高分子固载化的阳离子卟啉化合物及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高分子固载化的阳离子卟啉化合物及其制备方法，属于卟啉固载化的技术领域。本发明以苯环上带叔胺基的苯甲醛为反应试剂之一，在氯甲基化交联聚苯乙烯微球表面，实施含叔胺基的苯基卟啉的同步合成与固载，再通过季铵化反应，制备高分子固载化的阳离子苯基卟啉。固载化的阳离子卟啉与蛋白质分子之间可产生强烈的主-客体相互作用，在生物及医药学领域有着重要的科学意义。本发明高分子固载化的阳离子卟啉化合物，制备工艺简单，阳离子卟啉固载量高，制得的材料稳定性好，可多次重复使用。

说明书

技术领域

本发明属于卟啉的高分子固载化领域，具体涉及一种高分子固载化阳离子卟啉化合物及其制备方法。

背景技术

卟啉是一类大环化合物，广泛存在于自然界与生命体中。碳-氮骨架上的大π键分子轨道给予它们独特的生物活性与物理化学特性，比如，它们可以传输氧分子、转移电子、催化化学反应、识别分子及离子，并具有光敏特性等. 模拟卟啉及金属卟啉的结构与功能，合成各种特殊结构卟啉类化合物，已成为目前材料科学中备受关注的研究领域。在各种结构的卟啉类化合物中，阳离子卟啉是一类性能更为特别的卟啉类化合物，它们具有强的形成主-客体超分子聚集体的能力，在生物、医学、分子识别及构建传感器等领域都具有重要应用[M Haeubl, S Schuerz, B Svejda e tal. European Journal of Medical Chemistry, 2010, 45: 760；T-X Ye, S-L Ye, D-M Chen et al. Spectrochimica Acta Part A, 2012, 86: 467]，尤其与核酸DNA之间的强相互作用，在生命科学领域引起了极大的关注；另外，阳离子卟啉的金属配合物在碳氢化合物的氧化过程中，也具有优良的催化活性，且凭借其大环周围的阳离子特性，通过离子交换可以插入多种无机载体中，形成固载化的阳离子金属卟啉催化剂。然而，目前阳离子卟啉多以小分子的形式被应用，存在化学稳定性差，难于分离，不便于再回收使用等缺点。目前，关于阳离子卟啉的高分子化的报道很少。

发明内容

本发明的发明目的：解决了现有的阳离子卟啉存在化学稳定性差，难于分离，不便于再回收使用等缺点，提供了一种高分子固载化的阳离子卟啉化合物；并提供了该高分子固载化阳离子卟啉化合物的制备方法。

本发明中所用醛基化改性交联聚苯乙烯微球（BA-CPS），可以按照文献[万敏，高保娇，程伟，赵新龙，化学通报，2012，75(2)：166]中所述的方法获得。

高分子固载化的阳离子卟啉化合物，其特征在于结构式如下：

，

其中，代表交联聚苯乙烯微球。

上述的高分子固载化的阳离子卟啉的制备方法，步骤如下：

1）、将0.5g醛基化改性交联聚苯乙烯微球加入到20-30mL一号溶剂中，使醛基化改性交联聚苯乙烯微球溶胀后，依次加入1.0-1.2g对二甲氨基苯甲醛与0.008-0.012mol催化剂；升温至110-130℃，缓慢滴加20mL溶有0.68-0.72mL吡咯的一号溶剂，恒温反应7-9h，冷却，抽滤，乙醇洗涤，真空干燥，得固载有含叔胺基（TA）的苯基卟啉，即meso-三(对-二甲氨基苯基)卟啉微球TAPP-CPS，

2）、将1g meso-三(对-二甲氨基苯基)卟啉微球TAPP-CPS置入30-40 mL的二号溶剂中，N₂保护下，升温至35-45℃，加入2-3mL季铵化试剂，恒温反应3-4h，抽滤，用二号溶剂和蒸馏水多次洗涤，真空干燥，制得固载有阳离子苯基卟啉，即meso-三(对-三甲铵基苯基)卟啉（4-trimethylammoniophenyl porphyrin, TMAPP）的聚合物微球TMAPP-CPS，

所述的一号溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺或者N,N-二甲基甲酰胺，所述的催化剂为乳酸、对硝基苯甲酸、水杨酸、氯乙酸或丙酸，

所述的二号溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺或N,N-二甲基甲酰胺，所述的季铵化试剂为碘甲烷、氯化苄或二氯亚砜。

