張立娜，劉珂珂，朱莉娜

(天津大學理學院，天津 300072)

兩種帶吡啶基側(cè)臂的新型不對稱卟啉的合成與表征

張立娜，劉珂珂，朱莉娜*

(天津大學理學院，天津 300072)

合成了2種帶吡啶基側(cè)臂的新型不對稱卟啉，5-[4-(乙烯基氧基)苯基]-10,15,20-三[4-((2-(O-吡啶-3基)乙氧基)氧基)苯基]卟啉和其水溶性陽離子卟啉5-[4-(乙烯基氧基)苯基]-10,15,20-三[4-((2-(O-(N-甲基吡啶)-3基)乙氧基)氧基)苯基]卟啉，并通過紅外光譜、質(zhì)譜、核磁共振氫譜、紫外光譜和熒光光譜對其結(jié)構(gòu)進行了表征。

不對稱卟啉；陽離子卟啉；吡啶基；合成；表征

卟啉化合物在自然界中普遍存在，是調(diào)節(jié)生物體生命活動不可或缺的物質(zhì)，被譽為“生命色素”。卟啉化合物的母體卟吩環(huán)是剛性的共軛大環(huán)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的特殊性使卟啉化合物具有獨特的光電性質(zhì)，在催化、分析化學、醫(yī)藥及化學傳感等領(lǐng)域有著廣泛應用[1-3]。

G-四鏈體(G-quadruplex)是由富含鳥嘌呤堿基G的DNA或RNA序列形成的一種特殊的核酸二級結(jié)構(gòu)，人類染色體末端的單鏈富G序列可以形成G-四鏈體結(jié)構(gòu)，一旦形成G-四鏈體，就不能再被端粒酶所延伸，從而達到終止細胞永生化的目的[4-6]。G-四鏈體成為近年來癌癥治療研究中的一個重要靶標，能識別并穩(wěn)定G-四鏈體的化合物有望被開發(fā)成為一類新型的抗癌藥物。研究表明，一些特殊結(jié)構(gòu)的卟啉可以與G-四鏈體發(fā)生作用，如廣泛報道的四-(4-甲基吡啶基)卟啉(TMPyP4)和作者所在課題組報道的一系列帶有較長陽離子側(cè)臂的新型卟啉衍生物等[7-10]，這些化合物對G-四鏈體顯示出良好的增穩(wěn)或識別作用。

目前，已經(jīng)合成出了多種卟啉類衍生物，并將其應用到了各個研究領(lǐng)域。卟啉的合成方法有很多，Rothemund法是最早提出的卟啉合成方法，是以吡咯和醛類化合物為原料合成四苯基卟啉(TPP)；隨后人們又通過Adler-Longo法[11-12]、Lindsey法[13]、微波激勵法[14]、“2+2”法和“3+1”法[15]合成出不同結(jié)構(gòu)的卟啉。其中，Adler-Longo法是最常用的方法，基于此，作者先通過經(jīng)典的Adler-Longo法合成出四羥基苯卟啉(THPP)，再通過鹵代烴的親核取代反應，在卟啉環(huán)側(cè)臂的酚羥基上修飾1，2-二溴乙烷，合成出5，10，15，20-四[4-(2-溴乙氧基)苯基]卟啉(TBrEOPP)；最后基于堿性環(huán)境中溴代烷烴可發(fā)生親核取代反應及消去反應，在TBrEOPP的側(cè)臂上引入3-羥基吡啶基和乙烯基，從而得到帶吡啶基側(cè)臂的新型不對稱卟啉化合物5-[4-(乙烯基氧基)苯基]-10,15,20-三[4-((2-(O-吡啶-3基)乙氧基)氧基)苯基]卟啉(TriPyE(V)OPP)和其水溶性陽離子卟啉5-[4-(乙烯基氧基)苯基]-10,15,20-三[4-((2-(O-(N-甲基吡啶)-3基)乙氧基)氧基)苯基]卟啉(TriMPyE(V)OPP)，并通過紅外光譜、質(zhì)譜、核磁共振氫譜、紫外光譜和熒光光譜對其結(jié)構(gòu)進行了表征。合成路線如圖1所示。

