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917-23-7 / 四苯基卟啉合成方法及反應(yīng)機(jī)理研究

卟啉和金屬卟啉配合物在醫(yī)學(xué)[1] 、分析化學(xué)[2] 、光電材料[3] 、人工開發(fā)太陽(yáng)能[4] 及仿生催化氧化[5] [6] 等領(lǐng)域中有非常廣泛的應(yīng)用,有關(guān)卟啉化合物合成方法的研究一直以來(lái)是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。其中,四苯基卟啉合成方法的研究較為活躍,本文總結(jié)了國(guó)內(nèi)外有關(guān)四苯基卟啉合成方法和反應(yīng)機(jī)理的研究進(jìn)展。

卟啉的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

卟啉化合物的結(jié)構(gòu)

卟吩(圖1)是由亞甲基將4個(gè)吡咯環(huán)連接在一起的高度共軛的平面大分子,具有芳香性,在400 nm附近有較強(qiáng)的吸收帶。連接四個(gè)吡咯的碳(5,10,15,20位)稱為中位(meso)碳,四個(gè)吡咯環(huán)上共有8個(gè)可被取代的碳,稱作外環(huán)碳。卟吩環(huán)上的氫原子被取代后的化合物統(tǒng)稱卟啉(porphyrin),根據(jù)取代基團(tuán)的位置不同將卟啉化合物分為兩類:一類是在吡咯環(huán)上的氫取代,稱為α-取代卟啉;另一類是在中位碳上的氫被取代,稱為β-取代卟啉。當(dāng)β位的氫被苯環(huán)取代后為四苯基卟啉。

卟啉化合物的性質(zhì)

物理性質(zhì)

卟啉是一類顏色較深的固體化合物,具有較高熔點(diǎn)(一般大于300℃),多數(shù)卟啉溶液有熒光性且熱穩(wěn)定性好。除此之外卟啉化合物還具有芳香性高,穩(wěn)定性好,光譜響應(yīng)寬的特點(diǎn)[7] 。卟啉按溶解性可分為水溶性卟啉和非水溶性卟啉。水溶性卟啉如磺酸基卟啉、氨基卟啉、羧基卟啉等,通常溶于水、甲醇、

Figure 1. Structure for porphine and tetraphenylporphyrin

圖1. 卟吩和四苯基卟啉的結(jié)構(gòu)

丙酮、乙腈等親水性有機(jī)溶劑中,而非水溶性卟啉如四苯基卟啉、對(duì)氯四苯基卟啉等一般能溶解于苯、二氯甲烷、吡啶、二甲基甲酰胺等溶劑。

化學(xué)性質(zhì)

卟啉最顯著的化學(xué)特性就是易與多數(shù)金屬離子能生成1:1的配合物。由于卟啉環(huán)的中心是一個(gè)大空腔,空腔中心到四個(gè)氮原子的距離為204 pm,這一數(shù)值與第一過(guò)渡態(tài)金屬原子和氮原子的共價(jià)半徑之和恰好相匹配,因此卟啉化合物極易與過(guò)渡金屬離子形成穩(wěn)定的金屬配合物,環(huán)中心的氮原子上的孤對(duì)電子比較容易與金屬離子配位[8] 。同時(shí)由于卟啉環(huán)內(nèi)的N-H質(zhì)子具有酸的特性,可以去質(zhì)子化而變成陰性離子,具有這種平面π共軛電子結(jié)構(gòu)以及大小比較穩(wěn)定的中心空腔結(jié)構(gòu)的二價(jià)離子,非常容易與金屬離子結(jié)合。

四苯基卟啉的合成方法

卟啉的合成方法主要分為兩大類:(1) 非卟啉前體合成卟啉;(2) 對(duì)已經(jīng)形成的卟啉母核進(jìn)行官能團(tuán)的修飾合成卟啉。非卟啉前體合成卟啉的方法按照縮合成環(huán)方式的不同大致可以分為四吡咯單體直接縮合法和模塊法。直接縮合法主要適用于合成結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的對(duì)稱性卟啉化合物,如四苯基卟啉和取代四苯基卟啉;模塊法則適用于合成些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、卟啉環(huán)上有眾多取代基的卟啉化合物。本文對(duì)四吡咯單體直接縮合合成卟啉的方法進(jìn)行概述。

