以二苯甲酮為端基的第一代樹狀取代酞菁鋅的合成*

劉建生, 彭亦如, 黃麗珊, 陳莉莉, 闕壽林

(福建師范大學(xué) 化學(xué)與材料學(xué)院,福建 福州 350007)

光動力療法(PDT)是一種治療腫瘤的新方法，而光敏劑則是PDT治療中的關(guān)鍵因素。由于酞菁配合物的光熱穩(wěn)定性好，在600 nm～850 nm具有較強的摩爾吸光系數(shù)，單線態(tài)氧產(chǎn)率高，被認為是很有潛力的第二代光敏劑[1]。但是，由于酞菁分子之間強的π-π作用導(dǎo)致熒光量子產(chǎn)率下降，三線態(tài)壽命縮短，降低了光敏效果[2，3]。樹枝狀大分子是近幾年來出現(xiàn)的一類具有高度支化結(jié)構(gòu)的大分子[4]。樹枝狀聚合物由核心、支化單元和外圍官能團三部分構(gòu)成，隨著代數(shù)的增加，官能團數(shù)目呈指數(shù)增長。研究結(jié)果表明，樹枝狀大分子引入到酞菁周邊，可以增加酞菁核周圍的空間位阻，實現(xiàn)對酞菁核的位點分離，將有效的降低酞菁配合物的聚集效應(yīng)。

鑒于上述考慮，本文設(shè)計并合成了以二苯甲酮基為外圍基團的第一代樹枝狀分子取代的酞菁鋅配合物————四[3,5-二(二苯甲酮-4-甲氧基)苯甲氧基]鋅酞菁[ZnPc(C35H27O5)4](4, Chart 1)。4-甲基二苯甲酮經(jīng)N-溴代丁二酰亞胺(NBS)溴代制得4-溴甲基二苯甲酮(1);1與3,5-二羥基苯甲醇反應(yīng)合成了外圍帶有二苯甲酮取代基的第一代樹枝狀分子3,5-二(二苯甲酮-4-甲氧基)苯甲醇(2); 2與4-硝基鄰苯二甲腈縮合制得外圍帶有二苯甲酮取代基的第一代樹枝狀分子4-[3,5-二(二苯甲酮-4-甲氧基)苯甲氧基]鄰苯二甲腈(3); 3經(jīng)“液相法”環(huán)合制得4(Scheme 1),其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR, IR和MS表征。

Scheme 1

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

Cary 50型紫外可見吸收光譜儀;FL900/FS920型穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熒光光譜儀;UNITY 500型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));PE-983G型紅外光譜儀(KBr壓片)；MALDI-TOF-MS Reflex Ⅲ型和LCQ Deca XP MAX型質(zhì)譜儀。

所用試劑均為分析純。

1．2 合成

(1)1的合成[5]

在三口瓶中加入4-甲基二苯甲酮3.92 g(20 mmol), NBS 3.6 g(20 mmol),過氧化苯甲酰0.4 g,四氯化碳25 mL，強光照射，攪拌下于78 ℃反應(yīng)7 h。趁熱過濾，濾液置冰水浴中冷卻析晶，過濾，濾餅用無水乙醇重結(jié)晶得白色固體12.7 g，產(chǎn)率49%, m.p.108 ℃～110 ℃;1H NMRδ: 7.80(t, 4H), 7.60(t, 1H), 7.51～7.46(m, 4H), 4.53(s, 2H); IRν: 1 646, 1 600, 1 448, 1 278, 1 154, 1 046, 598 cm-1; MSm/z: 273(M+)。

(2)2的合成[6]

在三口瓶中加入120 g(72 mmol), 3,5-二羥基苯甲醇4.9 g(35 mmol), 18-C-6冠醚1.85 g(7 mmol)，無水碳酸鉀12.1 g(87 mmol)，丙酮180 mL，氮氣保護,劇烈攪拌下于55 ℃反應(yīng)48 h。過濾，濾液減壓蒸干，剩余物用三氯甲烷和水萃取洗滌，水層用三氯甲烷萃取三次，合并有機相，用無水硫酸鎂干燥,濃縮至干，用混合溶劑[V(正己烷) ∶V(二氯甲烷)=2 ∶3]重結(jié)晶得白色粉末215 g，產(chǎn)率81%, m.p.135 ℃～136 ℃;1H NMRδ: 7.83(t, 8H), 7.46～7.59(m, 10H), 6.56(s, 1H), 6.66(s, 2H), 5.14(s, 4H), 4.66(s, 2H); IRν: 1 654, 1 602, 1 445, 1 314, 1 280, 1 154, 1 060 cm-1; MSm/z: 529(M+)。

