手性酰胺鍵橋連雙發色團型手性(鋅)卟啉的合成與性質

顧婷婷, 唐 興, 張生玉, 張 振*, 梁 旭*

(1. 江蘇大學 化學化工學院，江蘇 鎮江 212013； 2. 江蘇省宿遷衛生中等專業學校，江蘇 宿遷 223800)

卟啉類衍生物是廣泛存在于自然界中一類大環共軛化合物，在天然生命活動中扮演著重要的角色，如，鎂卟啉衍生物的(葉綠素)在綠色植物光合作用中的光吸收起核心作用、鐵卟啉衍生物(細胞色素a、b和c等)在生物氧化反應的充當電子的傳遞體，血紅蛋白中的手性鐵卟啉在維持紅細胞的形狀中起到了重要的作用等[1]。作為卟啉衍生物的重要分支，手性卟啉衍生物因其新穎的結構與性質，引起了諸多研究人員的關注。從合成方法來看，可在手性卟啉meso-或β-位引入手性基團、引入手性軸配體、調控卟啉環之間相互作用等方式來實現手性卟啉衍生物的合成[2-4]。

手性卟啉衍生物也在多個領域內得到了明確的應用，例如光合作用、生物分子氧化還原催化劑和手性分子[8-9]。手性酰胺鍵是一種非共軛柔性橋連基團，也是人體蛋白質最基本的結構。利用手性酰胺鍵橋連，可以得到多種結構的柔性手性卟啉衍生物及其金屬配合物，例如meso-四(2-氨基苯基)卟啉[5],meso-四(2,6-二羧基苯基)卟啉,meso-四(2,6-二羥基苯基)卟啉[7],meso-四(2,6-二氨基苯基)卟啉[10-14]等。

本文以L/D-丙氨酸為構建橋連基團的原料，將芘環和卟啉環橋連，得到兩例具有對映結構的雙發色團手性卟啉衍生物,并通過與Zn2+配位，得到兩例具有對映結構的鋅配合物(Scheme 1)。并通過光譜學、電化學的方法對于其電子結構進行了深入研究。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Bruker AV 400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；CE FLASH1112A型元素分析儀；Shimadzu UV-2450型紫外可見分光光度計；Varian 9705型熒光光譜儀； JASCO J-815型圓二色光譜儀測試；CHI-730D型電化學工作站[玻碳電極(工作電極)、鉑絲電極(輔助電極)和Ag/AgCl電極(參比電極)三電極體系，鄰二氯苯(o-DCB)為溶劑，N2氛圍，0.1 M高氯酸四丁基銨(TBAP)為電解質]。

1.2 合成

(1) 化合物L/D-3的合成

將化合物10.10 g(0.16 mmol)、 BOC-L-丙氨酸0.06 g(0.32 mmol)和N,N′-二環己基碳酰亞胺(DCC)0.17 g(0.80 mmol)加入25 mL干燥二氯甲烷中，攪拌下反應30 min(TLC跟蹤)。粗產品經硅膠柱層析(洗脫劑：二氯甲烷/甲醇=98/2，V/V)純化得化合物BOC-L-丙氨酸-H2TAPP(化合物L-2)。

將化合物L-2轉移至100 mL圓底燒瓶中，加入10 mL鹽酸(37%)和30 mL CH2Cl2，攪拌下反應2 h(TLC監測)。將反應液轉移至裝有100 mL去離子水和50 mL CH2Cl2的燒杯中，用氨水調節pH，分液，收集有機相，依次用水洗滌3次，無水硫酸鈉干燥，旋蒸除溶得化合物L-3粗品。經硅膠柱層析(洗脫劑：甲醇/二氯甲烷=5/95，V/V)純化，收集第二主帶(紫紅色帶)，旋轉蒸發除去溶劑得L-丙氨酸-H2TAPP(化合物L-3)0.080 g，產率為72%。