圖1 目標化合物的合成路線

1 實驗

1.1 試劑與儀器

所用試劑均為分析純或色譜純。

Perkin-Elmer 1600型傅立葉變換紅外光譜儀(KBr壓片法)，掃描范圍4 000～400 cm-1；Cary-60型紫外可見分光光度計；RF-5301PC型熒光分光光度計；Mercury Vx-500型核磁共振波譜儀，TMS為內(nèi)標，掃描頻率500 MHz；基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜儀(MALDI-TOF-MS)；Varian 7.0T型FT-MS質(zhì)譜儀；艾科浦微量無機型超純水機。

1.2 合成方法

1.2.1 四羥基苯卟啉(THPP)的合成與分離

稱取6.1 g對羥基苯甲醛，放入三口瓶中。然后向三口瓶中加入6 mL DMSO，再加入100 mL丙酸作溶劑，攪拌，加熱至100 ℃左右。取5 mL吡咯，避光減壓蒸餾，取3.5 mL重蒸后的吡咯和10 mL丙酸，加入恒壓滴液漏斗中，待反應溫度達到128 ℃時滴加吡咯，控制滴加速度為2～3 s一滴，滴完后升溫至139 ℃，加熱回流2 h。反應完畢，冷卻至100 ℃左右減壓抽濾，得到藍色固體。用30 mL無水乙醇重結(jié)晶，抽濾得到紫色固體。以丙酮為洗脫劑，用200～300目硅膠柱分離得到純凈的THPP。

1.2.2 5,10,15,20-四[4-(2-溴乙氧基)苯基]卟啉(TBrEOPP)的合成與分離

稱取0.2 g THPP和300 mg K2CO3于100 mL三口瓶中，再加入50 mL DMF攪拌均勻，使THPP完全溶解在DMF中。取0.5 mL 1，2-二溴乙烷和10 mL DMF混合于分液漏斗中，滴加至三口瓶中，控制滴加速度為1～2 s一滴，常溫攪拌。滴加完畢，將混合液加熱至60 ℃反應4 h，抽濾得到紫紅色液體，用20 mL DMF沖洗上層K2CO3。將濾液用等比例的水和二氯甲烷萃取3次，收集有機相，旋干得TBrEOPP粗品。將粗品溶解混入硅膠粉后裝柱，用洗脫劑二氯甲烷-乙醇(3∶1，體積比，下同)分離，除去未反應完全的1，2-二溴乙烷及一取代、二取代和三取代副產(chǎn)物。

1.2.3 5-[4-(乙烯基氧基)苯基]-10,15,20-三[4-((2-(O-吡啶-3基)乙氧基)氧基)苯基]卟啉(TriPyE(V)OPP)的合成與分離

稱取0.7 g 3-羥基吡啶和300 mg K2CO3于100 mL三口瓶中，再加入40 mL DMF攪拌均勻，使3-羥基吡啶與K2CO3混合均勻。取0.2 mg TBrEOPP和20 mL DMF混合于分液漏斗中，滴加至三口瓶中，控制滴加速度為2～3 s一滴，常溫攪拌。滴加完畢，將混合液加熱至60 ℃反應2.5 h，抽濾得到紫紅色液體，用10 mL DMF沖洗上層K2CO3。將濾液用等比例的水和二氯甲烷萃取3次，得到有機相，旋干得TriPyE(V)OPP粗品。然后采用薄層分離法將粗品分離，展開劑為二氯甲烷-乙醇(16∶1)，分離后的樣品刮取第三帶重結(jié)晶后進行進一步純化。

1.2.4 5-[4-(乙烯基氧基)苯基]-10,15,20-三[4-((2-(O-(N-甲基吡啶)-3基)乙氧基)氧基)苯基]卟啉(TriMPyE(V)OPP)的合成與分離

取30 mg TriPyE(V)OPP和30 mL無水二氯甲烷于三口瓶中，在分液漏斗中加入9 mL碘甲烷，整個裝置用黑色塑料袋罩住，將三口瓶抽真空，用N2換氣3次，然后常溫攪拌并滴加碘甲烷，反應24 h后抽濾。用二氯甲烷和乙醚沖洗濾餅上的固體，得到純凈的TriMPyE(V)OPP。