(3)3的合成

在三口燒瓶中加入2 1.06 g(2 mmol), 4-硝基鄰苯二甲腈350 mg(2 mmol),無水碳酸鉀420 mg(3 mmol)的DMSO(30 mL)溶液，攪拌下于室溫反應(yīng)24 h。抽濾，濾液倒入冰水中析晶，過濾，濾餅用甲醇重結(jié)晶2次～3次，真空干燥得淺綠色固體30.92 g，產(chǎn)率70%;1H NMRδ: 7.84～7.86(d,J=8 Hz, 1H), 7.81～7.83(t,J=8 Hz, 8H), 7.72(s, 1H), 7.46～7.60(m, 10H), 7.33～7.34(d, 1H), 6.67(s, 2H), 6.65(s, 1H), 5.17(s, 4H), 5.13(s, 2H); IRν: 2 230, 1 652, 1 597, 1 449, 1 318, 1 281, 1 165, 1 069 cm-1; MSm/z: 655(M+)。

(4)4的合成

在三口燒瓶中加入3260 mg(4 mmol), Zn(OAc)2·2H2O 20 mg(1 mmol)和正戊醇10 mL，氮氣保護，攪拌下于130 ℃反應(yīng)30 min;待其完全溶解后滴加DBU(二氮雜二環(huán))1 mL,于140 ℃反應(yīng)24 h。冷卻至室溫，過濾,濾餅經(jīng)柱層析[洗脫劑：V(MeOH) ∶V(CHCl3)=1 ∶9]分離純化兩次得深綠色固體40.17g，產(chǎn)率63%;1H NMRδ: 7.82～7.84(d,J=8 Hz, 4H), 7.80～7.82(t,J=8 Hz, 32H), 7.65(s, 4H), 7.47～7.62(m, 40H), 7.11～7.13(d,J=8 Hz, 4H), 6.80(s, 8H), 6.68(s, 4H), 5.15(s, 24H); IRν: 1 650, 1 606, 1 486, 1 448, 1 278, 1 154, 1 046 cm-1; MSm/z: 2 680(M)。

2 結(jié)果與討論

IR分析表明:3在1 652 cm-1處出現(xiàn)C=O的伸縮振動吸收峰，1 597 cm-1為苯環(huán)的特征骨架振動，1 050 cm-1～1 150 cm-1的吸收峰可以指認為樹狀芳醚分子中C-O-C的伸縮振動，在2 230 cm-1處為氰基的特征振動吸收峰，說明合成的3與Scheme 1期待吻合。4在2 230 cm-1處氰基的特征吸收峰消失，1 606 cm-1為苯環(huán)的特征骨架振動，在1 400 cm-1～1 500 cm-1的吸收峰可指認為酞菁環(huán)上C=C和C=N的伸縮振動，說明合成了酞菁。

1H NMR分析表明,3在位于7.86～7.84, 7.33～7.34和7.72的三組信號分別對應(yīng)鄰苯二甲腈上的三個質(zhì)子，位于4.66處的亞甲基質(zhì)子峰消失，并在5.13處出現(xiàn)了一個苯甲醚質(zhì)子峰，進一步說明成功合成了3。4在7.84～7.82, 7.65和7.11～7.13的吸收峰分別被指認為酞菁環(huán)的三個質(zhì)子；7.82, 7.47～7.62, 6.80和6.68分別對應(yīng)于樹狀外圍的苯環(huán)質(zhì)子；5.15對應(yīng)芳醚鏈中亞甲基質(zhì)子。芳香區(qū)與烷烴的質(zhì)子的實測信號比(3.07 ∶0.73)與理論值(4 ∶1)基本一致。

質(zhì)譜分析(蒽酚為基質(zhì))表明,4的最大豐度分子離子峰m/z: 2 680與其分子量[ZnPc(C172H120N8O20Zn, 2 680]吻合。

λ/nm圖 1 4在DMSO中的UV譜圖*Figure 1 UV spectra of 4 in DMSO

*c(4)=n×10-5mol·L-1(n=1, 2, 3, 4, 5)

λ/nm圖 2 4在DMSO中的熒光光譜圖*Figure 2 Fluorescence spectrum of 4 in DMSO

*c(4)=2×10-5mol·L-1

測定了4在DMSO中的UV譜圖(圖1)和熒光光譜圖(圖2)。由圖1可見，4在DMSO中主要以單體形式存在,其摩爾吸光系數(shù)為8.692 5×105mol-1·cm-1·L;從圖2可以看出，4的發(fā)射光波長位于696 nm。

通過Frechet合成法合成了外圍帶有二苯甲酮樹枝狀分子四取代的酞菁鋅(4)，引入二苯甲酮樹枝狀分子取代基后，4在DMSO中主要以單體形式存在。

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