佘遠斌，李凱，王朝明，于艷敏

（1北京工業(yè)大學環(huán)境與能源工程學院綠色化學與精細化工研究所，北京 100124；2中南民族大學化學與材料科學學院催化材料科學國家民委-教育部共建暨湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430074）

進展與述評

A3B型卟啉合成方法及在仿生催化中的應用

佘遠斌1，2，李凱1，王朝明1，于艷敏1

（1北京工業(yè)大學環(huán)境與能源工程學院綠色化學與精細化工研究所，北京 100124；2中南民族大學化學與材料科學學院催化材料科學國家民委-教育部共建暨湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430074）

作為金屬卟啉類化合物的一個重要類別，A3B型卟啉化合物具有獨特的物理、化學、光電及結構特性。本文綜述了國內外有關該類化合物的合成方法及在仿生催化應用領域的最新研究成果，系統(tǒng)地介紹了混醛法（Little法和Lindsey法）、“2+2”合成法、線性四烷基吡咯合成法、卟啉中位修飾法和微波合成法。重點闡述了具有獨特結構的A3B型卟啉類仿生催化劑——B-鏈衍生化催化劑、固載A3B型金屬卟啉催化劑、A3B型金屬卟啉二聚體催化劑、Pacman型雙核金屬卟啉催化劑及Hangman型金屬卟啉催化劑在仿生催化領域中的應用，希望能為卟啉研究者設計、合成更優(yōu)良的卟啉類催化劑提供參考。未來卟啉仿生催化的主要目標在于合成性能更加優(yōu)良的卟啉，并應用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中，在溫和條件下實現(xiàn)較高的轉化數(shù)和選擇性。

A3B型卟啉；合成；催化；氧化

卟啉（porphyrin）化合物的中心母環(huán)為具有18 個π電子的大環(huán)共軛結構，其環(huán)內電子具有良好流動性。環(huán)外進一步修飾的卟啉化合物表現(xiàn)出非常好的氧化、還原、電子傳遞、氧轉移、電荷分離、能量轉移等特殊功能，從而決定了不同結構的卟啉化合物可廣泛地用于許多領域[1-2]。

在卟啉類化合物中，對卟吩環(huán)中位（5位，10位，15位，20位）單點修飾得到的A3B型卟啉化合物1（圖1）具有獨特優(yōu)勢：①A3B型卟啉可定向地連接其他功能化合物或負載于多類載體之上，實現(xiàn)最大限度“裸露”卟啉功能單元，這有利于充分發(fā)揮卟啉的電化學、空間位阻等特性[3]；②B-鏈含有雜原子（具有孤對電子，如N、O、S等）的A3B型金屬卟啉，通過形成金屬-雜原子配位鍵，實現(xiàn)卟啉自組裝[4]，或通過非共價鍵作用制備經(jīng)典合成方法難以勝任的多卟啉陣列結構[5]；③A3B型金屬卟啉低對稱性引起eg（π*）軌道分裂[6]，ΔEL-H降低，同時簡并軌道的分裂更有利于電子密度向低能級轉移[7]，以提高金屬卟啉的催化活性。

目前，對A3B型卟啉化合物的合成及應用于仿生催化領域的專題性綜述尚未見文獻報道。本文在對國內外研究進展進行充分調研的基礎上，重點介紹了A3B型卟啉化合物的合成方法，詳細總結其在仿生催化領域中的應用。希望能為從事不對稱卟啉類催化劑的設計、合成及應用的研究者提供參考。

1 A3B型卟啉化合物的合成

20世紀30年代，Rothemund首先合成了A4型卟啉（四苯基卟啉，TPP），但收率很低，且反應條件難以控制。近百年來，卟啉類化合物的合成方法不斷改進，產(chǎn)物收率大大提高，其合成方法學不斷取得新進展。到目前為止，可將A3B型卟啉類化合物的合成方法系統(tǒng)地分為混醛法（Little法、Lindsey法）、2＋2合成法、線性四烷基吡咯合成法、中位修飾法和微波合成法，其中混醛法應用最為廣泛。