經(jīng)典合成方法

1936年Rothemund[9] 最早提出卟啉(TPP)的人工合成方法:以吡啶為溶劑,以甲醛、乙醛、苯甲醛等醛類化合物和吡咯為原料,將等摩爾的醛和吡咯置于密封容器中,在150℃以下加熱反應(yīng)24~48小時(shí),得到的四苯基卟啉。但是存在反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)率低、反應(yīng)條件苛刻、能合成的卟啉種類非常有限等較多缺點(diǎn)。Calvin和他的合作者[10] 在研究Rothemund法時(shí),在反應(yīng)中加入醋酸鋅,將卟啉的收率從4%~5%提高到10%~11%。

1967年,Adler[11] 改進(jìn)Rothemund的合成方法:在敞開的環(huán)境中,以丙酸為溶劑和催化劑,苯甲醛和新蒸的吡咯回流反應(yīng)30 min,得到四苯基卟啉固體。Adler用此方法,合成大約了70種卟啉化合物,產(chǎn)率在20% ± 3%。Adler法相比于Rothemund法,步驟簡(jiǎn)單,產(chǎn)率高,是一種比較成熟的合成路線,也是目前應(yīng)用最廣泛的一種卟啉合成方法。但是該法存在反應(yīng)過(guò)程中容易產(chǎn)生大量黑狀粘稠物,產(chǎn)物中混有3%的二氫卟啉(TPC)等問(wèn)題。

1987年Lindsey[12] 提出分步合成卟啉的方法:在氮?dú)獗Wo(hù)情況下,以二氯甲烷為溶劑、BF3-乙醚為催化劑,在室溫下反應(yīng)生成四苯基卟啉原,再用1,2-二氯-5,6-二氰對(duì)苯醌(DDQ)將四苯基卟啉原氧化為四苯基卟啉,收率可達(dá)30%~40%。此方法相比于Adler法,最大的特點(diǎn)在于反應(yīng)溫和,不會(huì)產(chǎn)生黑狀粘稠物,產(chǎn)物分離容易,可用于合成含有敏感基團(tuán)的卟啉。但是反應(yīng)只能在低濃度下進(jìn)行,以吡咯計(jì)僅為0.01 mol/L,且最大反應(yīng)容積為1 L,反應(yīng)規(guī)模放大后效果不佳。1994年,Lindsey等[13] 研究了在高濃度下的反應(yīng)(吡咯計(jì),大于0.1 mol/L),采用一步法將原料、氧化劑、催化劑同時(shí)加入,簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作步驟,但是最終收率降低,只有10%~20%;

1991年郭燦城等[14] [15] 報(bào)道了以無(wú)水AlCl3為催化劑,在溶劑DMF中回流反應(yīng)2 h的合成四苯基卟啉新方法,收率在30%左右。該方法不需要需氮?dú)獗Wo(hù),產(chǎn)物中不含副產(chǎn)物二氫卟啉(TPC),適合于合成含有敏感取代基的卟啉。但是AlCl3易與水反應(yīng),生產(chǎn)Al(OH)3沉淀,給產(chǎn)物的分離造成困難。

反應(yīng)溶劑和催化劑的改進(jìn)

單一溶劑體系

Rothemund合成卟啉[9] 時(shí)以吡啶為溶劑,但是產(chǎn)率通常只有4%~5%,如何提高卟啉產(chǎn)率是此后的研究重點(diǎn)。1964年Adler[16] 提出了可能的反應(yīng)機(jī)理,直到1967[11] 年他提出的以丙酸為溶劑和催化劑的合成方法才解決了卟啉的合成問(wèn)題,但是也只有20%左右的產(chǎn)率。郭燦城等[14] 以DMF為溶劑,無(wú)水AlCl3為催化劑的合成方法將產(chǎn)率提高到了30%。

何明威[17] 改進(jìn)Lindsey法,以乙醚為溶劑、取代乙酸為催化劑,先在室溫下反應(yīng)2 h,再加入氧化劑硝基苯,在回流溫度下繼續(xù)反應(yīng)2~3 h,最終產(chǎn)率為40%~60%。該方法產(chǎn)率高,不需要惰性氣體保護(hù),不用脫水劑。

高德等[18] 曾用改進(jìn)的Lindesey法合成了meso位含有強(qiáng)推電子基團(tuán)的四-(4-(N,N-二甲基)苯胺基)卟啉,他以氯仿為溶劑,三氟乙酸為催化劑,反應(yīng)1 h以后,加入氧化劑四氯苯醌,繼續(xù)反應(yīng)1 h,最終的產(chǎn)率為23%。同時(shí)改進(jìn)了水溶性四-(4-(N,N,N-二甲基-丙磺酸基)苯胺基)卟啉:以DMF為溶劑,回流反應(yīng)3 h,產(chǎn)率為80%。

