中药氧化卟啉原及合成卟啉新方法研究

摘要

卟啉是一种具有18原子18π电子的大环芳香化合物，具有特殊的光活性和生物活性，以叶绿素、血红素等形式广泛存在于生物体内。卟啉类化合物目前主要应用于催化、分析、太阳能发电、癌症等疾病的诊断和光动力学治疗(photodynamic therapy, PDT)。卟啉虽然用途广泛，但其合成有一定难度而且成本较高，建立卟啉产品收率高，操作简易﹑成本低的合成方法，具有重要的理论和现实意义。
　　目前已有很多研究表明多种中药特别是含醌式结构化合物的中药，其抗癌等药理活性和肝毒性等副作用都与其氧化性有一定联系。可以尝试以中药为氧化剂用于卟啉原的氧化，并以此反应为中药活性研究提供一个化学衡量标度。
　　卟啉可以在癌组织中有效富集，可否利用这一特点，以卟啉为载体，结合具有抗癌活性的药物以实现靶向给药和联合用药。
　　针对上述问题，本课题主要进行了以下几方面的试验研究：
　　i.中药对卟啉原的氧化
　　按照Lindsey方法合成卟啉原，以90%纯度大黄酸为对照，研究了大黄、虎杖、何首乌﹑茜草﹑紫草、莱菔子等中药在苯甲醚-吡啶环境中对卟啉原的氧化作用。以HPLC法测定四苯基卟啉(TPP)和四苯基二氢卟吩(TPC)的产率。TPP产率越高，TPC含量越少，氧化能力越強。
　　试验结果表明大黄、虎杖、何首乌等中药可以将卟啉原氧化为卟啉，各种中药的氧化能力强弱顺序依次为：何首乌>虎杖>大黄>茜草>莱菔子>紫草。
　　ii.考察不同反应条件下青蒿素对卟啉原的氧化能力
　　按照Lindsey方法合成卟啉原，分别在苯甲醚、苯甲醚-吡啶和苯甲醚-丙酸环境中考察不同纯度青蒿素对卟啉原的氧化能力，以了解青蒿素的氧化特性。
　　大黄酸和青蒿素都可以将卟啉原氧化为卟啉，但相同条件下青蒿素氧化能力较强。青蒿素在碱性条件下氧化能力强于酸性。
　　iii.以HPLC法研究了硝基苯氧化卟啉原的反应机理
　　按照Lindsey方法合成卟啉原，以硝基苯为氧化剂氧化卟啉原；利用HPLC法跟踪反应过程TPC在产物中所占比例随时间变化趋势，以了解反应达到平衡所需时间及卟啉原的氧化程度。检验反应后是否有苯胺生成，以证实反应中硝基苯氧化卟啉原而自身被还原为苯胺。
　　试验结果表明在反应中，硝基苯将卟啉原完全氧化为卟啉，产物中不含二氢卟吩。用HPLC法可以证实反应前反应系统中不含苯胺，硝基苯氧化卟啉原时自身被还原后生成了苯胺。这表明硝基苯在该反应中的作用与反应机制与其在制备喹啉的Skrup反应的相同。
　　iv.研究合成卟啉新方法
　　本课题分别研究了以多种取代苯甲酸及吡啶-三氟乙酸盐﹑吡啶-丙酸盐和三氯化铝-氯化钠等低温熔盐为溶剂合成卟啉类化合物。
　　试验表明以邻甲基苯甲酸、间甲基苯甲酸等取代苯甲酸为溶剂可以有效合成四苯基卟啉﹑四-(4-甲氧基苯基)卟啉和四-(4-氯苯基)卟啉等卟啉化合物。并发现熔点(mp℃，以Y表示)与pKa(以X表示)值满足关系式：D=Y-36.25X<0的取代苯甲酸使目标化合物收率达35%~47%。D>0的取代苯甲酸不能用作溶剂。而且此关系式可以外延用于判别取代苯酚能否用于该合成反应。
　　将适宜的取代苯甲酸在130℃电磁搅拌下熔化、加入反应原料，搅拌反应50min，待反应系统冷却后以乙醇处理，产率可达35%~47%甚至更高。若反应后以沸水经适当的处理可以回收70%左右的溶剂。
　　以吡啶-三氟乙酸盐﹑吡啶-丙酸盐为溶剂合成四苯基卟啉及四-4-吡啶基卟啉，部分目标化合物被质子化，产率约20%。以三氯化铝-氯化钠为溶剂则不能得到产品。
　　v.卟啉质子化现象的研究
　　当卟啉与酸作用时，H+会与卟啉环中的N结合，发生质子化。质子化卟啉有很多独特的性质。比较重要的是其UV-Vis吸收谱的变化和在乙醇中溶解能力大大增加。
　　以0.2%三氟乙酸-氯仿、0.2%三氟乙酸-乙醇为质子化试剂，考察卟啉质子化前后其溶解性和UV-Vis吸收谱的变化，并探索其变化规律。
　　卟啉质子化后UV-Vis吸收图谱会发生明显的变化，随着卟啉质子化程度的增加，Soret带和Q带会逐渐发生红移和变形，特别是640nm~650nm之间的吸收峰不但红移明显而且吸收强度大大增加。当卟啉完全质子化时，其UV-Vis吸收图谱与对应的二氢卟吩十分接近。卟啉UV-Vis吸收谱的红移程度受苯环上取代基的影响较大。其红移值Δλ与苯环上取代基的Hammettσ值呈指数关系。
　　卟啉质子化后可溶于乙醇。这一性质可以解决卟啉用于PDT时溶解性差和在红光区吸收较弱的缺点，在PDT应用上具有很大潜力。
　　本研究一方面以卟啉原氧化反应为指标，考察了多种中药和中药有效成分的氧化性，为其药理、毒理研究提供了化学参数。另一方面探索了在取代苯甲酸和低温熔盐中合成卟啉的方法。在取代苯甲酸中合成卟啉，操作简便，收率较高，而且反应后容剂可以回收再利用，符合绿色化学要求。以低温熔盐为溶剂合成卟啉可以克服传统方法的一些不足，为难容于二氯甲烷或对酸敏感的卟啉的合成开辟新的途径。
　　目前卟啉作为PDT光敏剂，因其极性小，难溶解、难给药，在临床使用上受到了一定的限制。卟啉往往在红光区、近红外区吸收较少而难以达到理想的疗效。而当卟啉与酸作用被质子化后，其溶解性有了显著的变化，能够溶解于乙醇中，为制剂和给药提供了便利。同时质子化卟啉的UV-Vis吸收图谱发生红移，在红光区的吸收显著增加，这有助于光敏剂在体内更好的吸收激发光，提高PDT疗效。

