專利名稱：一種卟啉及金屬卟啉的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種卟啉及金屬卟啉的合成方法。
背景技術(shù)：
卟啉和金屬卟啉在分析化學(xué)、光電轉(zhuǎn)換、模擬載氧、藥物化學(xué)及仿生催化等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用，并取得了令人矚目的成果。目前合成金屬卟啉的方法主要是兩步法，即先將吡咯和(取代)苯甲醛縮合生成卟啉，然后卟啉和金屬鹽反應(yīng)生成金屬卟啉。由于第二步卟啉金屬化的收率一般都很高，因此金屬卟啉的收率主要取決于卟啉的收率。中國專利CN 1238355C(授權(quán)公告日2006年1月25日)公開了一種金屬卟啉的合成方法，該方法是在有機(jī)溶劑中加入吡咯、芳香醛和可溶性鋅鹽，得到芳基卟吩和鋅芳基卟啉的混合物，再加入可溶性金屬鹽得到金屬卟啉。該方法存在的問題是(1)加入的有機(jī)溶劑基本上為單一溶劑(見實(shí)施例1～6及8～10)。(2)需要加入鋅鹽作為模板中心；(3)收率僅為20～40％。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種卟啉及金屬卟啉的合成方法，該方法采用有機(jī)羧酸及硝基苯衍生物構(gòu)成的混合溶劑代替單一溶劑，不需加入其它金屬鹽(如可溶性鋅鹽)，可直接合成卟啉及金屬卟啉，且使卟啉和金屬卟啉的收率達(dá)到40％以上。
本發(fā)明所提供的一種卟啉及金屬卟啉的合成方法，包括以下步驟在由C1～C8兩種不同的直鏈脂肪酸和硝基苯或硝基苯衍生物組成的混合溶劑中加入摩爾比為1∶1～3的吡咯和取代苯甲醛，反應(yīng)體系中吡咯的濃度為10-2～1mol/L，加熱回流1～2h，冷卻，得到如通式(I)所示的卟啉；將摩爾比為1∶1～8的卟啉與可溶性過渡金屬鹽在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶劑中反應(yīng)2～5h，得到如通式(II)所示的金屬卟啉。
上文所述的兩種不同的直鏈脂肪酸的重量百分比均為10～85％，優(yōu)選20～70％，硝基苯或硝基苯衍生物的重量百分比為0～25％。
上文所述的兩種不同的直鏈脂肪酸優(yōu)選C1～C6的直鏈脂肪酸，特別優(yōu)選C1～C4的直鏈脂肪酸，最優(yōu)選C2～C3的直鏈脂肪酸。
通式(I) 通式(II)通式(I)和(II)中，R2＝H時(shí)，R1＝H、NO2、Cl、CH3、OCH3或OH；R1＝H時(shí)，R2＝H、NO2、Cl、CH3、OCH3或OH；M＝Fe、Co、Mn、Cu或Zn。
上文所述的可溶性過渡金屬鹽是鐵、鈷、錳、銅、鋅的氯化物或醋酸鹽。
目前幾乎所有的化學(xué)研究人員都認(rèn)為影響金屬卟啉合成的因素不僅很多，而且反應(yīng)過程中的副反應(yīng)也多，且許多副產(chǎn)物尚未確認(rèn)，只有使用單一溶劑才能很好地控制反應(yīng)的進(jìn)程，且單一溶劑有利于產(chǎn)物的分離和提純，因此迄今為止都是在單一溶劑的前提下通過改變?nèi)軇?、催化劑等條件來改進(jìn)合成金屬卟啉的方法，以期提高卟啉的收率，但收效甚微，其最大收率不超過40％。由于合成不同取代基的金屬卟啉時(shí)，反應(yīng)對酸度和溶劑的極性及溶解性要求不同，且副產(chǎn)物在不同酸度的溶劑中的溶解度不同。而單一溶劑的酸度、極性和溶解性均不可調(diào)，很顯然，單一溶劑不能滿足金屬卟啉合成的多樣性。因此，本發(fā)明采用混合溶劑來代替單一溶劑，合成了一系列不同取代基的金屬卟啉，收率均得到很大的提高。
采用混合溶劑合成金屬卟啉具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)(1)混合酸既是溶劑又是催化劑。大量事實(shí)已證明無酸催化時(shí)，該反應(yīng)很難進(jìn)行。(2)使用混合酸溶劑可以在很大程度上調(diào)整酸度和溶劑的極性。因?yàn)椴煌娜〈郊兹﹨⑴c卟啉合成時(shí)對酸度的要求也不同。(3)混合溶劑中各組分的配比不同，其pH值范圍不同，可滿足本反應(yīng)對酸度的不同要求。實(shí)驗(yàn)表明，選用pKa在2.0～4.0范圍的酸作催化劑，產(chǎn)率較高。(4)在卟啉的合成過程中，溶劑的沸點(diǎn)對反應(yīng)也有影響。金屬卟啉的合成應(yīng)在盡可能溫和的條件下進(jìn)行，升高溫度將導(dǎo)致高分子量的卟啉合成的副產(chǎn)物增多。混合溶劑的沸點(diǎn)都較低，其不同配比的混合液的沸程不同，使反應(yīng)溫度易于控制，同時(shí)也減少了吡咯的自聚。(5)生成金屬卟啉的反應(yīng)需要氧化劑。采用單一溶劑時(shí)，氧化劑是空氣中的氧，效果不好。而混合溶劑中的硝基苯或其衍生物是一種良好的氧化劑，有利于卟啉和金屬卟啉的合成。另外硝基苯的加入還大大提高了反應(yīng)物和副產(chǎn)物的溶解度，使產(chǎn)物易于分離、提純。
