聯苯二酚尾飾鋅卟啉的合成及其光譜性質研究

江國防　牛平平　張志超　焉保明　郭燦城

摘要：報道了聯苯二酚尾飾鋅卟啉的合成方法，并研究了其光譜性質.結果發現：目標化合物最大熒光發射波長在650 nm左右，位于可見光的紅光區，表明所合成的聯苯二酚尾飾鋅卟啉在可見光的紅光部分有較強的熒光發射，這與理想的PDT藥物所具有的光學性質一致，有望成為一類優良的光敏劑.

關鍵詞：金屬卟啉；聯苯二酚；光譜性質；合成

中圖分類號： O657 文獻標識碼：A

卟啉是具有很好生物活性的大分子，廣泛存在于自然界中，如構成血紅蛋白細胞色素的鐵卟啉以及構成葉綠素的鎂卟啉.它們是生物活性分子的核心部分，參與生物體內系列重要活動.卟啉分子具有剛柔性、電子緩沖性、光電磁性和高度的化學穩定性，將某些具有特殊性質的基團連在卟啉環上合成一些具有復合功能的卟啉化合物日益受到人們的重視[1-3].

卟啉化合物具有良好的光敏性，對癌細胞有獨特的親和力，因此在醫學上可以用做癌癥的檢測和治療.隨著對卟啉的深入研究，以卟啉類的光敏劑為核心的光動力療法已經產生.近些年，利用卟啉特有的性能和結構來進行功能分子的合成、設計和應用研究，受到了生物學、醫學以及化學等領域的關注[4-6].

光動力治療（photodynamictherapy，PDT）是一種療效好、創傷小的腫瘤臨床治療方法.該療法通過選擇性結合病變組織、在光照下產生活性氧殺滅癌細胞而達到治療目的.高效光敏劑的選取是決定光動力治療效果的關鍵[7].卟啉類化合物具有特殊的生物學功能，對于發生異常增殖的腫瘤細胞具有獨特的親和力，同時卟啉能夠特異地在腫瘤處發生富集.近年來，人們嘗試將卟啉類化合物與抗癌類藥物進行共價聯接，從而制備出許多有靶向效應的抗腫瘤藥物，且療效不錯.如：將卡鉑（能抑制脫氧核糖核酸）與四苯基卟啉連接，產物不僅會在腫瘤處發生富集，而且提高了其穿透力，增加了其光敏劑的吸收波長，療效明顯增強[8-9].此外還有替加氟[10]、甲氨蝶呤[11]、以及氟尿嘧啶[12]與卟啉形成的的鍵聯化合物.卟啉化合物之所以能夠用作抗腫瘤藥物，是因為其對腫瘤組織有獨特的親和力和較高的選擇性[13-14].本文報道了由5-（4-羥基苯基）-10，15，20-三苯基卟啉出發經過四步反應合成了聯苯二酚尾飾鋅卟啉4，合成路線如圖1所示.我們同時研究了所合成的目標化合物的光譜性能，結果表明該目標化合物是一類良好的光敏劑，在光動力治療方面具有潛在的應用價值.

從表1 可以看出，各個化合物均表現出了卟啉的特征吸收.與四苯基卟啉的紫外吸收光譜相比， 化合物3和4的Soret帶發生了1～2 nm的紅移，Q帶發生了1～2 nm的藍移或者1～2 nm紅移.這說明聯苯二酚基團的引入對卟啉化合物的吸收光譜產生了影響，但并不明顯.根據Jean等[16]的理論可知：當卟啉分子的扭曲程度和分子共軛體系增大后，最低電子未占據軌道與最高電子占據軌道之間的能隙差減小，激發電子所需要的能量減小，電子在分子內很容易實現從基態到激發態的躍遷，從而導致卟啉的紫外吸收峰發生紅移.因此，我們可以推測當把聯苯二酚基團引入到卟啉分子后，整個卟啉的扭曲程度增大，并且改變了π電子的共軛程度，體系的HOMO與LUMO之間的能隙變窄，從而使得化合物的吸收峰發生紅移.此外，金屬卟啉的紫外吸收帶也受中心金屬離子的影響，鋅離子的最外層電子結構是d10的滿殼層狀態，不含有未成對的電子結構，但在與卟啉環內的N原子發生配位后，使得N原子上本來不參與π-π*躍遷的孤對電子發生了變化，其中一個電子會直接參與鍵的形成，而另外的一個單電子則增加了共軛體系的π鍵的電荷密度，升高了成鍵軌道的能量，并且使能隙變窄，從而使得化合物的吸收光譜的位置發生了紅移；同時S0→S1躍遷產生的Q帶相應減少的原因是N原子與兩個質子發生絡合后，卟啉環內的4個N原子所處的化學環境變得趨于平均化，使得卟啉分子具有D4h的對稱性，表現為QⅠ和QⅣ帶的消失.鋅離子與卟啉環配位后，鋅離子突出于卟啉環平面的位置，從而影響了卟啉分子的平面性.鋅離子與卟啉環內側鏈基N原子間的相互弱作用，這些都是影響金屬卟啉相對于未上金屬的卟啉紫外吸收發生位移的重要因素.

根據表2所列數據可知，聯苯二酚修飾的鋅卟啉的熒光量子產率要高于其卟啉化合物.原因是卟啉與鋅離子配位后，增加了卟啉環間π-π作用，增大了卟啉環的剛性結構，減少了分子內能量的震動消耗，提高了能量轉移效率.

本文合成的聯苯二酚尾飾部分及其鋅卟啉的最大熒光發射波長在650 nm左右，位于可見的紅光區，在可見光的紅光部分有較強的熒光發射，這與理想的PDT藥物應該具有的光學性質一致，有望成為一類優良的光敏劑.

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