用類似的方法，以BOC-D-丙氨酸為原料，合成D-丙氨酸-H2TAPP(化合物D-3)0.067 g，產率為60.3%。

(2) 化合物L/D-4的合成

將化合物L-30.10 g(0.142 mmol)、 1-芘丁酸 0.06 g(0.284 mmol)和N，N′-二環己基碳酰亞胺0.40 g(1.9 mmol)加入到50 mL圓底燒瓶中，用20 mL甲苯溶解；于110 ℃回流反應12 h(TLC跟蹤)。蒸除溶劑，粗品經硅膠柱層析(洗脫劑：甲醇/二氯甲烷=5/95，V/V)純化，收集第三帶(紫紅色淡帶)，旋蒸除溶得紫色固體化合物L-40.071 g，產率為52.0%；1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.90(q,J=4.6 Hz, 5H), 8.72(d,J=4.6 Hz, 2H), 8.65(d,J=4.6 Hz, 2H), 8.19(d,J=6.8 Hz, 2H), 8.14(d,J=7.6 Hz, 3H), 8.06(d,J=7.5 Hz, 3H), 7.89～7.77(m, 4H), 7.70(dt,J=16.6 Hz, 8.4 Hz, 9H), 7.64～7.46(m, 10H), 2.68～2.46(m, 2H), 1.31～1.27(m, 3H)； MSm/z: 971[M+]； Anal. Calcd for C67H50N6O2： C 82.99, H 5.31, N 8.49, C 82.86, H 5.19, N 8.65。

用類似的方法，以D-3為原料，合成紫色固體化合物D-40.079 g，產率為57.49%;1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 9.18(s, 1H), 8.84(s, 4H), 8.75(t,J=4.0 Hz, 4H), 8.31(d,J=9.1 Hz, 1H), 8.25 - 7.70(m, 31H), 3.47(t,J=7.4 Hz, 2H), 2.49(d,J=7.4 Hz, 2H), 1.59(d,J=6.9 Hz, 3H), -2.80(s, 2H); MSm/z: 971[M+]; Anal. Calcd for C67H50N6O2: C 82.95, H 5.28, N 8.53, C 82.86, H 5.19, N 8.65。

(3) 化合物L/D-5的合成(以L-5為例)

將化合物L-40.02 g(0.0204 mmol)和乙酸鋅0.01 g(0.0545 mmol， 2.5 eq.)加入50 mL的圓底燒瓶中，加入20 mLN，N′-二甲基甲酰胺，N2氛圍，于160 ℃回流反應2 h(TLC監測)。蒸除溶劑，粗品經硅膠柱層析(洗脫劑：甲醇/二氯甲烷=5/95，V/V)純化得紫色固體化合物L-50.015 g，產率為70.8%；1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.90(q,J=4.6 Hz, 4H), 8.73(d,J=4.6 Hz, 2H), 8.67(d,J=4.6 Hz, 2H), 8.28～8.11(m, 5H), 8.08(dd,J=7.4 Hz, 3.2 Hz, 3H), 7.98(q,J=7.2 Hz, 2H), 7.85(d,J=7.9 Hz, 2H), 7.77(d,J=7.8 Hz, 1H), 7.68(dd,J=14.7 Hz, 5.7 Hz, 9H), 7.66～7.57(m, 6H), 7.54(d,J=8.9 Hz, 1H), 7.43(t,J=7.6 Hz, 1H), 7.35(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.18(d,J=7.9 Hz, 2H), 3.36(t,J=7.2 Hz, 1H), 2.28(t,J=6.9 Hz, 1H), 2.18～2.10(m, 1H), 1.44(t,J=7.2 Hz, 3H)； MSm/z： 1034.54[M+]; Anal. Calcd for C67H48N6O2Zn: C 77.92, H 4.77, N 8.01, C 77.79, H 4.68, N 8.12。

用類似的方法，以D-4為原料，合成紫色固體化合物D-50.021 g，產率為71.5%；1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.84(d,J=1.5 Hz, 4H), 8.77～8.69(m, 4H), 8.33～8.15(m, 7H), 8.09～7.92(m, 8H), 7.90～7.64(m, 14H), 6.31(d,J=7.2 Hz, 1H), 4.97～4.89(m, 1H), 3.46(t,J=7.7 Hz, 2H), 2.51(t,J=7.8 Hz, 2H), 2.41～2.32(m, 2H), 1.61(d,J=6.8 Hz, 3H), -2.79(s, 2H)； MSm/z： 1034.54[M+]； Anal. Calcd for C67H48N6O2Zn： C 77.99, H 4.81, N 7.98, C 77.79, H 4.68, N 8.12。