目录

声明

引言

第一章 文献研究

1.1 卟啉、卟吩的结构和性质

1.2卟啉类化合物在医学中的应用

1.3 卟啉化合物文献合成方法与反应机理

第二章 本论文研究内容

2.1 新型PDT光敏剂的筛选及结构改造

2.2 中药中筛选抗癌药物的物理化学标度

2.3 主要研究目的和思路：

第三章 含醌式结构或亚砜结构成分的抗癌中药对卟啉原的氧化作用研究

3.1 实验材料：

3.2 试验方法

3.3 结果

3.4 讨论

第四章 青蒿提取液及青蒿素对卟啉原的氧化作用

4.1 实验材料

4.2 试验方法

4.3 结果

4.4 讨论

第五章 硝基苯氧化卟啉原反应机理研究

5.1 实验材料

5.2 试验方法

5.3 结果

5.4 讨论

第六章 在取代苯甲酸中合成卟啉

6.1 实验材料

6.2 试验方法

6.3 结果

6.4 讨论

第七章 在低温熔盐中合成卟啉

7.1 实验材料

7.2 试验方法

7.3 结果

7.4 讨论

第八章 质子化卟啉的UV-Vis谱研究

8.1 实验材料

8.2 试验方法

8.3 结果

8.4 讨论

结语

一 研究结果小结

二 创新性

三 展望

参考文献

附录I 图谱

附录II 硕士研究生在读期间发表论文情况

致谢