眾所周知，金屬卟啉屬大分子化合物，其合成受多種因素的影響，因而如何提高其收率是目前金屬卟啉合成及應(yīng)用的最大難點(diǎn)之一。而本發(fā)明采用混合溶劑代替單一溶劑后，使卟啉的收率有較大的提高，最高值已達(dá)58％，進(jìn)而也提高了金屬卟啉的收率，最高值也達(dá)到57％，這是目前此類化合物收率達(dá)到的最高值，而且產(chǎn)物的純度也有很大的提高，均已通過元素分析測試。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1在250mL三頸燒瓶中，加入60mL正辛酸、20mL甲酸和20mL硝基苯(三者的重量百分比分別是53％，23％，24％)混合溶劑，再加入10mmol苯甲醛，之后，滴加10mmol吡咯，加熱回流2h，冷卻，加入30mL甲醇，攪拌，靜置過夜，抽濾，得四苯基卟啉(即通式(I)中R1＝H，R2＝H)，干燥稱重，其收率為47.6％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.7％。
將0.1g四苯基卟啉與0.3g醋酸鈷在30mL的DMF溶劑中加熱回流4h，冷卻，抽濾，得四苯基鈷卟啉(即通式(II)中R1＝H，R2＝H，M＝Co)，干燥稱重，其金屬化收率為99.8％，四苯基鈷卟啉的總收率為47.5％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.7％。
實(shí)施例2在250mL三頸燒瓶中，加入60mL丙酸、20mL冰乙酸和20mL間硝基甲苯(三者的重量百分比分別是58％，20％，22％)混合溶劑，再加入10mmol對硝基苯甲醛，之后，滴加10mmol吡咯，加熱回流2h，冷卻，加入30mL甲醇，攪拌，靜置過夜，抽濾，得四-(對-硝基苯基)卟啉(即通式(I)中R1＝NO2，R2＝H)，干燥稱重，其收率為45.5％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.8％。
將0.1g四-(對-硝基苯基)卟啉與0.3g醋酸亞鐵在30mL的DMF溶劑中加熱回流5h，冷卻，抽濾，得四-(對-硝基苯基)鐵卟啉(即通式(II)中R1＝NO2，R2＝H，M＝Fe)，干燥稱重，其金屬化收率為96.6％，四-(對-硝基苯基)鐵卟啉的總收率為44.0％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.8％。
實(shí)施例3在250mL三頸燒瓶中，加入80mL丙酸、10mL冰乙酸和10mL硝基苯(三者的重量百分比分別是78％，10％，12％)混合溶劑，再加入10mmol對氯苯甲醛，之后，滴加10mmol吡咯，加熱回流2h，冷卻，加入30mL甲醇，攪拌，靜置過夜，抽濾，得四-(對-氯苯基)卟啉(即通式(I)中R1＝Cl，R2＝H)，干燥稱重，其收率為41.1％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.9％。
將0.1g四-(對-氯苯基)卟啉與0.3g醋酸錳在30mL的DMF溶劑中加熱回流5h，冷卻，抽濾，得四-(對-氯苯基)錳卟啉(即通式(II)中R1＝Cl，R2＝H，M＝Mn)，干燥稱重，其金屬化收率為99.6％，四-(對-氯苯基)錳卟啉的總收率為40.9％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.9％。
實(shí)施例4在250mL三頸燒瓶中，加入70mL正己酸、20mL甲酸和20mL硝基苯(三者的重量百分比分別是58％，21％，21％)混合溶劑，再加入10mmol對甲基苯甲醛，之后，滴加10mmol吡咯，加熱回流2h，冷卻，加入30mL甲醇，攪拌，靜置過夜，抽濾，得四-(對-甲基苯基)卟啉(即通式(I)中R1＝CH3，R2＝H)，干燥稱重，其收率為51.9％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.7％。
將0.1g四-(對-甲基苯基)卟啉與0.3g氯化鋅在30mL的DMF溶劑中加熱回流2h，冷卻，抽濾，得四-(對-甲基苯基)鋅卟啉(即通式(II)中R1＝CH3，R2＝H，M＝Zn)，干燥稱重，其金屬化收率為97.7％，四-(對-甲基苯基)鋅卟啉的總收率為50.7％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.7％。