圖 1 A3B型和A4型卟啉化合物

1.1 混醛法

1.1.1 Little法

1967年，Adler等[8]以丙酸為溶劑，以苯甲醛和吡咯為原料，接觸空氣回流30min，過濾得到TPP。Little法[9]使用兩種醛（A-CHO/B-CHO）代替單一醛與吡咯反應，過濾得到A4/A3B/cis-A2B2/trans-A2B2/AB3/B4六種卟啉的混合物。進一步分離得到A3B型卟啉1，合成反應路徑如圖2所示。

總體來說，該法操作簡單，實驗條件溫和，反應路線較成熟，目標產(chǎn)物收率也相對較高，是目前A3B型卟啉合成中仍被廣泛應用并適合大規(guī)模制備的一種方法。然而，Little法源于Adler法，同樣存在著以下不足：①四苯基二氫卟啉副產(chǎn)物的生成降低了目標化合物的收率；②反應結束后體系中存在的焦油增加了分離純化的難度；③該體系不利于用含有對酸敏感官能團的醛類為原料合成相應的卟啉化合物。

眾多學者對Little法進行了探索和改進，其中較為突出的是通過對溶劑和氧化劑的改進而發(fā)展起來的混合溶劑法。混合溶劑法[10]用于合成A3B型卟啉具有諸多優(yōu)點：①有機羧酸發(fā)揮溶劑和酸催化劑的作用，使取代苯甲醛形成碳正離子，吡咯適度質子化；②硝基苯發(fā)揮溶劑和氧化劑的作用，使卟啉原和TPC氧化為卟啉，因此有利于提高目標產(chǎn)物收率和純度；③芳香化合物硝基苯的加入，提高了芳香醛和吡咯的溶解度，使之充分接觸，加快了反應速率；④混合溶劑體系降低了卟啉產(chǎn)物的溶解度，促使卟啉不斷從反應體系中析出，使得反應向卟啉生成方向移動，且卟啉易于同副產(chǎn)物分離。

Gon?alves等[11]以乙酸、硝基苯為混合溶劑合成了一系列卟啉，實驗結果表明兩種醛的物質的量之比（nA-CHO∶nB-CHO）對A3B型卟啉的收率具有決定性作用，當nA-CHO∶nB-CHO由3∶1增加至4∶1時，A3B型卟啉的收率由1.3%增至5.8%。

本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，該方法的關鍵點是：①探索合適的溶劑條件[12]；②探索原料醛的結構和擴散速度及其反應活性和卟啉選擇性及收率之間的關系；③設計并應用精巧的分離手段從混合物中分離得到目標化合物；④通過一系列控制手段調控醛與吡咯縮合的反應活性，實現(xiàn)A3B型卟啉的規(guī)?；铣?。

圖2 Little法合成卟啉反應路徑

1.1.2 Lindsey法

1987年Lindsey等[13]以二氯甲烷為溶劑，BF3-乙醚為催化劑合成卟啉原，然后使用氧化劑對卟啉原進行氧化得到卟啉。該法體現(xiàn)了動態(tài)共價化學的特征。首先，在接近室溫條件下，吡咯和醛類在B-酸或L-酸的催化下縮合生成卟啉原，該步為可逆反應；然后應用二氯二氰基對苯醌（DDQ）或四氯苯醌（TCQ）氧化劑對平衡體系進行氧化終止，促使卟啉原生成卟啉，該步為不可逆反應。Lindsey應用組合化學（combinatorial chemistry）原理，將兩種不同的醛與吡咯反應得到收率符合統(tǒng)計學規(guī)律的6種卟啉混合物，合成路徑如圖3所示。

該方法合成反應溫度低，可以避免焦油狀副產(chǎn)物的生成，并且溫和的反應條件對使用一些帶有敏感基團的芳香醛成為可能。但是該方法也同樣存在不足：①要求底物濃度極低，不適用于大規(guī)模合成；②氧化劑成本高，毒性大；③部分原料醛難溶于反應體系；④產(chǎn)物卟啉與其他副產(chǎn)物均溶解于反應體系中而不能析出，增加了分離難度。