如图1显示，醛基化改性交联聚苯乙烯微球（BA-CPS）和固载有叔胺基苯基卟啉的功能微球TAPP-CPS的红外光谱图。

在BA-CPS的红外光谱中，在1683cm^-1处出现了醛羰基的特征吸收；2736cm^-1处的峰为醛基C-H键的伸缩振动吸收，1212 cm^-1处的峰为芳香醚键键的伸缩振动吸收。在微球TAPP-CPS的谱图中，1683cm^-1处的醛基特征吸收峰已大为减弱，但却清楚地显现出了苯基卟啉的诸特征吸收：在1014 cm^-1 (明显加强)、824 cm cm^-1及701 cm^-1等处出现了卟啉的骨架振动吸收，在949 cm^-1处则出现了卟啉内环N-H键的伸缩振动吸收（这是卟啉形成的重要特征）。上述这些谱峰的变化清楚地表明，在微球BA-CPS微球表面实现了苯基卟啉的同步合成与固载，形成了固载叔胺基苯基卟啉的微球TAPP-CPS。由于固载阳离子卟啉的微球TMAPP-CPS的红外光谱与微球TAPP-CPS几乎相同，不再重复。

为说明本发明高分子固载化阳离子卟啉的主-客体相互作用，使用荧光发射光谱来研究该材料与蛋白质的相互作用。将制备的高分子固载化阳离子卟啉加入到蛋白质的pH=7.4磷酸盐缓冲溶液中，测其上清液荧光发射光谱。

本发明相对现有技术具有如下有益效果：采用一种新颖且简捷的方式，将阳离子卟啉固载在交联聚苯乙烯树脂上，制得一种新型高分子固载化阳离子卟啉。阳离子卟啉的固载量高达0.14-0.18mmol/g。本发明所制备的高分子固载化阳离子卟啉与蛋白质能产生强的主-客体相互作用，该特性在生命科学、医药学以及非均相催化等领域均具有重要的科学意义；且其克服了小分子阳离子卟啉的缺点，具有好的稳定性、重复使用性、易于分离回收等优点。

附图说明

图1为显示醛基化改性交联聚苯乙烯微球（BA-CPS）和固载有叔胺基苯基卟啉的功能微球TAPP-CPS的红外光谱图，

图2为为溶菌酶和加入高分子固载化阳离子卟啉后的溶菌酶溶液的发射光谱图，

图3为牛血清白蛋白和加入高分子固载化阳离子卟啉后的牛血清白蛋白溶液的发射光谱图。

具体实施方式

实施例1：在四口烧瓶中，加入0.5g醛基化改性交联聚苯乙烯微球（BA-CPS）和20mL二甲基亚砜，使微球溶胀后，依次加入1.164 g对二甲氨基苯甲醛与0.01mol乳酸；升温至110℃，缓慢滴加20mL溶有0.72mL吡咯的二甲基亚砜溶液，恒温反应8h，冷却，抽滤，乙醇洗涤，真空干燥，即得固载有含叔胺（TA）基的苯基卟啉meso-三(对-二甲氨基苯基)卟啉的微球TAPP-CPS。

然后在四口烧瓶中，加入1g TAPP-CPS微球和30 mL N,N-二甲基甲酰胺，N₂保护下，升温至40℃，加入2mL碘甲烷，恒温反应3h，抽滤，N,N-二甲基甲酰胺和蒸馏水多次洗涤，真空干燥，制得固载有阳离子卟啉—meso-三(对-三甲铵基)苯基卟啉（4-trimethylammoniophenyl porphyrin, TMAPP）的聚合物微球TMAPP-CPS，阳离子卟啉的固载量为0.18mmol/g。

将制备的一定量的高分子固载化阳离子卟啉加入到溶菌酶的pH=7.4磷酸盐缓冲溶液中，测其上清液荧光发射光谱。图2为溶菌酶和加入高分子固载化阳离子卟啉后的溶菌酶溶液的发射光谱图，由图可知，所制备的高分子固载化阳离子卟啉与溶菌酶确实产生了强的相互作用，使溶菌酶的荧光发射强度大大降低。然后用0.1 mol/L的NaOH溶液洗高分子固载化阳离子卟啉，将其重复作用于溶菌酶溶液，重复使用15次，其仍可使溶菌酶的荧光发射强度大大降低，说明该高分子固载化阳离子卟啉具有良好的重复使用性能。

实施例2：在四口烧瓶中，加入0.5g醛基化改性交联聚苯乙烯微球（BA-CPS）和20mL N,N-二甲基乙酰胺，使微球溶胀后，依次加入1.2 g对二甲氨基苯甲醛与0.012mol水杨酸；升温至120℃，缓慢滴加20mL溶有0.72mL吡咯的N,N-二甲基乙酰胺溶液，恒温反应9h，冷却，抽滤，乙醇洗涤，真空干燥，即得固载有含叔胺（TA）基的苯基卟啉meso-三(对-二甲氨基苯基)卟啉的微球TAPP-CPS。

