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

（湖南大學 化學化工學院，湖南 長沙 410082）

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.

圖1 聯苯二酚尾飾鋅卟啉合成路線Fig.1 Schemel synthetic route of zinec oprphyrins tailed by 4，4'－biphenyldiol

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

INOVA－400型核磁共振儀（美國 Varian公司）；Hitachi F－4500型熒光光譜儀（日立公司）；UV－2450紫外光譜儀（日本島津公司）；所用試劑均為市售分析純試劑，要求無水的溶劑均經去水和重蒸處理.5－對羥基苯基－10，15，20－三苯基卟啉參照文獻［15］方法合成.

1.2 5－［4－（5－溴戊氧基）苯基］－10，15，20－三苯基卟啉（2b）的合成

取250mL已經干燥完全的三口燒瓶，加入0.096g（0.15mmol）單羥基卟啉，0.165g氫氧化鈉，100mL無水THF，裝好回流冷凝裝置，氮氣保護，在磁力攪拌下進行加熱回流15min，溶液的顏色會變為綠色，用注射器加入1.3g（5.6mmol）1，5－二溴戍烷，加熱回流至完全反應.將反應液倒入水中，用二氯甲烷進行三次萃取，然后將有機相合并，旋干得到粗產品.將此固體過硅膠柱分離，洗脫劑為二氯甲烷∶石油醚＝1∶2，收集第一帶旋干，得到紫色晶體0.061g，收率52%.

用類似方法合成2a和2c

化合物2a：紫色晶體0.073g，收率54%；1H NMR（400MHz，CDCl3）δ（ppm）：8.91－8.80（m，8H），8.22－8.18（m，6H），8.12（d，J＝8.5 Hz，2H），7.70－7.73（m，9H），7.28（d，J＝8.8 Hz，2H），4.29（t，J＝5.9Hz，2H），3.63（t，J＝6.5Hz，2H），2.27－2.22（m，2H），2.17－2.04（m，2H），－2.78（s，2H）.MS，m／z：764.22（M＋）.

化合物2b：紫色晶體0.061g，收率52%；1H NMR（400MHz，CDCl3）δ（ppm）：8.92－8.77（m，8H），8.23－8.1（m，6H），8.11（d，J＝8.5 Hz，2H），7.85－7.61（m，9H），7.27（d，J＝8.8 Hz，2H），4.26（t，J＝6.3Hz，2H），3.54（t，J＝6.8Hz，2H），2.10－1.92（m，4H），1.83－1.78（m，2H），－2.78（s，2H）.MS，m／z：778.23（M＋）.

化合物2c：紫色晶體0.083g，收率55%；1H NMR（400MHz，CDCl3）δ（ppm）：8.89－8.84（m，8H），8.23－8.19（m，6H），8.10（d，J＝8.4Hz，2H），7.79－8.73（m，9H），7.28（d，J＝8.8Hz，2H），4.26（t，J＝6.3Hz，2H），3.51（t，J＝6.8Hz，2H），1.96－2.02（m，4H），1.69－1.63（m，4H），－2.78（s，2H）.MS，m／z：792.25（M＋）.

1.3 4，4＇－二羥基聯苯尾飾卟啉（3）的合成

在兩口燒瓶中加入0.024g（0.13mmol）聯苯二酚，0.960g K2CO3，40mL無水DMF并在氮氣保護下于90℃加熱回流15min.用注射器注入0.103g（0.13mmol）用無水DMF溶解的化合物2b，100℃下加熱回流2h.待反應液冷卻后，倒入100mL水中，用乙酸乙酯萃取，并旋干萃取物.以石油醚∶二氯甲烷＝3∶2為洗脫劑過硅膠柱收集第一帶，旋干并稱重.用類似方法合成3a和3c.

化合物3a：紫色晶體0.031g，收率44%；1H NMR（400MHz，CDCl3）δ（ppm）：8.86－8.71（m，8H），8.16－8.14（m，6H），8.05（d，J＝8.5 Hz，2H），7.73－7.62（m，9H），7.43（d，J＝8.7 Hz，2H），7.37（d，J＝8.6Hz，2H），7.22（d，J＝8.6Hz，2H），6.96（d，J＝8.7Hz，2H），6.81（d，J＝8.6Hz，2H），4.28（t，J＝5.2Hz，2H），4.14（t，J＝5.4Hz，2H），2.16－2.08（m，4H），－2.85（s，2H）.MS，m／z：908.31（M＋）.

化合物3b：紫色晶體0.054g，收率43%；1H NMR （400MHz，CDCl3）δ（ppm）：8.92－8.82（m，8H），8.20－8.22（m，6H），8.12（d，J＝8.5 Hz，2H），7.73－7.78（m，9H），7.48（d，J＝8.7 Hz，2H），7.42（d，J＝8.6Hz，2H），7.29（d，J＝8.6Hz，2H），7.01（d，J＝8.8Hz，2H），6.85（d，J＝8.6Hz，2H），4.30（t，J＝6.4Hz，2H），4.13（t，J＝6.3Hz，2H），2.13－1.96（m，6H），－2.78（s，2H）.MS，m／z：922.33（M＋）.