Lindsey法也經(jīng)歷了多方改進，可分為以下幾個方面：①添加劑，乙醇添加劑可提高鄰位取代基苯甲醛合成相應卟啉的收率（鄰位鹵素取代的苯甲醛效果不明顯）[14]；②氧化劑，Lo等[15]應用SeO2代替DDQ和TCQ制備卟啉取得良好效果；③其他，譚紅彩[16]、劉朝周[17]應用高效液相色譜法測定混合醛法中產(chǎn)物的選擇性，與Adler法不同，是否加入添加劑、催化劑濃度高低（加入添加劑乙醇時）將影響Lindsey法產(chǎn)物的選擇性。

圖3 Lindsey法合成卟啉合成路徑

1.2 “2＋2”合成法

“2＋2”合成法由Macdonald等[18]提出，即利用兩分子二吡咯烷2縮合生成卟啉，該方法廣泛應用于合成各類不對稱卟啉。該方法的關鍵在于二吡咯烷的合成[19]，根據(jù)所采用的溶劑體系可將二吡咯烷的合成路線分為3類：①以吡咯為溶劑，B-酸或L-酸為催化劑，過量吡咯與醛（25∶1～100∶1，可阻止生成的二吡咯烷進一步縮合）縮合，產(chǎn)物二吡咯烷可以通過層析、升華等純化手段獲得，收率為45%～79%[20-21]；②以水為溶劑，B-酸或L-酸為催化劑，適當過量的吡咯與醛縮合，生成的產(chǎn)物二吡咯烷不斷從反應體系析出，分離簡單，收率高達90%[22]；③無溶劑體系，以固體酸為催化劑，適量的吡咯與醛反應1～5min，二吡咯烷收率為44%～63%，所用酸催化劑可重復利用[23]。

由“2＋2”法合成A3B型卟啉分為兩種途徑：①雙分子1-羥基烷基-二吡咯烷3縮合氧化；②二吡咯烷與1,9-二羥基烷基-二吡咯烷4縮合氧化[24]。但在實驗中發(fā)現(xiàn)：在酸催化下，“2＋2”合成法產(chǎn)物中有重排（scrambling）副產(chǎn)物生成，二吡咯烷在酸催化下發(fā)生分解并生成了游離吡咯[25]，生成少量N-confused卟啉，降低了產(chǎn)物的收率和純度。盡管B-酸和L-酸共同作為催化劑，將有效減少4,4’-二(1-羥基-烷基)二吡咯烷酸解[26]。但是，二吡咯烷酸解很可能由動力學控制，而非熱力學控制，因此，解決問題的根本辦法在于設計合適4,4’-二取代吡咯烷。合成路徑如圖4所示。

1.3 線性四吡咯烷合成法

圖4 “2＋2” 合成法

圖5 線性四吡咯烷法

線性四吡咯烷、膽色烷、次甲基膽色素以及二次甲基膽色素等環(huán)化可以生成相應的卟啉化合物。1952年Corwin等[27]最先報道了用膽色烷環(huán)化法合成卟啉。該合成法的技術路線分為兩步：①9-位含有保護基團的1-羥基烷基-二吡咯烷5與1-?；量?生成1-位保護的19-酰基四吡咯烷7；②利用取代四吡咯烷自縮合生成相應的卟啉[28-29]。

該合成法的關鍵在于選擇合適的保護基團，且保護基團要滿足兩個要求：①容易引入，在1-羥基烷基-二吡咯烷雙分子縮合生成四吡咯烷時發(fā)揮保護作用，避免環(huán)合；②四吡咯烷自環(huán)合前保護基團容易消去。實踐證明，溴是一種有效的保護基團[30]，如圖5所示。

該法在一定程度上克服了“2＋2”法中重排副產(chǎn)物的生成，且底物濃度大大提高，環(huán)合過程可用空氣為氧化劑，與“2＋2”法相輔相成。

1.4 微波合成法

1986年，Gedye等[31]將微波手段引入有機合成中。微波可明顯加快有機合成反應速率，提高產(chǎn)物的選擇性和收率，大大減少溶劑量，甚至使得固相反應成為可能。傳統(tǒng)的加熱回流方式合成卟啉反應時間較長（一般需回流1～3h）、副反應多、產(chǎn)率低、產(chǎn)物難提純。應用微波輔助加熱手段可以在無溶劑條件下合成A3B型卟啉[32-34]。Boens等[35]利用微波照射，分子碘催化，使用未純化的試劑較高收率地合成了A3B型卟啉。

