CS265186B1

CS265186B1 - Způsob heterogenní přípravy metaloporfyrinů

Info

Publication number: CS265186B1
Application number: CS878075A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Rndr Csc Kral
Original assignee: Kral Vladimir
Priority date: 1987-11-11
Filing date: 1987-11-11
Publication date: 1989-10-13
Also published as: CS807587A1

Abstract

Jedná se o heterogenní dvoj fázový způsob přípravy metaloporfyrinů obecného vzorce I, kde R^ je vodík, alkyl s jedním až třemi atomy uhlíku, fenyl, naftyl, furyl, pyridyl, substituenty a R9 jsou vodík, alkyl s jedním až třemi atomy uhlíku, vinyl, dále CH2COOR a CH2CH2COOR, kde R je alkyl s jedním až čtyřmi atomy uhlíku a dále CH/OH/CH3, CHO nebo COCH3 a M je jednomocný až čtyřmocný kation kovu vyznačený tím, že porfyrin obecného vzorce II, ve kterém substituenty R1 až R9 mají stejný význam jako ve vzorci I, se metaluje v heterogenním dvoj fázovém prostředí soli příslušného kovu obecného vzorce III, kde X představuje octanový, halogenový, dusičnanový, síranový, šfavelanový, mravenčanový anion, m nabývá hodnoty 1 až 4, M představuje jednomocný až čtyřmocný kovový kation, v organickém rozpouštědle při teplotě 25 až 150 °C s tím, že kapalnou fázi tvoři bud roztok porfyrinu a sůl tvoří tuhou fázi, nebo sůl je v roztoku a porfyrin tvoří tuhou fázi.

Description

Předložený vynález se týká heterogenního způsobu přípravy metaloporfyrlnů.

Metaloporfyriny patří k látkám s nejvýznamnější biologickou aktivitou, např. komplexy železa tvoří hemin, hořčíkový komplex tvoří chlorefyl, kobaltový komplex tvoří vitamin B·^'

Metaloporfyriny (MP) jsou základní komponentou různých biologických systémů, jako jsou hemoproteiny nebo fotosyntetické systémy a významné biokatalyzátory. V syntetické organické chemii byly užity v MP jako katalyzátory v řadě oxidačních reakcí, např. epoxidace olefinú, , hydroxylace alkánů (J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 1985, 1 735; J. Am. Chem. Soc. 108,

281 (1986)), popřípadě se snahou imitovat enzymatickou aktivitu cytochromu p-450 (J. Chem. Soc. 1986, 1 743).

Metody pro přípravu MP závisí předně na povaze kovu, který tvoří komplex a také v menším rozsahu na typu porfyrinu. Běžně se pro metalace používají metody, kdy kation příslušného kovu a porfyrin jsou součástí jedné fáze (roztok). V literatuře byla popsána metalace porfyridů ve dvoufázovém systému (voda, olej), přičemž jako katalyzátor fázového přenosu pro lonty kovů byly použity karboxylové kyseliny s dlouhým řetězcem, thioly a fenoly (J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 1987, 287; New J. Chem. 10, 91 (1986)). Tato metoda vzhledem ke svému experimentálnímu uspořádání však není preperativně příliš výhodná.

Jiný způsob přípravy MP je popsán kanadskými autory (Can. J. Chem. 56, 1 084 (1978). Metalace probíhá jako heterogenní reakce, přičemž porfyrin je přítomen v roztoku a kov je v nerozpustné formě práškového kovu nebo kysličníku. Tato metoda je zvláště vhodná pro porfyriny rozpustné ve vodě. Komplikujícím faktorem je v některých případech značná adsorpce vzniklého MP na povrchu práškového kovu či oxidu a také pomalý průběh pro porfyriny rozpustné v organických rozpouštědlech a obtížné separace MP a výchozího porfyrinu.

