本發(fā)明涉及有機(jī)化工合成技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種合成四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)金屬卟啉的方法。

背景技術(shù)：

近年來，科技工作者對四吡嗪取代卟啉(TPyzPzs)的研究熱情日益高漲，這源于此類物質(zhì)在眾多領(lǐng)域的潛在實際應(yīng)用。截止目前，此類TPyzPzs大環(huán)化合物已經(jīng)頻繁出現(xiàn)在報道中，比如作為電子元器件材料(光學(xué)信息刻錄、電子照相光感器和光電導(dǎo)體、有機(jī)晶體管、液晶膜、電致發(fā)光元件)、印刷油墨用染料以及碳粉著色劑、鮮切花防腐劑、聚合物熱穩(wěn)定劑、光能療法中單線態(tài)氧的光活化劑和用于DNA檢測的熒光猝滅劑。

研究人員最初研究最多的是最易獲得的外圍無取代基的非金屬TPyzPzsH₂及其金屬卟啉化合物MTPyzPzs。但是，無取代基的TPyzPzs水溶性很差，這極大地限制了其在實際應(yīng)用中潛能，也正因此，近年來研究人員的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到外圍帶各種官能團(tuán)取代基的TPyzPzs以及金屬卟啉MTPyzPzs。外圍取代基賦予TPyzPzs在水溶液和有機(jī)溶劑中較高的溶解性，同時也輕微改變了光譜及其它物理化學(xué)特性和生物活性。近十年來，數(shù)量眾多的此類大環(huán)化合物被合成出來并加以研究，尤其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它們被看做是應(yīng)用光能療法多發(fā)性腫瘤療法最有希望的一類物質(zhì)，同時還作為氧化還原過程的催化劑。

四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)金屬卟啉的結(jié)構(gòu)如下：

文獻(xiàn)(M.G.Gal'pern,E.A.Luk'yanets.TETRA-2,3-(5-TERT-BUTYLPYRAZINO)PORPHYRAZINES.Chem.Heterocycl.Compd.8(1972)780.)報道了一種合成四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)金屬卟啉的方法，該方法使用了大量高錳酸鉀及有機(jī)溶劑作原料，需要四步才能得到目標(biāo)產(chǎn)物，過程異常繁瑣且需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，產(chǎn)率很低，并且產(chǎn)生含錳殘渣及大量廢液，既不經(jīng)濟(jì)也不環(huán)保。文獻(xiàn)中的所述的四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)金屬卟啉的合成過程如下：

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種過程簡易、成本低、三廢產(chǎn)生少的四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)金屬卟啉的合成方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下一種技術(shù)方案：合成四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)金屬卟啉的方法，包括以下步驟：

以3,3-二甲基-2-丁酮為原料，與二氧化硒進(jìn)行硒化反應(yīng)，并對產(chǎn)物精餾得到3,3-二甲基-2-氧代丁醛；

將上述步驟中得到的3,3-二甲基-2-氧代丁醛在2,3-二氨基-2-丁烯二腈、尿素和金屬氯化物存在的條件下加熱，將產(chǎn)物提純得到四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)金屬卟啉。

優(yōu)選的是：所述二氧化硒與3,3-二甲基-2-丁酮的摩爾比為1～1.5:1。

優(yōu)選的是：所述硒化反應(yīng)的回流溫度為50～80℃；所述硒化反應(yīng)的時間為4～5h。

優(yōu)選的是：所述的精餾溫度為112～115℃。

優(yōu)選的是：所述3,3-二甲基-2-氧代丁醛：2,3-二氨基-2-丁烯二腈：金屬氯化物：尿素的摩爾比為1:1:0.5～1:4～6。

優(yōu)選的是：所述3,3-二甲基-2-氧代丁醛、2,3-二氨基-2-丁烯二腈、金屬氯化物和尿素的加熱過程為：先加熱溫度達(dá)到130～140℃，保持15～20min后再繼續(xù)升溫，達(dá)到190～220℃后保持2～3h至原料充分反應(yīng)。