1.5 卟啉中位衍生化法

酸催化甲醛與吡咯進行縮合并氧化得到卟吩（meso位無取代基）。親電試劑可以對富電子體卟吩中位進行選擇性取代。該方法包括：①中位取代反應，如Friedel-Crafts反應、Grignard反應、硝化反應和鹵化反應；②中位基團衍生法。

利用親電試劑對卟啉中位進行修飾是最常用的方法，如卡賓、重排反應、還原性甲基作用、硝化、硫氰化、鹵化[36-38]。酸催化體系合成卟啉方法無法完全避免合成中的重排反應，而且可用醛的種類有限。而有機鋰試劑能夠與卟啉配體及金屬卟啉發(fā)生芳香化合物親核取代反應，該親核反應優(yōu)先發(fā)生在卟啉中位，有較高的收率和突出的區(qū)域選擇性，該方法甚至可以用于合成ABCD型卟啉[39]。

應用烷基鋰試劑對金屬-OEP的中位親核取代制備A3B型卟啉可分為兩步：①親核取代反應生成10-烷基-10,20-二氫化合物；②利用DDQ等氧化二氫化物制備相應的金屬卟啉[39-40]。該反應具有以下特點：①烷基鋰試劑的使用有利于金屬卟啉meso位親核取代，其中Ni-OEP/ Zn-OEP/ Cu-OEP/ Co-OEP的中位烷基化產(chǎn)物A3B型卟啉收率40%～90%，但底物Fe-OEP在反應中降解；②芳基鋰試劑有利于卟啉配體的meso位親核取代（使用苯基鋰試劑時，A3B型卟啉產(chǎn)物收率＞95%），且對活性低的卟啉配體親核取代反應依然能順利進行；③以5,15-二取代卟啉為底物易于制備A3B型卟啉，而以5,10-二取代卟啉為底物，烷基及芳基取代基團優(yōu)先進入鄰位[15位或20位，選擇性為(7～20)∶1]，生成A3B型卟啉。該方法逐步引入中位取代基，合成的ABCD型卟啉的收率達20%～24%[39，41-42]。

A4型卟啉合成方法簡單且收率較高，利用親電取代反應將官能團引入富電子苯基是非常重要的修飾手段。Kruper等[43]最早采用發(fā)煙硝酸對四苯基卟啉進行硝化制備了5-對硝基苯基-10,15,20-三苯基卟啉，然后使用濃硫酸對其余三苯基進行磺化，其硝基易被還原成胺基，還可進一步衍生化。該方法的關鍵是選擇合適的硝化劑及反應條件，三氯乙酸·硝酸體系為硝化劑對可減少副反應的發(fā)生，硝化反應發(fā)生在中位苯基上；硝酸銅·乙酸酐體系為硝化劑，硝化反應發(fā)生在β位上[44]。盡管該方法操作簡單，收率較高，但后處理繁瑣，產(chǎn)物組成復雜，需進行大量正交實驗探索最佳反應條件。

2 A3B型卟啉化合物作為催化劑

卟啉類催化劑[45-46]具有諸多優(yōu)點：①卟啉配體作為電子給體穩(wěn)定中心高價金屬離子，金屬卟啉大π鍵可以穩(wěn)定中間體；②卟啉環(huán)剛性結構能對底物施加立體限制；③改變中心金屬原子的種類，不同取代基修飾卟啉外環(huán)，可靈活多變地調節(jié)金屬卟啉的催化性能[47-53]。

作為卟啉類催化劑的一種，A3B型卟啉化合物具有以下特異性：①A3B型金屬卟啉低對稱性引起了eg(π*)軌道分裂[6]，ΔEL-H降低，簡并軌道的分裂利于電子密度向低能級轉移[7]，更有利于氧氣的軸向吸附、配位及活化；②A3B型卟啉催化劑有利于進一步模擬細胞色素P-450分子的催化中心及微環(huán)境。目前應用于催化反應的A3B型卟啉類催化劑主要有B-鏈衍生化催化劑、固載A3B金屬型卟啉催化劑、A3B型金屬卟啉二聚體催化劑、Pacman型雙核金屬卟啉催化劑及Hangman型金屬卟啉催化劑。