Podstatou předloženého výnálezu je heterogenní způsob přípravy metaloporfyrinů obecného vzorce I

kde r! je vodík, alkyl s jedním až třemi atomy uhlíku, fenyl, naftyl, furyl, pyridyl, substi2 9 tuenty R až R jsou vodík, alkyl s jedním až třemi atomy uhlíku, vinyl, dále Cl^COOR a CH₂CH₂COOR, kde R je alkyl s jedním až čtyřmi atomy uhlíku a dále CH/OH/CH₃, CHO nebo COCHj a M představuje jednomocný až čtyřmocný kation kovu, vyznačený tím, že porfyrin obecného vzorce II

(II)

9 ve kterém substituenty R až R mají stejný význam jako ve vzorci I, se metaluje v heterogenním dvoj fázovém prostředí soli příslušného kovu obecného vzorce III

ΜX (111) m n kde X představuje octanový, halogenový, dusičnanový, síranový, Štavelanový, mravenčanový anion, m nabývá hodnoty 1 až 2, n nabývá hodnoty 1 až 4, M představuje jednomocný až čtyřmocný kovový kation, v organickém rozpouštědle při teplotě 25 až 150 °C s tím, že kapalnou fázi tvoří bud roztok porfyrinu a sůl tvoří tuhou fázi, nebo sůl je v roztoku a porfyrin tvoří tuhou fázi.

Kovovým kationtem mohou být tyto kovy: Ag, Pt, Pd, Ni, Co, Cu, Fe, Zn, Mg, Cd, Sn,

Hg, V, Pb.

Jako sloučeninu typu XI lze s výhodou využít octan příslušného kovu (reakce probíhá rychleji než s ostatními anionty), nebo směs halogenidu, síranu, popřípadě dusičnanu příslušného kovu s přebytkem octanu sodného. Reakce se obvykle provádí tak, že porfyrin se rozpustí v organickém rozpouštědle, s výhodou v benzenu, toluenu, dioxanu, chloroformu, methylenchloridu, 1,2-dichlorethanu, nebo jejich směsi, přidá se sůl příslušného kovu, který má vytvořit komplex s porfyrinem v 2 až 20násobném molárním přebytku a reakční směs se smíchá magnetickým míchadlem a sleduje se průběh metalace pomocí UV-VIS spektroskopie nebo tenkovrstvé chromatografie, přičemž teplota se pohybuje od teploty místnosti do teploty varu použitého rozpouštědla. Reakce probíhá obvykle velmi rychle, často po 10 min již není volná báze porfyrinu přítomna. Velkou výhodou je také kvantitativní průběh reakce, metaloporfyrin je získán ve vysoké čistotě. Heterogenní průběh reakce navíc umožňuje velmi snadnou izolaci produktu. Reakce se zpravovává odsátím soli, jejím promytim rozpouštědlem a odpařením filtrátu na rotační odparce se získá metaloporfyrin, který svojí čistotou vyhovuje požadavkům na analytický vzorek. Velkou výhodou nového způsobu přípravy metaloporfyrinů ve srovnání s dosud používanými přístupy je zejména jednoduchost, snadná izolace produktu vznikajícího prakticky kvantitativně a snadná dostupnost použitých surovin.

Jiný způsob přípravy dle vynálezu je, že kapalnou fázi tvoří roztok v ledové kyselině octové nebo pyridinu a porfyrin se metaluje nerozpuštěn v tuhé fázi. Tento postup lze také aplikovat na přípravu metaloporfyrinů rozpustných ve vodě, např. metaloderivátů meso-tetra (p-sulfofenyl)porfyrinů. Uspořádání heterogenní metalace je takové, že v použitém rozpouštědle je příslušná sůl dobře rozpustná (obvykle ledová kyselina octová nebo pyridin), zatímco derivát porfyrinu tvoří tuhou fázi. Metalace se provádí za intenzivního míchání při teplotách 40 až 100 °C.

Předložený vynález je dále objasněn v následujících příkladech, které ho však žádným způsobem neomezují.

Příklad 1

Příprava mědnatého komplexu 5,10,15,20-tetrafenyl-21H,23H-porfyrinu (tj. CuTPP).

5,10,15,20-tetrafenyl-21H,23H-porfyrin (1,229 g; 2 mM) byl rozpuštěn ve 100 ml chloroformu a přidáno 1,996 5 g (10 mM) octanu mědnatého. Za míchání magnetickým míchadlem bylo zahříváno na reflux a sledována kinetika metalace pomocí UV-VIS spekter a tenkovrstevnou chromatografií na silikagelu v soustavě benzen - petrolether (1:1). Pro metalaci lze použít jak bezvodou sůl, tak octan mědnatý s krystalovou vodou, aniž by se výrazněji změnil průběh reakce. Po 10 min refluxu již nebyl detegován výchozí porfyrin. Po ochlazení na teplotu místnosti byla sůl odsána, promyta 10 ml chloroformu, filtrát odpařen do sucha na rotační odparce. Produkt (CuTTP) byl získán v prakticky kvantitativním výtěžku (1,35 g; 99,8 %).