優(yōu)選的是：所述的提純過程包括反復(fù)洗滌過程和重結(jié)晶過程。

優(yōu)選的是：所述的洗滌過程為：先采用蒸餾水、稀酸或稀堿溶液反復(fù)洗滌多次，再用無水乙醇或丙酮反復(fù)洗滌多次至濾液無色。

優(yōu)選的是：所述的重結(jié)晶提純過程使用的溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜或濃硫酸。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明以3,3-二甲基-2-丁酮為原料，經(jīng)硒化反應(yīng)和合成反應(yīng)兩步，再經(jīng)簡單的提純，即可得到四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)金屬卟啉，過程簡易，產(chǎn)物可控；所用原料簡單，成本低廉；且中間過程不產(chǎn)生有毒有害的廢棄產(chǎn)物，大大減少了后期處理的過程。本發(fā)明制得的四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)金屬卟啉產(chǎn)率高，方法值得推廣。

附圖說明

附圖1為四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)卟啉鈷的紫外可見光譜；

附圖2為四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)卟啉銅的紫外可見光譜；

附圖3為四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)卟啉鋅的紫外可見光譜。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明提供了一種合成四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)金屬卟啉的方法，包括以下步驟：

以3,3-二甲基-2-丁酮為原料，與二氧化硒進(jìn)行硒化反應(yīng)，并對產(chǎn)物精餾得到3,3-二甲基-2-氧代丁醛；

將上述步驟中得到的3,3-二甲基-2-氧代丁醛在2,3-二氨基-2-丁烯二腈、尿素和金屬氯化物存在的條件下加熱，將產(chǎn)物提純得到四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)金屬卟啉。

進(jìn)一步的，二氧化硒與3,3-二甲基-2-丁酮的摩爾比為1～1.5:1。二氧化硒是一種氧化劑，為了使硒化反應(yīng)更加完全，二氧化硒的量可以適當(dāng)多一些。

進(jìn)一步的，硒化反應(yīng)的回流溫度為50～80℃，此溫度下，可以加速反應(yīng)進(jìn)行，同時防止目標(biāo)產(chǎn)物揮發(fā)損耗；所述硒化反應(yīng)的時間為4～5h，以使原料充分反應(yīng)。

進(jìn)一步的，精餾溫度為112～115℃。因為中間產(chǎn)物3,3-二甲基-2-氧代丁醛的沸點(diǎn)為112～115℃，因此此精餾過程的溫度范圍要求很窄。

進(jìn)一步的，3,3-二甲基-2-氧代丁醛：2,3-二氨基-2-丁烯二腈：金屬氯化物：尿素的摩爾比為1:1:0.5～1:4～6。其中，金屬氯化物的金屬可以是鈷、銅、鋅、鎳、鐵等過渡金屬元素。

進(jìn)一步的，3,3-二甲基-2-氧代丁醛、2,3-二氨基-2-丁烯二腈、金屬氯化物和尿素的加熱過程為：先加熱溫度達(dá)到130～140℃，保持15～20min后再繼續(xù)升溫，此溫度下尿素開始融化，待尿素全部融化后再繼續(xù)升溫有利于原料完全利用。當(dāng)升溫溫度達(dá)到190～220℃后保持2～3h至原料充分反應(yīng)，此過程中容器內(nèi)的混合物由液態(tài)變?yōu)槟酀{狀最后完全固化，反應(yīng)結(jié)束。

進(jìn)一步的，提純過程包括反復(fù)洗滌過程和重結(jié)晶過程。

進(jìn)一步的，洗滌過程為：先采用蒸餾水、稀酸或稀堿溶液反復(fù)洗滌多次，再用無水乙醇或丙酮反復(fù)洗滌多次至濾液無色。

進(jìn)一步的，重結(jié)晶提純過程使用的溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜或濃硫酸。

本發(fā)明具體發(fā)生的反應(yīng)方程過程如下：

①硒化：

②成環(huán)：

卟啉化合物有兩個特征吸收帶，分別為250～350nm處的B帶和600～700nm處的Q帶。

本發(fā)明對最終合成的產(chǎn)物進(jìn)行表征，以驗證卟啉成環(huán)與否，具體步驟如下：

①將0.01g四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)金屬卟啉溶入50ml N,N-二甲基甲酰胺，充分?jǐn)嚢枋蛊渫耆芙猓?/p>

②使用普析通用TU-1901型紫外可見分光光度計，以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)為參照和空白樣品，波長范圍300～800nm，基線校準(zhǔn)；