2.1 B-鏈衍生化催化劑

對A3B型卟啉中的B-鏈進行衍生化可以得到一類尾式卟啉。尾式卟啉B-鏈中的雜原子（具有孤對電子，如N、O、S等）可以與該分子中心金屬形成分子內軸向金屬-雜原子配位鍵，模擬P-450軸向配位的半胱氨酸硫醇殘基；也可與其他分子的中心金屬形成分子間軸向配位鍵，形成卟啉二聚體，甚至形成多卟啉陣列。

環(huán)糊精、杯芳烴等包合物可通過π-π相互作用、氫鍵作用、疏水作用、偶極-偶極作用等包容底物，實現(xiàn)有選擇性地濃縮、固定底物于催化劑活性中心區(qū)域。上述功能基團連接到A3B型金屬卟啉，將提高金屬卟啉催化活性中心附近的底物濃度。利用環(huán)糊精為化學反應提供的微環(huán)境，Breslow等[54]使用環(huán)糊精-卟啉選擇性催化氧化雄甾烷衍生物（androstan-3,17-diol）制備羥基化物，且沒有酮生成，化合物8c的轉化數(shù)為2000，原料轉化率為50.1%。而結構更加簡單的8b（8c的前體）轉化數(shù)為2900，原料轉化率為64.9%，遠遠高于A4型卟啉8a。8b能屏蔽大環(huán)平面的一側（軸向上側或下側），因而底物和氧分子能夠被束縛于同側，而更有利于羥基化。

2,2,6,6-四甲基-哌啶-1-氧（TEMPO）能夠有效地氧化醇、硫化物、胺芐基醚等。Huang等[55]研究發(fā)現(xiàn)，以次氯酸鈉為氧化劑，該A3B型金屬卟啉-TEMPO（化合物9）能選擇性地催化氧化醇、硫化物為相應的醛酮（87%～99%）和砜（88%～96%），而保護基團沒有被破壞。對比Mn（TPP）Cl、Mn（TDCPP）Cl及TEMPO，該催化劑能更有效地催化氧化醇類為醛酮化合物。將兩種功能催化劑通過共價鍵有效連接、組裝或復合，就可實現(xiàn)靈活調節(jié)催化劑活性，發(fā)揮兩種催化劑之間的協(xié)同作用。

2.2 固載A3B型金屬卟啉催化劑

在反應條件下，卟啉類催化劑可被氧化，且卟啉分子會自聚或者吸附小分子等，這使得經(jīng)典四苯基金屬卟啉作為催化劑應用于氧化反應時的進一步發(fā)展遇到瓶頸。因此，在滿足反應物同催化劑充分接觸、減少卟啉自聚，從而更有效地發(fā)揮催化劑作用的同時，如何防止其在催化反應過程中分解，如何有效地分離催化劑與產(chǎn)物，實現(xiàn)催化劑的循環(huán)利用亟待解決。

采用固載方法是一種行之有效的解決方案[56-57]，A3B型金屬卟啉可定向地負載于固定相。Shi等[58]研究發(fā)現(xiàn)5-[p-(4-氟苯甲酸基)-m-乙氧基]苯基-10, 15,20-三苯基釓卟啉通過氫鍵連接到中孔分子篩（SBA-15）上后，使熒光顯著增強。Huang等[59-60]將5-（4-烯丙氧基）苯基-10,15,20-三（對氯苯基）卟啉、5-（4-烯丙氧基）苯基-10,15,20-三（4-磺酰苯基）卟啉負載于硅膠微球制備了一種新型多相催化劑，在光激發(fā)條件下，該催化劑能有效地氧化水中的1,5-二羥基萘，且催化劑穩(wěn)定性高，易于回收及重復利用。高保嬌等[61]將在交聯(lián)聚苯乙烯微球表面的同步合成與固載卟啉，所得的固載A3B型卟啉具有很高的催化活性（環(huán)己烷最高轉化率約為40%）與選擇性（環(huán)己醇的選擇性在90%以上）。Cai等[62]利用卟啉特殊的光電特性，將5-（4-烯丙氧基）苯基-10,15,20-三（4-甲基苯基）卟啉引入二氧化鈦溶膠體系構成復合新型復合雜化體系，研究發(fā)現(xiàn)相對于未修飾的二氧化鈦溶膠體系，該體系作用光譜移至可見光區(qū)，且在可見光下，該復合體系可以有效催化氧化1-甲基-4-異丙基-1,3-環(huán)己二烯。