Jeho chromatografická (TLC, HPLC) a spektrální charakteristika je identická s autentickým vzorkem (Firma Aldrich).

Příklad 2

Příprava CuTPP postupem podle příkladu 1, ale se záměnnou chloroformu za dioxan, záhřev 15 min na 100 °C, výtěžek produktu 97 %.

Příklad 3

Příprava CuTPP postupem podle příkladu 1, ale se záměnou octanu mědnatého za stejné molární množství chloridu mědnatého, reakční doba za refluxu chloroformu 30 min, výtěžek produktu 95 %.

Příklad 4

Příprava CuTPP podle příkladu 1, ale se záměnou octanu mědnatého za 10 molárních ekvivalentů síranu mědnatého, reflux v chloroformu 5 h, výtěžek 90 %.

Příklad 5

Příprava CuTPP podle přikladu 1, ale se záměnou octanu mědnatého za směs 3 molárních ekvivalentů dusičnanu mědnatého a 10 molárních ekvivalentů octanu sodného. Reflux 10 min, výtěžek 87 %.

Příklad 6

Příprava CuTPP postupem podle příkladu 1, ale se záměnou chloroformu za benzen, toluen nebo jejich směs, reflux 3 h, po ochlazení sůl odsáta, promyta chloroformem (3x20 ml), spojené filtráty odpařeny. Získáno 95 % produktu.

Příklad 7

Příprava kobaltného komplexu 5,10,15,20-tetrafenyl-21H,23H-porfyrinu (CoTPP): 5,10,15,20-tetrafenyl-21,H,23H-porfyrin(0,614 8 g; 1 mM) byl rozpuštěn v 50 ml 1,2-dichlorethanu a přidáno 0,885 g (5 mM) octanu kobaltnatého. Reflux 30 min, po ochlazení odsát chlorid kobaltnatý, promyt 20 ml výše uvedeného rozpouštědla, spojené filtráty odpařeny na rotační odparce do sucha; získáno 0,67 g (99 %) produktu, jehož chromatografické a spektrální charakteristiky jsou shodné s autentickým vzorkem.

Příklad 8

Příprava železitého komplexu: 5,10,15,20-tetrafenyl-21H,23H-porfyrinchloridu (Fe/III)C1TPP 5,10,15,20-tetrafenyl-21H,23H-porfyrin (0,614 8 g; 1 mM) byl rozpuštěn ve 100 ml chloroformu, přidáno 0,973 g (6 mM) bezvodého chloridu železitého. Reflux 3 h, pak reakční směs ochlazena na teplotu místnosti, sůl odsáta, promyta 10 ml chloroformu, spojené filtráty odpařeny do sucha; získáno 0,69 g (98 %) Fe/III/CITPP, jehož charakteristiky jsou identické s autentickým vzorkem.

Příklad 9

Příprava manganatého, nikelnatého, zinečnatého a paladnatého komplexu 5,10,15,20-tetrafenyl-21H,23H-porfyrinu postupem podle příkladu 1, ale se záměnou octanu mědnatého za octan příslušného výše uvedeného kovu. Produkty - MnTPP, NiTPP, ZnTPP, PdTPP byly získány ve výtěžku 93 až 98 %, charakteristiky identické s autentickými vzorky.

Příklad 10

Nikelnatý komplex tetraethylesteru koproporfyriňu: Tetraethylester koproporfyrin (76,69 g;

0,1 mM) byl rozpuštěn ve 30 ml 1,2-dichlorethanu a pak přidáno 10 molárních ekvivalentů (0,176 8 g; 1 mM) octanu nikelnatého. Reakční směs míchána magnetickým míchadlem a refluxováno 1 h. Sůl byla odfiltrována, promyta 1,2-dichlorethanem, spojené filtráty byly odpařeny na rotační odparce. Produkt byl získán ve výtěžku 93 Ϊ, charakteristiky shodné se vzorkem připraveným postupem známým z literatury (J. E. Falk, Porfyrins and metalloporfyrins. Elsevier 1964, str. 30, 115). Postup je vhodný jak pro isomer I tak III.

Příklad 11

Manganatý komplex dimethylesteru protoporfyrinu IX: Dimethylester protoporfyrinu IX (59,1 mg, 0,1 mm) byl rozpuštěn ve 25 ml chloroformu, přidáno 0,173 g (1 mM) octanu manganatého, reakční směs refluxována 3 h. Po ochlazení na teplotu místnosti byla sůl odsáta, promyta chloroformem, spojené filtráty byly odpařeny na rotační odparce. Výtěžek produktu 95 i.