1994年潘繼剛等[19] 以氯苯、二甲苯、苯甲醚、硝基苯等為溶劑,用間硝基苯甲酸、乳酸、氯乙酸等強(qiáng)度合適的酸作催化劑,吡咯和(取代)苯甲醛反應(yīng)2~3 h,產(chǎn)率為40%~55%。同時(shí),研究了溶劑、催化劑對(duì)卟啉合成反應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)H+在反應(yīng)過(guò)程中起著催化劑的作用。酸性弱的催化劑,催化能力弱,反應(yīng)速度慢,產(chǎn)率低甚至得不到產(chǎn)物;酸性強(qiáng)的催化劑易使吡咯質(zhì)子化,生成吡咯的黑色直鏈聚合物,不利于生成目標(biāo)產(chǎn)物,用pKa在2.0~4.0的酸作催化劑,合成產(chǎn)率較高。另外溶劑的極性對(duì)產(chǎn)率有較大影響,當(dāng)以氯苯、二甲苯、苯甲醚、硝基苯等為溶劑時(shí)產(chǎn)率較高。此后的文獻(xiàn)報(bào)道[20] -[25] 證明了潘繼剛研究的正確性。其中楊彪等[20] 以二甲苯為溶劑,對(duì)硝基苯甲酸或水楊酸為催化劑,在回流條件下反應(yīng)2.5 h,四苯基卟啉產(chǎn)率為55.4%。劉云等[21] 以甲苯或二甲苯為溶劑,對(duì)硝基苯甲酸催化,采用溶劑蒸除–添加同步法,四苯基卟啉產(chǎn)率為58.4%。

劉強(qiáng)等[26] 探討了反應(yīng)介質(zhì)、催化劑、反應(yīng)物濃度及反應(yīng)時(shí)間等幾個(gè)主要因素對(duì)合成四苯基卟啉產(chǎn)率的影響,當(dāng)在丙酸、DMF和氯苯溶劑中,以無(wú)水三氯化鋁或三氯乙酸作催化劑,反應(yīng)物濃度在0.4~0.5 mol/L,反應(yīng)時(shí)間為2.5 h的條件下,可得到15.2%~28%的產(chǎn)率。

劉雁紅等人[27] 報(bào)道以DMF或DMSO為溶劑,在無(wú)水MgSO4的存在下,采用通入價(jià)廉易得的CO2代替丙酸作催化劑一步合成了不含卟啉原的卟啉,CO2在逸出液面時(shí),可帶走部分生成水,使反應(yīng)向生成卟啉的方向移動(dòng),CO2的通入還可以保護(hù)卟啉被氧氣深度氧化分解。

混合溶劑體系

采用常規(guī)的單一溶劑合成帶有強(qiáng)供電子基團(tuán)的卟啉時(shí)產(chǎn)率會(huì)很低,用混合溶劑法可大大提高產(chǎn)率?;旌先軇┓蠢脙煞N或兩種以上溶劑按一定比例組成混合溶劑的方法合成卟啉化合物。與單一溶劑體系相比,具有優(yōu)點(diǎn)以下優(yōu)點(diǎn):

(1) 根據(jù)不同溶劑的配比得到不同pH值范圍的混合液,可滿足不同結(jié)構(gòu)的卟啉配體合成的不同酸度要求。

(2) 不同溶劑配比可得到不同沸點(diǎn)的混合液,使反應(yīng)溫度易于控制。

(3) 可以加入相比于空氣更有效的氧化劑。

喬慶東等[28] 以體積比為5:1的丙酸與異丁酸的混合溶液,在80℃的溫度下合成四苯基卟啉,產(chǎn)率為20.6%。

駱開均等[29] 以體積比為7:3的苯與丙酸的混合溶液,微波加熱至回流狀態(tài)反應(yīng)6 min,合成的meso-四(對(duì)羥基苯)卟啉收率為4.8%。以meso-四(對(duì)羥基苯)卟啉為原料,在體積比為7:3的苯與丙酸的混合溶液中微波加熱8 min,產(chǎn)物5, 10, 15, 20-[對(duì)(二甲基-丁氧基)苯甲酰氧基]苯基卟啉的收率為32%。