2 結果與討論

2.1 表征

(1) 光譜表征

圖1 為化合物L/D-4在二氯甲烷溶液中紫外-可見吸收光譜，兩種構型的化合物紫外-可見吸收光譜相似，其中波長λ=300～350 nm之間的吸收峰對應為化合物中芘的特征吸收，在λ=418 nm處對應卟啉自由堿Soret帶的特征峰，分別在λ=514、 550、 592及646 nm處對應Q帶特征吸收，且與四苯基卟啉自由堿吸收光譜相似[4]，說明通過非共軛氨基酸橋聯的化合物L/D-4結構中芘環結構與卟啉環結構之間的相互作用較弱。與L/D-4相比，L/D-5在λ=419 nm表現出soret帶特征吸收，在λ=547, 588 nm處表現出Q帶特征吸收，同時摩爾吸光系數增大，其主要原因為Zn2+的引入，引起了卟啉環結構對稱性由D2h轉為D4h的轉變，π軌道能級簡并，同時，Zn2+的引入降低了HOMO-LUMO軌道能級差，增強了化合物在紫外-可見光區的吸收。

λ/ nm

λ/nm

λ/nm

手性卟啉L/D-4(圖4)及其鋅配合物L/D-5(圖5)均表現出強的熒光特性。在二氯甲烷中，手性卟啉L/D-4分別在λ=646、 710 nm處的表現出與Q帶吸收峰呈現鏡像對稱的熒光發射峰。隨著Zn2+配位，卟啉L/D-5環結構中的電子云密度發生改變，在λ=592、 639 nm處表現出強度關系與L/D-4不同的熒光發射峰。同時，對映異構體之間的熒光發射峰沒有顯著區別。

λ/nm

λ/ nm

為了研究手性橋連基團與不同發色團之間的手性相互作用，利用圓二色光譜對化合物L/D-4及L/D-5進行了研究。如圖5所示，化合物L/D-4在411 nm處產生呈鏡像關系的CD信號，對卟啉Soret帶區域，但并未在芘環吸收光譜對應區域內表現出典型CD信號，證明卟啉分子與手性酰胺鍵的激發耦合強度強于芘環。手性鋅卟啉L/D-5在卟啉Soret帶區域410、 414、 418和424 nm處產生鏡像對稱、譜項為+/-/+/-(L-5)和-/+/-/+(D-5)的CD光譜信號，說明金屬Zn2+對分子的CD光譜信號有一定的調控作用，且在芘環所在區域內。

2.2 電化學性能

在含0.1 M四丁基高氯酸銨(TBAP)的鄰二氯苯溶液(o-DCB)中使用三電極系統測試了化合物L/D-5的電化學循環伏安圖，微分脈沖伏安圖以及不同掃描速度下的循環伏安圖，如圖6所示(以D-5圖略)。

Potential(Vvs Ag/AgCl)

從圖中可以看出，化合物L-5有兩個還原可逆峰，分別為E1/2=-1.09 V和-1.46 V，兩個可逆氧化峰分別為E1/2=1.09 V和1.40 V；化合物D-5有兩個還原可逆峰，分別為E1/2=-1.09 V和-1.41 V，兩個可逆氧化峰分別為E1/2=1.09 V和1.46 V。構型不同的兩種化合物具有相似的電化學性質，氧化以及還原均具有兩級可逆峰。具體數據見表1。

表1 化合物L/D-5在o-DCB中的氧化還原電位

根據兩個化合物的掃速圖分別在其一級氧化和一級還原處對其電流值和掃描速率的平方根取點作圖(圖略)，得到電流值與掃描速率的平方根的關系：電流值與掃描速率的平方根是呈線性關系的，其線性相關性表明化合物L/D-5的氧化和還原過程均是在電極表面呈擴散控制的。

合成了兩個手性酰胺鍵橋連的雙發色團卟啉衍生物L/D-4及其金屬配合物L/D-5。 L/D-4以及L/D-5的圓二色光譜均呈現鏡像對稱的關系，加入金屬離子之后其CD信號發生了改變表明金屬離子的加入對于卟啉的電子云密度以及空間結構均有一定的調控作用。測試了化合物L/D-5的電化學性質。結果表明，化合物雖然構型不同，但電化學性質相似，并且在電極表面的氧化和還原過程均為擴散控制。