卟啉超分子研究进展

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1、卟啉超分子研宄进展摘要：卟啉超分子已被广泛地用于光学、催化、仿生等方面的研究，部分研究成果已获得实际应用.。本文就卟啉及金属卟啉组装体的功能、性质及应用前景进行丫简述。关键词：超分子化学卟啉组装体电子及能量转移分子识别刖目：1988年诺贝尔化学奖获得者Lehn教授［11首次提出超分子化学的概念，超分子化学作为包含物理和生物现象的化学科学前沿领域，现已迅速发展成为化学屮极富挑战性的新领域之一。利用超分子化学，人工幵发和创造的超分子体系，如功能材料与智能器件、DNA芯片、分子器件与机器、导向及程控药物释放与催化抗体、高选择性催化剂等，它们在诸多科学和技术

2、的领域中都展示了良好的应用前景［21。U卜淋（porphyrins）是U卜吩（porphine）外环带有取代基的同系物和衍生物的总称。当其氮上2个质子被金属离子取代后即成金属卟啾。卟啉母体结构是有20个碳和4个氮原子组成共轭大环，碳、氮都采用sp2杂化，剩余的一个p轨道被单电子或孤对电子占用，形成了24中心26电子的大71键，具有4n+2电子稳定共轭体系，具有芳香性f31。关于卟啉超分子的研究有很多，比如：分子自组装、分子识别、分子元器件等等。下文将介绍几种典型的卟啉超分子研宄方向。1、分子自组装卟啉及金属卟啉配合物的超分子组装研究已成为仿生化学的热

3、门课题。运用卟啉构建的超分子化学体系，可展示出有意义的光、电、电化学等多种特性，在生命、信息、材料科学等许多相关学科均有潜在的应用价值。因此，卟啉及金属卟啉配合物在各方面所显示出的多样性越来越多地吸引人们对卟啉类化合物进行功能分子的设计，用它来构建功能多聚物体系，详细研宄它的功能与性质14］。在构筑卟啉功能多聚物体系吋，最常用的有两种方法:共价键连接和自组装。（I）共价键构筑卟啉聚合物（a）利用炔键构筑组装体在利用炔键连接卟啉获取光电特性时，有四个因素至关重要：（1）共轭的构造单元有电子激发态特征；（2）富电子单元和缺电子单元的交替结构；（3）o单电

4、子消弱人环组成部分，冇效地降低HOMO轨道能；（4）在共轭体系间冇强的电子偶合『51。Youngblood等利用不同金属卩卜淋组装了Zn-pbp-Mg（pbp:卩卜啾2桥2卩卜淋）和Zn-pbp-Fb（Fb:自由碱卟淋）两种聚合体（图1），目的是探索能量传递的速率、效率和机理。Rg.1.Assembliessyntlietizedbydifferentmetalloporphyrins^1Kirmaier等［7@合成了四个分子光线圈，每个光线圈都由输入单元、发射单元、输出单元三部分构成。(b)利用富勒烯构筑组装体富勒烯与卟啉在基态和激发态都冇氧化还原

5、性质，富勒烯在可见区冇弱的吸收，叶淋在可见区一般有强的吸收。。Fukuzumi等［91设计合成丫ZnN卜啉-C60组装体。对于光激发来说，与以往的卟啉-C60组装体不同，该组装体产生了一个不寻常的长时间停留的激发离子对，这对于获取长时间停留的电荷独立态是十分重要的。如此的光电效应在打幵或关闭光脉冲方面具有转换光诱导电子转移的能力，有潜在的应用价值n01。(II)非共价键构筑卟啉聚合物⑻氢键实现自组装氢键是超分子自组装的基本作用力之一。在生物体系中，DNA的双螺旋和三螺旋结构是在氢键作用的基础上构筑和稳定存在的。由于氢键的形成具有方向性和选择性，近年来

6、化学工作者普遍采用氢键来构筑超分子体系。Drain等［

7、11报道Y通过自身氢键形成的共平面的多卟啉排列组装体，其主要A的是为Y研宂自组装过程和卟啉自组装体的排列方式。(b)配位键实现自组装自组装战略中最有效的合成方法是使用配位键。通过配位化学完成自组装的类型冇:不可逆自组装、辅助自组装、直接自组装、修饰母体的自组装、修饰位置的自组装和反应间歇性的自组装［121。金属卟啉的轴向配位化学在建造超分子实体方面提供了一个广阔的研宄领域。通常所见的金属卟啉有:Co、Mg、Mn、Ru、Zn、Fe、Sn、Ce、Eu等多种金属口卜啉l13，。Hunter等『191利

8、用刚性分子毗啶和多个配位点相互作用，合成了几种具冇稳定结构的环状卟啉。通过荧光光谱法，确定这些组装体具有光物理性质，在大环与轴配物之间存在光诱异电子转移和能量传递的基本过程，这有助于理解在自然界中LH2的细菌叶绿素功能。2、卟啉分子器件(a)卟啉光能转换分子器件卟啾不仅是良好的得电子体，而且，还是良好的光敏剂，卟啉在太阳能利用方面的研究报道较多。ImahoriH等人l2()j在铟钛氧化物(ITO)表面合成含C60基团的具有自组装性能的富勒烯-卩卜啉化合物(ZnP-CONH-C60/ITO)(如图2)。—o—_2卟啉化合物Fig2、porphyrinc

9、ompoundsAr(b)卟啉分子导线分子异线能相互连接起来构成分子电路，是分子电子学发展的一个关键，因此，