©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net知识介绍卟啉及金属卟啉的应用3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,卟啉化合物广泛存在于自然界的生命体中,对生命活动起着重要作用。叶绿素、血红素、维生素B12等都可以看作是金属卟啉类化合物,它们在生命过程中,对氧的传递(血红蛋白)、贮存(肌红蛋白)、活化(细胞色素P-450)和光合作用(叶绿素)等起着十分重要的作用。如今,随着卟啉和金属卟啉合成的发展,它们在仿生化学、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。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,存在于细胞色素、过氧化酶和催化酶中。普遍存在于动物细胞内的血红素蛋白,至少起到4种与氧和产生能量有关的重要作用:①把氧运送到组织中;②催化有机物的氧化;③分解过氧化物;④传递电子。人们已经进行了许多模型化合物的研究,以尝试解释血红蛋白和肌红蛋白调节对氧亲和力的方法以及阐明细胞色素P-450催化反应机理。叶绿素中的主要成分为Mg(Ⅱ)-卟啉配合物,在植物的光合作用中起着极重要的作用。叶绿素又分为叶绿素a和叶绿素b两种(图4),在高等植物中二者之比a∶b=3∶1。其他常见的类金属卟啉还有VB12,其化学名称为钴胺素,当人体缺乏VB12时易患恶性贫血等贫血症。2卟啉和金属卟啉的应用卟啉和金属卟啉化合物的研究对于光合作用、人工开发太阳能、医药、分子电子学和光化学等许多领域都有重要的意义,有着十分广阔的应用前景。这里从8个方面来加以简要介绍。2.1癌症的诊断与治疗由于卟啉具有特殊的结构,在医药上,它可以作·3·2005年第4期化学教育3国家科学自然基金No120375024资助项目©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net为光动力学疗法(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5血卟啉的结构图PP:R1,R2=CHCH2;HP:R1,R2=CH(OH)CH3;HPD:R1,R2=CH(OH)CH3,CHCH2卟啉化合物可作为有效光敏剂将肿瘤细胞再现于被吸收光谱的光波下,血卟啉衍生物(HPD)具有非常强的荧光效应,且易用一种特殊的维蓝排斥试验来表征,因此,可以用此效应作为组织中恶性肿瘤的诊断工具。卟啉化合物优先积累于癌细胞上后,能产生有效的细胞毒素剂———单线态氧,从而导致对肿瘤强有力的摧毁。用光敏剂技术治疗300多例动物肿瘤,效果是肯定的,小鼠在接收5mgHP/kg24h后照射1h,治疗3次,肿瘤大部分被治愈,且在6个月内未复发。但目前就PDT而言,尚未找到一种疗效好、副作用小的光敏剂。还需进一步探索。2.2卟啉在太阳能电池中的应用四苯基卟啉(TPP)是结构对称的共轭分子,较为稳定,具有耐酸碱和耐日晒的性质,光牢度达八级。20世纪70年代以来,TPP及其衍生物作为光敏剂在光电电池中越来越受到重视。将一面镀有SnO2薄层的导电玻璃(Nesa玻璃),在0.15%的TPP氯仿或苯的溶液中浸数秒钟,取出后在玻璃表面形成TPP薄层,其厚度为70nm～80nm。用溶剂除去没有SnO2薄层的玻璃面上的TPP。把这样得到的透明电极放到盛有Fe2+/Fe3+电解质溶液的透明容器里。再用一块一面镀有In2O3-SnO2薄层的导电玻璃...
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