李忠芳等[30] 研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和不同配比的丙酸、乙酸、硝基苯的混合溶液對(duì)合成meso-5, 10, 15, 20-四(對(duì)羥基苯基)卟啉的影響,當(dāng)以配比(V/V)為丙酸:乙酸:硝基苯 = 2:2:1的混合溶液,在130℃~140℃,反應(yīng)時(shí)間60 min的條件下,產(chǎn)率達(dá)到了39.68%。

孫志成[31] 以不同比例的乙酸、丙酸和硝基苯的混合溶液為溶劑,在回流溫度下合成了多種對(duì)位和鄰位取代的四苯基卟啉,收率15.2%~50.1%。

佘遠(yuǎn)斌等[32] 以吡咯和取代苯甲醛為原料,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回流反應(yīng),卟啉產(chǎn)率40.0%~57.8%。

章艷等[33] 在合成meso-四(對(duì)羥基苯)卟啉時(shí),以V(丙酸):V(DMSO) = 20:1的混合液為溶劑回流反應(yīng)2 h,可以將卟啉收率提高至35%。并且發(fā)現(xiàn)DMSO的加入可不但能提高卟啉收率,還以抑制黑色粘稠物是生成,提高產(chǎn)品純度。

郭燦城等[34] 報(bào)道了分別以V(丙酸):V(DMF) = 1:1,V(乙酸):V(甲苯) = 1:3,V(丙酸):V(二甲苯) = 3:1,V(丙酸):V(DMF) = 2:3的混合液為溶劑,在回流狀態(tài)下以氧氣為氧化劑,合成了對(duì)氯四苯基卟啉,間甲基四苯基卟啉,間甲氧基四苯基卟啉,對(duì)硝基四苯基卟啉。各種卟啉的產(chǎn)率在30%以上,通過(guò)HPLC分析,純度在95%以上,副產(chǎn)物二氫卟啉含量降低到2%以下。

王勤波等[35] 以丙酸或者丙酸與苯、甲苯、對(duì)二甲苯、環(huán)己烷中的一種組成的混合液為溶劑,在回流條件下合成了四苯基卟啉和取代四苯基卟啉,加入的苯、甲苯、對(duì)二甲苯、環(huán)己烷起到帶水劑的作用。卟啉收率26.2%~37.3%,副產(chǎn)物二氫卟啉含量降低到0.9%以下,產(chǎn)品純度98%以上。

氧化劑的改進(jìn)

研究發(fā)現(xiàn),在合成卟啉的過(guò)程中,一般情況下空氣中的分子氧是氧化劑。但通常由于氧化不完全,合成的卟啉產(chǎn)物中含有一定量的二氫卟啉,影響產(chǎn)物純度[16] 。中間產(chǎn)物卟啉原轉(zhuǎn)化為卟啉和二氫卟啉是競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng),因此如何選擇合適的氧化劑對(duì)產(chǎn)物的收率影響很大。Lindsey[12] 以DDQ或TQC為氧化劑,將卟啉原氧化為卟啉。此后研究人員[30] -[32] [36] -[38] 發(fā)現(xiàn)以硝基苯或取代硝基苯為氧化劑,合成的卟啉中不含TPC;當(dāng)溶劑中含有DMSO時(shí),產(chǎn)品中也不含TPC[37] -[39] ,這是因?yàn)镈MSO達(dá)到沸點(diǎn)時(shí),可分解為二甲基硫醚和氧原子,氧原子可將TPC氧化為TPP。

加熱方式的改進(jìn)

傳統(tǒng)的加熱合成卟啉的方法需要在回流的溶劑中長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng),副反應(yīng)較多且產(chǎn)物分離提純難,這使卟啉化合物的應(yīng)用受到一定限制。1986年Gedye等[40] 發(fā)現(xiàn)微波可顯著加快有機(jī)合成反應(yīng)速率,從此微波在合成化學(xué)領(lǐng)域迅速得到重視。1992年法國(guó)化學(xué)家Petit A及其合作者[41] 成功地將微波合成法引入到卟啉的合成中,其方法為:將吡咯和苯甲醛吸附于硅膠上,利用硅膠的酸性催化反應(yīng),在微波爐中加熱反應(yīng)10 min后,經(jīng)過(guò)層析柱進(jìn)行層析提純,產(chǎn)率為9.5%。

