂，搅拌至少5分钟；然后用注射器缓慢滴加三氟乙酸，在室温下反应过夜；再旋除溶剂，然后按照第三中间体(Ⅰ-5)和反应氧化剂的摩尔比为(1.1～1.2)：(3.3～3.6)的比例，加入反应氧化剂，在室温先进行化学反应至少20分钟；然后旋除有机相，残余物用石油醚和二氯甲烷的混合体积比为(2～5):1的比例配制的洗脱剂，经硅胶柱层析分离，得墨绿色固体，再进行甲醇重结晶处理，得紫红色固体粉末，从而得到所述含咔唑单元的大环扩展卟啉化合物。

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