卟啉及金属卟啉的应用

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1、2005年第4期化学教育·3·3知识介绍卟啉及金属卟啉的应用张红芬潘景浩(山西大学化学化工学院山西太原030006)摘要卟啉和金属卟啉类化合物在仿生化学、催化、太阳能利用、特种材料、医学和分析化学等方面有着越来越重要的作用和应用。本文作一简单介绍。关键词卟啉金属卟啉应用卟啉(Porphyrin)与生命科学密切相关,卟啉化血红蛋白和肌红蛋白调节对氧亲和力的方法以及阐合物广泛存在于自然界的生命体中,对生命活动起明细胞色素P-450催化反应机理。叶绿素中的主着重要作用。叶绿素、血红素、维生素B12等都可以要成分为Mg(Ⅱ)-卟啉配合物,在植物的光合作看作是金属卟啉类

2、化合物,它们在生命过程中,对氧用中起着极重要的作用。叶绿素又分为叶绿素a和的传递(血红蛋白)、贮存(肌红蛋白)、活化(细胞色叶绿素b两种(图4),在高等植物中二者之比a∶b素P-450)和光合作用(叶绿素)等起着十分重要=3∶1。其他常见的类金属卟啉还有VB12,其化学的作用。如今,随着卟啉和金属卟啉合成的发展,它名称为钴胺素,当人体缺乏VB12时易患恶性贫血等们在仿生化学、催化、太阳能利用、特种材料、医学和贫血症。分析化学等方面有着越来越重要的作用和应用。卟啉是含四个吡咯分子的大环化合物,其结构如图1所示。它的母体是卟吩(porphine),当其中的吡咯质子

3、被金属离子取代后即为金属卟啉(metallopor2phyrins)。图1卟啉结构图1天然卟啉类化合物及其作用自然界中存在的卟啉绝大多数为金属卟啉。只有极少数以卟啉形式存在,如在豆科植物的根瘤内、突变的酵母和某些鸟类及动物的粪便中含有一些卟啉。金属卟啉(图2)和金属二氢卟啉是自然界中普2卟啉和金属卟啉的应用遍存在的色素。血红素是原卟啉(PP)-IX的Fe配合物(图3),它是肌红蛋白和珠血红蛋白的辅基,存卟啉和金属卟啉化合物的研究对于光合作用、在于细胞色素、过氧化酶和催化酶中。普遍存在于人工开发太阳能、医药、分子电子学和光化学等许多动物细胞内的血红素蛋白,至少起

4、到4种与氧和产领域都有重要的意义,有着十分广阔的应用前景。生能量有关的重要作用:①把氧运送到组织中;②催这里从8个方面来加以简要介绍。化有机物的氧化;③分解过氧化物;④传递电子。人2.1癌症的诊断与治疗们已经进行了许多模型化合物的研究,以尝试解释由于卟啉具有特殊的结构,在医药上,它可以作3国家科学自然基金No120375024资助项目©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net·4·化学教育2005年第4期为光动力学疗法

5、(PDT)的光敏剂。所谓光动力学疗法,就是利用能够滞留在病变组织(如癌细胞)中的的光敏剂,在光的照射下产生单线态氧,摧毁病变组织,从而起到治疗作用。此外文献报道卟啉还具有抗HIV(爱滋病)的功能。一系列卟啉化合物都能够优先被恶性肿瘤吸收和滞留,其中应用较多的是血卟啉(HP),它的结构如图5:图6透明电极光生伏打电池2+3+1.SnO2导电玻璃;2.含Fe/Fe的电解质溶液;3.In2O3-SnO2导电玻璃;V.数字电压表,用来测电池的开路光电势;I.电流计,可测短路电流光照时,光致反应可表述为:在TPP-SnO2电极光3TPPTPP(光照下TPP的激发态)在T

6、PP与溶液的界面图5血卟啉的结构图33++2+TPP+FeTPP+FePP:R1,R2=CHCH2;HP:R1,R2=CH(OH)CH3在In2O3-SnO2电极与溶液的界面;HPD:R1,R2=CH(OH)CH3,CHCH22+3+FeFe+e卟啉化合物可作为有效光敏剂将肿瘤细胞再现电子通过外电路则TPP-SnO2电极于被吸收光谱的光波下,血卟啉衍生物(HPD)具有+TPP+eTPP非常强的荧光效应,且易用一种特殊的维蓝排斥试把上述反应加起来,净反应为零,只是光能变成了电验来表征,因此,可以用此效应作为组织中恶性肿瘤能。的诊断工具。若SnO2导电玻璃表面上没

7、有TPP薄层,则光照卟啉化合物优先积累于癌细胞上后,能产生有时无丝毫光响应。涂上TPP薄层后,由于TPP分子效的细胞毒素剂———单线态氧,从而导致对肿瘤强3+吸收可见光而激发,发射电子并与溶液里的Fe进有力的摧毁。用光敏剂技术治疗300多例动物肿行电荷转移,起到类似P型半导体的作用,成为该瘤,效果是肯定的,小鼠在接收5mgHP/kg24h后透明电极光生伏打电池的光阴极。透明电极光生伏照射1h,治疗3次,肿瘤大部分被治愈,且在6个月2打电池在入射光强度为98.5Mv/cm的碘钨灯光内未复发。(或用太阳光)照射下,产生的开路光电势可达500但目前就PDT而言,尚未

8、找到一种疗效好、副mV～550mV,短