劉云[21] 等探討了不同催化劑、不同溶劑條件下TPP 的微波合成,發(fā)現(xiàn)采用甲苯或二甲苯做溶劑,對(duì)硝基苯甲酸做催化劑,微波加熱30 min,產(chǎn)率達(dá)到42%,反應(yīng)速度比常規(guī)加熱提高了2.2倍。胡希明[42] 也研究了不同催化劑、不同溶劑對(duì)微波合成TPP的影響,發(fā)現(xiàn)微波誘導(dǎo)時(shí)間的延長(zhǎng),產(chǎn)物的產(chǎn)率明顯增加。駱開均等人[30] 發(fā)現(xiàn)在合成卟啉的酯化衍生物時(shí),微波反應(yīng)條件下延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間不能提高產(chǎn)物收率,反而有大量黑色物質(zhì)從溶液中析出。趙勝芳[43] 在微波輻射中合成5, 10, 15, 20-四(4-甲氧羰基苯基)卟啉時(shí)也發(fā)現(xiàn)微波加熱時(shí)間太長(zhǎng),產(chǎn)物的產(chǎn)率反而降低。陳年友[44] 等報(bào)道了以硝基苯為溶劑,氯乙酸為催化劑,以195 W功率的微波間歇加熱6 min,產(chǎn)率為36%。劉紅濤等[45] 報(bào)道了以二甲苯為溶劑、對(duì)硝基苯甲酸為催化劑,功率280 W的微波輻射16 min,產(chǎn)率達(dá)到了53.6%。宋溪明等[46] 以離子液體為反應(yīng)介質(zhì),雜多酸為催化劑,微波合成四苯基卟啉。克服了有機(jī)溶劑揮發(fā)性強(qiáng)、毒性大等缺點(diǎn)。

規(guī)模化生產(chǎn)方法

郭燦城等[34] 報(bào)道了一種由吡咯、芳香醛和空氣為原料的高產(chǎn)率合成四苯基卟啉和取代四苯基卟啉的方法和設(shè)備,包括了合成卟啉的反應(yīng)、產(chǎn)物結(jié)晶分離、溶劑回收部分,由3 m3的聚合氧化反應(yīng)器、3 m3的結(jié)晶分離器和溶劑精餾塔串聯(lián)組成。該方法和設(shè)備能應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn),卟啉的產(chǎn)率達(dá)到30%以上,二氫卟啉含量降低到2%以下,反應(yīng)溶劑回收率達(dá)到95%以上,并且不需要加入其它溶劑。

王勤波等[35] 報(bào)道了一種收率高、安全環(huán)保、分離提純簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的工業(yè)規(guī)模化合成卟啉的方法,包括了帶有機(jī)械攪拌和夾套、釜頂帶冷凝回流的5 m3搪瓷聚合反應(yīng)器,帶攪拌和氣體分布器的5 m3氧化反應(yīng)器,過(guò)濾洗滌裝置,塔釜體積為5 m3、帶3節(jié)DN 400 ´ 1000塔節(jié)的反應(yīng)溶劑精餾塔和干燥裝置。該方法和設(shè)備能使卟啉的收率最高達(dá)到37%,副產(chǎn)物二氫卟啉含量降低到0.9%以下,產(chǎn)品純度98%以上。

卟啉合成機(jī)理研究進(jìn)展

1964年Adler[16] 提出在沒(méi)有金屬鹽的存在下,反應(yīng)的總方程式為:

四苯基卟啉合成方法及反應(yīng)機(jī)理研究

(1) 反應(yīng)機(jī)理如下:

(2) 在酸的催化作用下,吡咯和苯甲醛生成鏈長(zhǎng)不定的聚合體,當(dāng)n = 4時(shí)生成TPC和TPP,其中n = 4的中間產(chǎn)物生成TPC的步驟是整個(gè)反應(yīng)的速度控制步驟。Adler用此反應(yīng)機(jī)理解釋了TPP中含有少量TPC的現(xiàn)象,并指明TPC可以氧化成TPP。但是n = 4時(shí),反應(yīng)式(2)與總反應(yīng)方程式(l)的水分子數(shù)不相符。如按照反應(yīng)式(2),在適當(dāng)?shù)臈l件下可以得到以TPC為主或者TPC含量高的產(chǎn)物,可是,尚無(wú)這方面實(shí)驗(yàn)結(jié)果的文獻(xiàn)報(bào)道。因此,上述反應(yīng)機(jī)理欠妥。

1964年,Badger等[47] 提出Rothemund法合成四苯基卟啉的反應(yīng)機(jī)理:

四苯基卟啉合成方法及反應(yīng)機(jī)理研究

(3) Badger提出的反應(yīng)機(jī)理是以帶大環(huán)化合物(VII)為中間產(chǎn)物,(VII)脫去兩分子水變?yōu)?VIII),(VIII)經(jīng)過(guò)重排變?yōu)槎溥策?IX),(VIII)和(IX)可以氧化為最終產(chǎn)物卟啉(X)。該機(jī)理能夠合理解釋生成的卟啉中混有少量二氫卟啉的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,但在適當(dāng)?shù)臈l件下應(yīng)該可以得到 (VIII)和(IX)含量高的產(chǎn)物,可是尚無(wú)這方面實(shí)驗(yàn)結(jié)果的文獻(xiàn)報(bào)道,并且反應(yīng)生成總的水分子數(shù)和Adler提出的總反應(yīng)方程式得到的總水分子數(shù)不相等。因此,上述反應(yīng)機(jī)理欠妥。

1968年,Adler[48] 深入研究了吡咯和苯甲醛反應(yīng)生成四苯基卟啉的反應(yīng)機(jī)理,采用分步反應(yīng)的形式介紹了整個(gè)反應(yīng)歷程,其主反應(yīng)如下:

四苯基卟啉合成方法及反應(yīng)機(jī)理研究

(4) 在酸的催化作用下,苯甲醛和吡咯生成單吡咯伯醇(I),進(jìn)而鏈增長(zhǎng)生成四吡咯伯醇,四吡咯伯醇可以環(huán)化生成卟啉原,也可以繼續(xù)鏈增長(zhǎng)生成聚吡咯伯醇,環(huán)化過(guò)程和生成聚吡咯伯醇的過(guò)程是相互競(jìng)爭(zhēng)的,因此單純只增大反應(yīng)物濃度并不能增大卟啉產(chǎn)率,反而會(huì)增加長(zhǎng)鏈聚吡咯副產(chǎn)物的量。Adler發(fā)現(xiàn)在紫外光譜下苯甲醛的吸收峰迅速消失,表明第一步反應(yīng)很快,同時(shí)水作為反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)迅速產(chǎn)生。在有氧氣的存在下,卟啉原和二氫卟啉可以氧化為卟啉,同時(shí)多吡咯伯醇也會(huì)氧化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的不飽和物質(zhì)[49] [50] 。但是并沒(méi)有很好說(shuō)明二氫卟啉的產(chǎn)生過(guò)程,方程式(4)與總反應(yīng)方程式(l)產(chǎn)生的水分子數(shù)也不相等。

1970年Dolphin[51] 利用3,4-二甲基吡咯和苯甲醛的反應(yīng)相比于吡咯和苯甲醛的反應(yīng),在最初聚合階段速度快,后面氧化階段速度慢的特征,分離出了卟啉原,證明了卟啉原作為反應(yīng)重要中間產(chǎn)物的正確性。1971年Kim等[52] 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出卟啉合成過(guò)程中經(jīng)歷的四個(gè)重要步驟:

(a) 苯甲醛和吡咯生成單吡咯伯醇

(b) 鏈增長(zhǎng)過(guò)程:?jiǎn)芜量┎己土硗獾倪量┓肿?、苯甲醛分子反?yīng)

(c) 直鏈四吡咯化合物的環(huán)化生成卟啉原

(d) 卟啉原氧化為卟啉

結(jié)論及展望

綜上所述,目前報(bào)道的四苯基卟啉合成方法各有缺點(diǎn),或反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)率低;或反應(yīng)溫度高、后處理繁雜;或反應(yīng)濃度太稀,溶劑用量大。通過(guò)對(duì)各種方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比及成本、合成產(chǎn)率、后處理難易程度和合成規(guī)模等多方面考慮,得出合成四苯基卟啉的最佳方法應(yīng)是Adler法。該法在卟啉的合成過(guò)程中,丙酸作為反應(yīng)溶劑,同時(shí)起到催化劑的作用,避免加入其它催化劑,在保證產(chǎn)物收率的基礎(chǔ)上,降低了成本,簡(jiǎn)化了工藝過(guò)程,是目前應(yīng)用最廣的四苯基卟啉合成方法。雖然有關(guān)四苯基卟啉合成的研究報(bào)道很多,但在所用的大多數(shù)是揮發(fā)性強(qiáng)的有機(jī)試劑,綠色合成四苯基卟啉類化合物的文獻(xiàn)卻很少,如何最大程度減少對(duì)環(huán)境的危害,找到一條環(huán)境友好地合成四苯基卟啉化合物的方法,以滿足綠色化學(xué)的要求,是今后研究的重點(diǎn)新方向。

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