實(shí)施例5在250mL三頸燒瓶中，加入60mL丙酸、20mL冰乙酸和20mL硝基苯(三者的重量百分比分別是57％，20％，23％)混合溶劑，再加入10mmol對甲氧基苯甲醛，之后，滴加10mmol吡咯，加熱回流2h，冷卻，加入30mL甲醇，攪拌，靜置過夜，抽濾，得四-(對-甲氧基苯基)卟啉(即通式(I)中R1＝OCH3，R2＝H)，干燥稱重，其收率為57.8％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.7％。
將0.1g四-(對-甲氧基苯基)卟啉與0.3g醋酸鈷在30mL的DMF溶劑中加熱回流4h，冷卻，抽濾，得四-(對-甲氧基苯基)鈷卟啉(即通式(II)中R1＝OCH3，R2＝H，M＝Co)，干燥稱重，其金屬化收率為98.3％，四-(對-甲氧基苯基)鈷卟啉的總收率為56.8％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.6％。
實(shí)施例6在250mL三頸燒瓶中，加入70mL正丁酸、20mL甲酸和20mL硝基苯(三者的重量百分比分別是58％，21％，21％)混合溶劑，再加入10mmol對羥基苯甲醛，之后，滴加10mmol吡咯，加熱回流2h，冷卻，靜置過夜，抽濾，得四-(對-羥基苯基)卟啉(即通式(I)中R1＝OH，R2＝H)，干燥稱重，其收率為41.9％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.7％。
將0.1g四-(對-羥基苯基)卟啉與0.3g醋酸銅在30mL的DMF溶劑中加熱回流3h，冷卻，抽濾，得四-(對-羥基苯基)銅卟啉(即通式(II)中R1＝OH，R2＝H，M＝Cu)，干燥稱重，其金屬化收率為95.7％，四-(對-羥基苯基)銅卟啉的總收率為40.1％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.6％。
實(shí)施例7在250mL三頸燒瓶中，加入70mL冰乙酸和30mL丙酸(二者的重量百分比分別是70％，30％)混合溶劑，再加入10mmol鄰硝基苯甲醛，之后，滴加10mmol吡咯，加熱回流2h，冷卻，加入30mL甲醇，攪拌，靜置過夜，抽濾，得四-(鄰-硝基苯基)卟啉(即通式(I)中R1＝H，R2＝NO2)，干燥稱重，其收率為43.2％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.7％。
將0.1g四-(鄰-硝基苯基)卟啉與0.3g醋酸銅在30mL的DMF溶劑中加熱回流3h，冷卻，抽濾，得四-(鄰-硝基苯基)銅卟啉(即通式(II)中R1＝H，R2＝NO2，M＝Cu)，干燥稱重，其金屬化收率為97.8％，四-(鄰-硝基苯基)銅卟啉的總收率為42.2％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.7％。
實(shí)施例8在250mL三頸燒瓶中，加入40mL丙酸、40mL正丁酸和20mL硝基苯(三者的重量百分比分別是39％，37％，24％)混合溶劑，再加入10mmol鄰氯苯甲醛，之后，滴加10mmol吡咯，加熱回流2h，冷卻，加入30mL甲醇，攪拌，靜置過夜，抽濾，得四-(鄰-氯苯基)卟啉(即通式(I)中R1＝H，R2＝Cl)，干燥稱重，其收率為49.8％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.7％。
將0.1g四-(鄰-氯苯基)卟啉與0.3g醋酸錳在30mL的DMF溶劑中加熱回流5h，冷卻，抽濾，得四-(鄰-氯苯基)錳卟啉(即通式(II)中R1＝H，R2＝Cl，M＝Mn)，干燥稱重，其金屬化收率為99.6％，四-(鄰-氯苯基)錳卟啉的總收率為49.6％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.6％。
實(shí)施例9在250mL三頸燒瓶中，加入60mL丙酸、20mL冰乙酸和25g對硝基甲苯(三者的重量百分比分別是56％，20％，24％)混合溶劑，再加入10mmol鄰甲基苯甲醛，之后，滴加10mmol吡咯，加熱回流2h，冷卻，加入30mL甲醇，攪拌，靜置過夜，抽濾，得四-(鄰-甲基苯基)卟啉(即通式(I)中R1＝H，R2＝CH3)，干燥稱重，其收率為45.5％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.7％。