Příklad 12

Zinečnatý komplex dimethylesteru protoporfyrinu IX připraven postupem podle příkladu 11, ale se záměnou octanu manganatého za 0,183 5 g octanu zinečnatého. Produkt byl získán ve výtěžku 96 %.

Příklad 13

Olovnatý komplex oktamethylesteru uroporfyrinu I: Oktamethylester uroporfyrinu I (94,3 mg; 0,1 mM) (metoda je vhodná pro všechny isomery uroporfyrinu) byl rozpuštěn ve 40 ml chloroformu přidáno 10 molárních ekvivalentů bromidu olovnatého (0,367 g, tj. 1 mM) a refluxováno 5 h.

Po ochlazení na teplotu místnosti byla sůl odsáta, promyta, spojené filtráty byly odpařeny na rotační odparce; produkt získán ve výtěžku 90 %.

Příklad 14

Kobaltnatý a kademnatý komplex tetramethylesteru uroporfyrinu I byl připraven postupem podle příkladu 13, ale bromid olovnatý byl zaměněn za 0,248 g octanu kobaltnatého, resp.

0,230 g octanu kademnatého. Produkty byly získány ve výtěžku 90 a 94 %.

Příklad 15

Mědnatý komplex dimethylesteru deuteroporfyrinu IX: Dimethylester deuteroporfyrinu IX (53,9 mg; 0,1 mM) byl rozpuštěn ve 30 ml směsného rozpouštědla chloroform - dioxan (1:1) a přidáno 0,199 g octanu mědnatého. Reakce provedena za míchání magnetickým míchadlem za refluxu během 30 min. Po ochlazení na teplotu místnosti byla sůl odsáta, promyta chloroformem, spojené filtráty byly odpařeny na rotační odparce; produkt získán ve výtěžku 96 %.

Příklad 16

Mědnatý komplex meso-tetra (p-sulfofenyl)porfyrinu (CuTPS^) I 0,108 4 g (1 mM) E^TPP(SO^Na) se suspenduje ve 20 ml ledové kyseliny octové, přidá se 5 mM - 0,998 g octanu mědnatého a metalace se provádí za míchání magnetickým míchadlem a zahřívání na teplotu 80 °C po dobu 3 h. Po ochlazeni na teplotu místnosti byl produkt odsát, promyt 5 ml ledové kyseliny octové a poté ethanolem a vysušen. Výtěžek CuTPPS^ 95 %. Pro C^Hj^S^O-^Na^Cu vypočteno:

48,73 % C, 2,23 % H, 5,17 % N, 11,83 % S; nalezeno: 48,54 % C, 2,46 % H, 5,09 % N, 11,76 % S. Spektrální charakteristika produktu také souhlasí s autentickým vzorkem připraveným dle Can. Chem. 56, 1 084 (1978) .

Příklad 17

Mědnatý komplex meso-tetra(p-sulfofenyl)porfyrinu (CuTPPS₄) připraven postupem podle příkladu 16, ale se záměnou rozpouštědla: ledová kyselina octová byla nahrazena pyridinem.

Claims

Způsob heterogenní přípravy metaloporfyrinů obecného vzorce 1 kde R¹ je vodík, alkyl s jedním až třemi atomy uhlíku, fenyl, naftyl, furyl, pyridyl, substi2 9 tuenty R až R jsou vodík, alkyl s jedním až třemi atomy uhlíku, vinyl, dále CI^COOR a Cř^C^COOR, kde R je alkyl s jedním až čtyřmi atomy uhlíku a dále CH/OH/CH^, CHO nebo COCH^ a M představuje jednomocný až čtyřmocný kation kovu, vyznačený tím, že porfyrin obecného vzorce II

1 9 ve kterém substituenty R až R mají stejný význam jako ve vzorci I, se metaluje v heterogenním dvoj fázovém prostředí soli příslušného kovu obecného vzorce III

Μ X (III) ' m n kde X představuje octanový, halogenový, dusičnanový, síranový, štavelanový, mravenčanový anion, m nabývá hodnoty 1 až 2, n nabývá hodnoty 1 až 4, M představuje jednomocný až čtyřmocný kovový kation, v organickém rozpouštědle při teplotě 25 až 150 °C s tím, že kapalnou fázi tvoří buč roztok porfyrinu a sůl tvoří tuhou fázi, nebo sůl je v roztoku a porfyrin tvoří tuhou fázi.