2.3 金屬卟啉二聚體催化劑

天然的菌綠素在有機活體環(huán)境下會發(fā)生聚合。不同于A4型卟啉自聚導致催化活性降低，A3B型金屬卟啉化合物可發(fā)生分子間配位組裝以提高金屬卟啉催化活性。

Miyazaki等[63]制備了氯化5-(1-甲基-2-咪唑基)-10,15,20-三(五氟苯基)鐵（III）卟啉10a。該類分子可通過中心金屬-雜原子配位鍵形成二聚體10b。該催化劑常溫常壓催化氧化金剛烷制備1-金剛烷醇和2-金剛烷醇，總收率76.0%；而以氯化5,10,15,20-四(五氟苯基)鐵（III）卟啉和100eq。N-甲基咪唑作為催化劑，1-金剛烷醇和2-金剛烷醇的總收率僅為26.0%。

2.4 Pacman型雙核金屬卟啉催化劑

雙核金屬卟啉的催化活性一般高于單核金屬卟啉[64]，A3B型金屬卟啉中B鏈可以定向結合到“骨架”分子上，形成鑷子狀、樹狀等結構的雙核、多核金屬卟啉[65-66]。

以含有五氟苯基的Pacman型卟啉二聚體11c為例，其催化氧化過程為：Pacman型雙核卟啉受光激發(fā)，鑷子狀μ-氧代雙核鐵卟啉舒張，F(xiàn)e-O-Fe鍵斷裂，生成PFeIVO/PFeII成對物；在重新生成μ-氧代雙核卟啉之前，氧原子轉移并氧化底物。雖然Pacman效應影響μ-氧代雙核卟啉的生成，但該效應有利于打開“鑷子”，使得底物能接近光激發(fā)產(chǎn)生的氧化劑。但空間位阻過大，將使得Pacman型雙核卟啉的催化效果降低。在光照下，利用（DPDF）Fe2O(11a)催化氧氣氧化芴、二氫蒽、甲苯、二苯基甲烷時，產(chǎn)物選擇性可達100%，且無需共還原劑。在室溫下發(fā)生光解生成的共平面高活性化合物（PFeII）（PFeIV=O）11b很容易氧化富電子底物，如圖6所示[67-68]。

2.5 Hangman型金屬卟啉催化劑

結構進一步簡化的Hangman型金屬卟啉[69-70]實現(xiàn)了調控電子和質子轉移，B-鏈氧雜蒽結構將羧酸基團的氫鍵精確地懸掛于卟啉環(huán)平面之上，模擬P-450水通道作用，使得質子能沿軸向傳導并有利于活化氧氣。該結構具有適度大小的腔體，對研究O-O束縛、O···O鍵的形成和斷裂具有重要的作用。

圖 6 Pacman型μ-氧代雙核鐵卟啉催化氧氣氧化烴類

不同結構的Hangman型金屬卟啉催化活性不同。以MnCl（HPX-CO2H）（12a）/ MnCl（HPXCO2Me）（12b）/ MnCl（HPD-CO2H）（12c）/ MnCl （TMP）（12d）為催化劑，H2O2為氧化劑，催化氧化苯乙烯及cis-環(huán)辛稀的催化活性試驗表明，化合物12a的催化活性最高，該值約為化合物12b轉化數(shù)的兩倍，而化合物12c及12d催化活性較差[71]。該例充分說明B-鏈氧雜蒽結構能夠使得羧酸基團中氫鍵處于金屬卟啉中心活性位點，有利于氧氣的活化。

3 結論與展望

A3B型卟啉化合物具有特殊的物理、化學、光電以及結構特性，對其合成方法的研究及應用得到了科學界的密切關注。本課題組已在該領域取得了一系列的進展，且已用混合溶劑法合成了200余種各類卟啉類化合物，并將混合溶劑法與混醛法相結合，合成了14種A3B型卟啉配體新化合物。在金屬卟啉催化氧氣液相氧化烷基芳烴的反應中，A3B型金屬卟啉較A4型金屬卟啉具有更高的催化活性。