將0.1g四-(鄰-甲基苯基)卟啉與0.3g醋酸鋅在30mL的DMF溶劑中加熱回流2h，冷卻，抽濾，得四-(鄰-甲基苯基)鋅卟啉(即通式(II)中R1＝H，R2＝CH3，M＝Zn)，干燥稱重，其金屬化收率為98.0％，四-(鄰-甲基苯基)鋅卟啉的總收率為44.6％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.7％。
實(shí)施例10在250mL三頸燒瓶中，加入60mL丙酸、20mL冰乙酸和20mL鄰硝基甲苯(三者的重量百分比分別是57％，20％，23％)混合溶劑，再加入10mmol鄰甲氧基苯甲醛，之后，滴加10mmol吡咯，加熱回流2h，冷卻，加入30mL甲醇，攪拌，靜置過夜，抽濾，得四-(鄰-甲氧基苯基)卟啉(即通式(I)中R1＝H，R2＝OCH3)，干燥稱重，其收率為42.1％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.7％。
將0.1g四-(鄰-甲氧基苯基)卟啉與0.3g醋酸銅在30mL的DMF溶劑中加熱回流3h，冷卻，抽濾，得四-(鄰-甲氧基苯基)銅卟啉(即通式(II)中R1＝H，R2＝OCH3，M＝Cu)，干燥稱重，其金屬化收率為99.8％，四-(鄰-甲氧基苯基)銅卟啉的總收率為42.0％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.8％。
實(shí)施例11在250mL三頸燒瓶中，加入60mL丙酸、20mL甲酸和20mL硝基苯(三者的重量百分比分別是56％，22％，22％)混合溶劑，再加入10mmol鄰羥基苯甲醛，之后，滴加10mmol吡咯，加熱回流2h，冷卻，靜置過夜，抽濾，得四-(鄰-羥基苯基)卟啉(即通式(I)中R1＝H，R2＝OH)，干燥稱重，其收率為40.2％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.7％。
將0.1g四-(鄰-羥基苯基)卟啉與0.3g醋酸銅在30mL的DMF溶劑中加熱回流3h，冷卻，抽濾，得四-(鄰-羥基苯基)銅卟啉(即通式(II)中R1＝H，R2＝OH，M＝Cu)，干燥稱重，其金屬化收率為99.6％，四-(鄰-羥基苯基)銅卟啉的總收率為40.0％，經(jīng)液相色譜檢測其純度為99.8％。
權(quán)利要求
1.一種卟啉及金屬卟啉的合成方法，其特征在于包括以下步驟在由C1～C8兩種不同的直鏈脂肪酸和硝基苯或硝基苯衍生物組成的混合溶劑中加入摩爾比為1∶1～3的吡咯和取代苯甲醛，反應(yīng)體系中吡咯的濃度為10-2～1mol/L，加熱回流1～2h，冷卻，得到如通式(I)所示的卟啉；將摩爾比為1∶1～8的卟啉與可溶性過渡金屬鹽在N，N-二甲基甲酰胺溶劑中反應(yīng)2～5h，得到如通式(II)所示的金屬卟啉， 通式(I) 通式(II)通式(I)和(II)中，R2＝H時(shí)，R1＝H、NO2、Cl、CH3、OCH3或OH；R1＝H時(shí)，R2＝H、NO2、Cl、CH3、OCH3或OH；M＝Fe、Co、Mn、Cu或Zn。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的合成方法，其特征在于所述的兩種不同的直鏈脂肪酸的重量百分比均為10～85％，硝基苯或硝基苯衍生物的重量百分比為0～25％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的合成方法，其特征在于所述的兩種不同的直鏈脂肪酸為C1～C6的直鏈脂肪酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的合成方法，其特征在于所述的兩種不同的直鏈脂肪酸為C1～C4的直鏈脂肪酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的合成方法，其特征在于所述的兩種不同的直鏈脂肪酸為C2～C3的直鏈脂肪酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的合成方法，其特征在于所述的兩種不同的直鏈脂肪酸的重量百分比均為20～70％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的合成方法，其特征在于所述的硝基苯衍生物為硝基甲苯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種卟啉及金屬卟啉的合成方法。該方法是在由C
文檔編號C07F3/06GK1944434SQ20061011407
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月27日
發(fā)明者佘遠(yuǎn)斌, 張?zhí)旎? 孫志成, 王蘭芝, 鐘儒剛 申請人:北京工業(yè)大學(xué)