化合物3c：紫色晶體0.044g，收率47%；1H NMR（400MHz，CDCl3）δ（ppm）：8.94－8.81（m，8H），8.25－8.19（m，6H），8.12（d，J＝8.5 Hz，2H），7.78－7.73（m，9H），7.48（d，J＝8.8 Hz，2H），7.46（d，J＝8.8Hz，2H），7.28（d，J＝8.6Hz，2H），7.00（d，J＝8.8Hz，2H），6.91（d，J＝8.8Hz，2H），4.28（t，J＝6.4Hz，2H），4.18（t，J＝6.9Hz，2H），4.09（t，J＝6.4Hz，2H），3.96（t，J＝6.4Hz，2H），2.06－2.02（m，2H），1.97－1.90（m，2H），－2.78（s，2H）.MS，m／z：936.34（M＋）.

1.4 4，4＇－二羥基聯苯尾飾鋅卟啉（4）的合成

取100mL單口瓶，加入0.030g（0.03mmol）化合物3b，0.7g醋酸鋅，50mL二氯甲烷和3mL甲醇，安裝好回流冷凝裝置，磁力攪拌，加熱回流至完全反應.將反應液倒入100mL水中，用100mL二氯甲烷進行三次萃取，將有機相合并，用無水硫酸鎂進行干燥，旋干即可得到粗產品.將此固體產物過硅膠柱進行分離，用二氯甲烷∶石油醚＝5∶1作為洗脫劑，收集第一帶并旋干，得到了紫色晶體0.029 g，收率93%.

用類似方法合成4a和4c.

化合物4a：紫色晶體0.030g，收率94%；1H NMR（400MHz，CDCl3）δ（ppm）：8.87－8.93（m，8H），8.20－8.10（m，6H），8.05（d，J＝8.5 Hz，2H），7.75－7.60（m，9H），7.43（d，J＝8.7 Hz，2H），7.37（d，J＝8.6Hz，2H），7.21（d，J＝8.7Hz，2H），6.96（d，J＝8.7Hz，2H），6.81（d，J＝8.6Hz，2H），4.29（t，J＝5.4Hz，2H），4.14（t，J＝5.3Hz，2H），2.17－2.09（m，4H）.MS，m／z：970.23（M＋）.

化合物4b：紫色晶體0.029g，收率93%；1H NMR （400MHz，CDCl3）δ（ppm）：8.87－8.93（m，8H），8.19－8.14（m，6H），8.05（d，J＝8.5 Hz，2H），7.73－7.62（m，9H），7.41（d，J＝8.7 Hz，3H），7.35（d，J＝8.7Hz，2H），7.22（d，J＝8.8Hz，2H），6.94（d，J＝8.8Hz，2H），6.77（d，J＝8.6Hz，2H），4.24（t，J＝6.3Hz，2H），4.06（t，J＝6.3Hz，2H），1.93－2.00（m，4H），1.81－1.77（m，2H）.MS，m／z：984.24（M＋）.

化合物4c：紫色晶體0.045g，收率94%；1H NMR （400MHz，CDCl3）δ（ppm）：8.93－8.87（m，8H），8.17－8.14（m，6H），8.04（d，J＝8.5 Hz，2H），7.73－7.64（m，9H），7.39（d，J＝8.7 Hz，2H），7.33（d，J＝8.6Hz，2H），7.21（d，J＝8.8Hz，2H），6.92（d，J＝8.7Hz，2H），6.74（d，J＝8.6Hz，2H），4.21（t，J＝6.4Hz，2H），4.18－4.09（m，2H），4.01（t，J＝6.4Hz，2H），2.02－1.90（m，4H），1.90－1.84（m，2H）.MS，m／z：998.26（M＋）.

2 結果與討論

2.1 化合物3和4的紫外－可見光譜研究

化合物3a～3c以及4a～4c的紫外－可見光譜如下圖2所示.

圖2 化合物3和4紫外－可見光譜圖Fig.2 UV－vis of porphyrin 3 and 4 （in CH2Cl2）

化合物3a～3c以及4a～4c的紫外－可見光譜數據與四苯基卟啉（TPP）的紫外吸收光譜數據進行了比較與總結，如表1所示.

表1 化合物TPP及3a～4c紫外應譜數據Tab.1 UV－vis data of compounds TPP and 3a－4c（in CH2Cl2）

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1～2nm的紅移，Q帶發生了1～2nm的藍移或者1～2nm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.

2.2 化合物3和4的熒光光譜性質研究

化合物3a～3c以及4a～4c的熒光光譜如圖3所示.

圖3 化合物3和4熒光光譜圖Fig.3 Fluorescence spectrum of porphyrin 3 and 4（in CH2Cl2）

化合物3a～3c以及4a～4c的熒光光譜數據與四苯基卟啉（TPP）的熒光光譜數據進行了比較與總結，如表2所示.

表2 化合物TPP與3a～4c熒光光譜數據Tab.2 Fluorencence spectral data of compounds TPP and 3a－4c（in CH2Cl2）

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650nm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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