1.3 表征方法

1.3.1 質(zhì)譜表征

將待測樣品溶解在易溶的溶劑中，TBrEOPP溶解在DMF中，TriPyE(V)OPP溶解在二氯甲烷中，TriMPyE(V)OPP溶解在乙醇中，濃度均約為1 mg·mL-1，溶解后的樣品在無絮狀物、無沉淀的情況下進行質(zhì)譜分析。

1.3.2 核磁共振氫譜表征

取10 mg左右的待測樣品裝入石英核磁管中，選用氘代試劑溶解，TriPyE(V)OPP用CDCl3溶解，TriMPyE(V)OPP用DMSO-d6溶解。管內(nèi)樣品高度3 cm左右。

1.3.3 紫外光譜和熒光光譜表征

待測樣品濃度為5 μmol·L-1，總體積為100 μL，用Tris-HCl緩沖液(10 mmol·L-1，pH值為7.0)調(diào)節(jié)溶液pH值。紫外光譜掃描范圍為300～850 nm；熒光光譜的激發(fā)波長為420 nm，掃描范圍為600～800 nm，狹縫寬度為5 nm。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜分析

化合物TBrEOPP、TriPyE(V)OPP和TriMPyE(V)OPP的紅外光譜數(shù)據(jù)見表1。

表1 化合物的紅外光譜數(shù)據(jù)

Tab.1 FTIR data of compounds

從表1可以初步推斷，TBrEOPP是通過1，2-二溴乙烷與THPP發(fā)生反應生成，THPP酚羥基上的氫被溴代乙基鏈取代后，在2 924 cm-1處出現(xiàn)了亞甲基的C-H伸縮振動吸收峰，在1 240 cm-1處則出現(xiàn)了與苯環(huán)相連的芳醚的C-O特征伸縮振動吸收峰，初步證明了TBrEOPP的生成；與TBrEOPP比較，TriPyE(V)OPP在3 034 cm-1、1 640 cm-1處以及TriMPyE(V)OPP在3 062 cm-1、1 641 cm-1處的新峰分別為烯烴基團的C-H和C=C伸縮振動；與TriPyE(V)OPP比較，TriMPyE(V)OPP在2 941 cm-1處的峰為甲基的C-H伸縮振動，進一步驗證了TriMPyE(V)OPP的成功合成。另外，3個化合物在3 315 cm-1附近的吸收峰為吡咯N-H伸縮振動；1 604～1 450 cm-1之間的吸收峰為芳香環(huán)上C=C和C=N伸縮振動；700～900 cm-1之間3個中強峰可歸屬為對位取代苯環(huán)上C-H面外彎曲振動吸收峰。

2.2 低分辨質(zhì)譜分析

圖2為TBrEOPP和TriPyE(V)OPP的低分辨質(zhì)譜圖，其主要數(shù)據(jù)見表2。

圖2 TBrEOPP(a)與TriPyE(V)OPP(b)的低分辨質(zhì)譜圖

表2 化合物的主要質(zhì)譜數(shù)據(jù)

圖2檢測的是正離子場的質(zhì)量，一般情況下分子離子峰是由M+H代表。從表2可知，理論m/z與實際m/z基本一致，其誤差在低分辨質(zhì)譜所允許的范圍內(nèi)。表明成功合成了TBrEOPP和TriPyE(V)OPP。

2.3 高分辨質(zhì)譜分析(圖3)

圖3檢測的是正離子場的質(zhì)量，一般情況下分子離子峰是由M+H代表。從圖3可以看出，TriMPyE(V)OPP的m/z為370.8254，理論m/z為370.82，其誤差在高分辨質(zhì)譜所允許的范圍內(nèi)。證明成功合成了較純凈的TriMPyE(V)OPP。

2.4 核磁共振氫譜分析(圖4)

TriPyE(V)OPP的核磁共振氫譜數(shù)據(jù)見表3。

圖3 TriMPyE(V)OPP的高分辨質(zhì)譜

圖4 TriPyE(V)OPP的核磁共振氫譜

表3 TriPyE(V)OPP的核磁共振氫譜數(shù)據(jù)