混醛法（Little法、Lindsey法）應用最為廣泛，其研究重點在于提高目標產(chǎn)物的選擇性和高效分離目標產(chǎn)物，通過探索原料醛的結構和擴散速度與其反應活性及卟啉選擇性和收率之間的關系、開發(fā)高效分離的方法，將有助于逐步解決上述問題；“2＋2”合成法、線性四烷基吡咯合成法的研究重點和難點在于設計和制備特殊結構的二吡咯烷，探索最佳縮合反應條件，降低二吡咯烷的重排反應；有機金屬試劑、微波合成法、點擊化學等方法的出現(xiàn)及進一步發(fā)展將可推動卟啉合成方法的發(fā)展。

細胞色素P-450作用機制研究不斷深入，為卟啉類催化劑的分子設計及發(fā)展開辟了新方向。利用計算化學輔助手段研究金屬卟啉微觀結構參數(shù)與其宏觀催化性能的關系，為分子設計提供快速可靠的方法。如通過B-鏈基團中引入適合的軸向配位基團，在空間結構和配位性質上更大限度地模仿細胞色素P-450，模擬生物體內催化反應的微環(huán)境，進一步實現(xiàn)仿生催化的目標；利用A3B結構的特殊性，同時引入親水親油性基團，進行兩相催化反應或者膠束催化反應，進而達到催化特殊反應的目的；將A3B型卟啉與多種結構化合物或者固載底物偶聯(lián)，如超支化聚合物等特殊結構，提高卟啉在催化反應中的穩(wěn)定性，并使其具有特殊和優(yōu)良的催化活性。由此通過對A3B型卟啉結構及功能合理、有效地衍生化，減少催化劑設計、合成和使用上的盲目性，并通過仿生合成、分子組裝等手段進一步模擬細胞色素P-450核心位點及結構，同時提高卟啉類催化劑的穩(wěn)定性、對底物的選擇性及不對稱催化性能，將成為仿生催化的前沿課題之一。

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Synthesis of A3B-typemeso-substituted unsymmetrical porphyrins and their application in biomimetic catalysis

SHE Yuanbin1，2，LI Kai1，WANG Chaoming1，YU Yanmin1
（1Institute of Green Chemistry and Fine Chemicals，School of Environmental and Energy Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China；2Key Laboratory of Catalysis and Materials Science of State Ethnic Affairs Commission & Ministry of Education，South-Central University for Nationalities，Wuhan 430074，Hubei，China）

As an important branch of porphyrin compounds，A3B-typemeso-substituted unsymmetrical porphyrins have extraordinarily and remarkably diverse physical，chemical，photoelectrical and structural properties. The synthesis methods of A3B-typemeso-substituted unsymmetrical porphyrins are discussed，involving the mixed aldehyde method，the “2+2” route，the bilane route，the derivation of porphyrin route and the microwave radiation method. Accordingly，some applications of various A3B-typemeso-substituted unsymmetrical porphyrins as biomimetic catalysts are elaborated. These porphyrins and their derivatives are designed，such as B-derived porphyrins which connect with other units of specific functions through the distinctmeso-substituted chain，supported A3B-metalloporphyrins，A3B-metalloporphyrins dimer，Pacman bis-metalloporphyrin constructs and Hangman metalloporphyrin constructs. The future main objective of porphyrin biomimetic catalytic is to synthesize more excellent porphyrins and be used in large-scale industrial production，achieving higher enantioselectivity and larger turn-over number under mild conditions.

A3B type porphyrin；synthesis；catalysis；oxidation

O 641.4；O 643.3

A

1000-6613（2014）06-1444-09

10.3969/j.issn.1000-6613.2014.06.016

2013-04-26；修改稿日期:2013-08-02。

國家自然科學基金（21276006、21036009）及科技部科技支撐（攻關）計劃（2009BAK61B00）項目。

及聯(lián)系人:佘遠斌（1965—），教授，博導，研究方向為綠色化學與精細有機化工。E-mail sheyb@bjut.edu.cn。