然后在四口烧瓶中，加入1g TAPP-CPS微球和30 mL 二甲基亚砜，N₂保护下，升温至45℃，加入3mL氯化苄，恒温反应3h，抽滤，二甲基亚砜和蒸馏水多次洗涤，真空干燥，制得固载有阳离子卟啉—meso-三(对-三甲铵基)苯基卟啉（4-trimethylammoniophenyl porphyrin, TMAPP）的聚合物微球TMAPP-CPS，阳离子卟啉的固载量为0.16mmol/g。

将制备的一定量的高分子固载化阳离子卟啉加入到牛血清白蛋白的pH=7.4磷酸盐缓冲溶液中，测其上清液荧光发射光谱。图3为牛血清白蛋白和加入高分子固载化阳离子卟啉后的牛血清白蛋白溶液的发射光谱图，由图可知，所制备的高分子固载化阳离子卟啉与牛血清白蛋白确实产生了强的相互作用，使牛血清白蛋白的荧光发射强度大大降低。然后用0.1 mol/L的NaOH溶液洗高分子固载化阳离子卟啉，将其重复作用于溶菌酶溶液，重复使用13次，其仍可使溶菌酶的荧光发射强度大大降低，说明该高分子固载化阳离子卟啉具有良好的重复使用性能。

实施例3：在四口烧瓶中，加入0.5g醛基化改性交联聚苯乙烯微球（BA-CPS）和30mL N,N-二甲基甲酰胺，使微球溶胀后，依次加入1.0 g对二甲氨基苯甲醛与0.008mol氯乙酸；升温至130℃，缓慢滴加20mL溶有0.68mL吡咯的N,N-二甲基甲酰胺溶液，恒温反应7h，冷却，抽滤，乙醇洗涤，真空干燥，即得固载有含叔胺（TA）基的苯基卟啉meso-三(对-二甲氨基苯基)卟啉的微球TAPP-CPS。

然后在四口烧瓶中，加入1g TAPP-CPS微球和30 mL N,N-二甲基乙酰胺，N₂保护下，升温至35℃，加入2mL二氯亚砜，恒温反应4h，抽滤，N,N-二甲基乙酰胺和蒸馏水多次洗涤，真空干燥，制得固载有阳离子卟啉—meso-三(对-三甲铵基)苯基卟啉（4-trimethylammoniophenyl porphyrin, TMAPP）的聚合物微球TMAPP-CPS，阳离子卟啉的固载量为0.14mmol/g。

实施例4：在四口烧瓶中，加入0.5g醛基化改性交联聚苯乙烯微球（BA-CPS）和20mL 二甲基亚砜，使微球溶胀后，依次加入1.2 g对二甲氨基苯甲醛与0.01mol丙酸；升温至130℃，缓慢滴加20mL溶有0.72mL吡咯的二甲基亚砜溶液，恒温反应8h，冷却，抽滤，乙醇洗涤，真空干燥，即得固载有含叔胺（TA）基的苯基卟啉meso-三(对-二甲氨基苯基)卟啉的微球TAPP-CPS。

然后在四口烧瓶中，加入1g TAPP-CPS微球和40 mL N,N-二甲基乙酰胺，N₂保护下，升温至40℃，加入2mL碘甲烷，恒温反应4h，抽滤，N,N-二甲基乙酰胺和蒸馏水多次洗涤，真空干燥，制得固载有阳离子卟啉—meso-三(对-三甲铵基)苯基卟啉（4-trimethylammoniophenyl porphyrin, TMAPP）的聚合物微球TMAPP-CPS，阳离子卟啉的固载量为0.15mmol/g。

实施例5：在四口烧瓶中，加入0.5g醛基化改性交联聚苯乙烯微球（BA-CPS）和20mL 二甲基亚砜，使微球溶胀后，依次加入1.2 g对二甲氨基苯甲醛与0.01mol对硝基苯甲酸；升温至130℃，缓慢滴加20mL溶有0.72mL吡咯的二甲基亚砜溶液，恒温反应8h，冷却，抽滤，乙醇洗涤，真空干燥，即得固载有含叔胺（TA）基的苯基卟啉meso-三(对-二甲氨基苯基)卟啉的微球TAPP-CPS。

然后在四口烧瓶中，加入1g TAPP-CPS微球和30 mL N,N-二甲基乙酰胺，N₂保护下，升温至45℃，加入2mL碘甲烷，恒温反应4h，抽滤，N,N-二甲基乙酰胺和蒸馏水多次洗涤，真空干燥，制得固载有阳离子卟啉—meso-三(对-三甲铵基)苯基卟啉（4-trimethylammoniophenyl porphyrin, TMAPP）的聚合物微球TMAPP-CPS，阳离子卟啉的固载量为0.16mmol/g。