Tabl.3 1HNMR data of TriPyE(V)OPP

從圖4和表3可以看出，δ(ppm)：-1.91(s，2H，pyrrole NH)，8.86(s，8H，pyrrole H)，8.07、8.14(d，8H，Ph-H)，7.18、7.37 (d，8H，Ph-H)，4.37(s，12H，OCH2CH2O)，8.44(s，3H，pyridine H)，8.29(s，3H，pyridine H)，7.27(s，6H，pyridine H)，7.16(s，1H，-CH=CH-)，5.05(s，1H，-CH=CH-)，4.64(s，1H，-CH=CH-)。結(jié)果與合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)一致，證明已成功合成出較純凈的TriPyE(V)OPP。

2.5 紫外光譜和熒光光譜

陽離子卟啉TriMPyE(V)OPP具有良好的水溶性，有望用于生物體系的研究中。TriMPyE(V)OPP在pH=7.0時的紫外光譜和熒光光譜如圖5所示。

圖5 TriMPyE(V)OPP的紫外光譜(a)和熒光光譜(b)

從圖5a可以看出，TriMPyE(V)OPP紫外光譜的最大吸收峰對應于該化合物的最高占據(jù)軌道(HOMO)和最低空軌道(LUMO)之間的能級差，其紫外吸收光譜的吸收峰是由HOMO和LUMO之間的π→π*躍遷產(chǎn)生。其中HOMO有2個能量接近的α1μ(π)和α2μ(π)軌道，LUMO對應有一對間并的eg(π)能級。TriMPyE(V)OPP的紫外特征吸收峰分別位于Soret帶(B吸收帶)423 nm處和Q帶525 nm、562 nm、597 nm、651 nm處。其中423 nm處的紫外吸收峰為卟吩環(huán)和苯環(huán)π軌道的α1μ(π)→eg(π)躍遷所產(chǎn)生；Q帶525 nm、562 nm、597 nm、651 nm處的紫外吸收峰為π軌道的α2μ(π)→eg(π)躍遷所產(chǎn)生。

從圖5b可以看出，TriMPyE(V)OPP的熒光發(fā)射峰位于658 nm和720 nm處。

3 結(jié)論

采用Adler-Longo法先合成THPP，再在酚羥基上引入溴代烷基鏈取代基，然后通過鹵代烴的親核取代反應和消去反應，修飾卟啉環(huán)側(cè)臂，合成了帶吡啶基側(cè)臂的新型不對稱卟啉TriPyE(V)OPP及其水溶性陽離子卟啉TriMPyE(V)OP。該研究豐富了不對稱卟啉衍生物的合成，合成出的陽離子卟啉具有良好的水溶性，有望進一步用于生物活性的研究中。

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Synthesis and Characterization of Two Novel Asymmetric Porphyrinwith Pyridyl Side Arm

ZHANG Li-na,LIU Ke-ke,ZHU Li-na*

(SchoolofScience,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)

Wesynthesizedtwonovelasymmetricporphyrinwithpyridylsidearm,whichwere5-[4-(ethenyloxy)phenyl]-10,15,20-tri[4-(2-(O-pyridyl)ethoxyl)oxyphenyl]porphyrinanditswater-solublecationicporphyrin5-[4-(ethenyloxy)phenyl]-10,15,20-tri[4-(2-(O-(N-methylpyridyl)ethoxyl)oxyphenyl]porphyrin.AndwecharacterizedtheirstructuresbyFTIR,MS,1HNMR,UVandfluorescencespectra.

asymmetricporphyrin;cationicporphyrin;pyridylgroup;synthesis;characterization

國家自然科學基金項目(21371130)，天津市應用基礎(chǔ)研究項目(15JCYBJC48300)

2017-04-05

張立娜(1990-)，女，滿族，河北承德人，碩士研究生，研究方向：生物無機化學，E-mail：844123962@qq.com；通訊作者：朱莉娜，副教授，E-mail：linazhu@tju.edu.cn。

10.3969/j.issn.1672-5425.2017.08.005

O626

A

1672-5425(2017)08-0022-05

張立娜，劉珂珂，朱莉娜.兩種帶吡啶基側(cè)臂的新型不對稱卟啉的合成與表征[J].化學與生物工程，2017，34(8)：22-26，36.