③使用①中的溶液潤洗比色皿三次后，加至比色皿9/10處；

④設(shè)置掃描間隔0.5nm，掃描速度為中速，得到紫外可見光譜。

下面以三種氯化物為原料分別進(jìn)行合成試驗，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。

實施例1

用天平準(zhǔn)確稱取0.11mol(12.2g)二氧化硒倒入三頸燒瓶內(nèi)，移液槍移取0.1mol(12.5ml)3,3-二甲基-2-丁酮加入滴液漏斗內(nèi)。油浴鍋溫度保持在50℃，冷凝管通水，開動攪拌器維持轉(zhuǎn)速在200r/min左右，打開滴液漏斗，緩慢滴入3,3-二甲基-2-丁酮，此過程為放熱反應(yīng)，連續(xù)攪拌5h。整個反應(yīng)在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行。隨著反應(yīng)的進(jìn)行我們可以觀察到，瓶內(nèi)的無色液體逐漸變?yōu)辄S色，瓶底固體由白色變?yōu)榛液谏７磻?yīng)結(jié)束后，靜置片刻，將上層液體倒入燒瓶，用少量3,3-二甲基-2-丁酮潤洗藥渣，一并倒入燒瓶。燒瓶內(nèi)液體即為原料3,3-二甲基-2-丁酮、產(chǎn)物3,3-二甲基-2-氧代丁醛和水的混合物。使用精餾柱對混合物進(jìn)行精餾，采用玻璃彈簧做填料，精餾柱外包有電熱帶，115℃條件下蒸出黃色液體，冷卻至室溫得10.1g白色固體即為3,3-二甲基-2-氧代丁醛，產(chǎn)率為45.5％。

反應(yīng)原料3,3-二甲基-2-氧代丁醛：2,3-二氨基-2-丁烯二腈：水合氯化鈷：尿素的摩爾比為1:1:0.5:4。電子天平準(zhǔn)確稱取3,3-二甲基-2-氧代丁醛0.02mol(2.2828g)、二氨基馬來腈0.02mol(2.162g)、水合氯化鈷0.01mol(2.3793g)和尿素0.08mol(4.8048g)混合均勻后倒入三頸燒瓶。油浴加熱，緩慢升溫至140℃，保持此溫度至尿素全部融化，期間不斷攪拌保證原料充分混合均勻。繼續(xù)升溫至200℃并保持2h，反應(yīng)物由液態(tài)迅速膨脹為泥漿態(tài)然后緩慢收縮直至最終變?yōu)楣虘B(tài)。待冷卻至室溫，取出固體物質(zhì)用瑪瑙研缽研細(xì)得反應(yīng)粗產(chǎn)物。粗產(chǎn)物先用蒸餾水洗滌，過濾至濾液無色，真空干燥箱70℃烘干，后用煮沸的無水乙醇反復(fù)洗滌至濾液無色。濾餅真空干燥后研細(xì)溶于DMF，過濾除去無機(jī)雜質(zhì)，向溶有四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)卟啉鈷的DMF溶液加入蒸餾水，析出藍(lán)黑色沉淀，過濾，濾餅用蒸餾水多次沖洗后烘干即得9.49g四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)卟啉鈷，產(chǎn)率為81.6％。

對于上述產(chǎn)物進(jìn)行表征，得到四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)卟啉鈷的紫外可見光譜圖，參見圖1。從圖1中可以看出，在330nm及620nm附近出現(xiàn)兩處特征吸收帶，符合卟啉化合物分別在250～350nm處和600～700nm處形成B帶和Q帶的要求。說明經(jīng)上述反應(yīng)，得到了四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)卟啉鈷。

實施例2：

用天平準(zhǔn)確稱取0.13mol(14.43g)二氧化硒倒入三頸燒瓶內(nèi)，移液槍移取0.1mol(12.5ml)3,3-二甲基-2-丁酮加入滴液漏斗內(nèi)。油浴鍋溫度保持在80℃，冷凝管通水，開動攪拌器維持轉(zhuǎn)速在200r/min左右，打開滴液漏斗，緩慢滴入3,3-二甲基-2-丁酮(放熱反應(yīng))，連續(xù)攪拌4h。整個反應(yīng)在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行。隨著反應(yīng)的進(jìn)行我們可以觀察到，瓶內(nèi)的無色液體逐漸變?yōu)辄S色，瓶底固體由白色變?yōu)榛液谏７磻?yīng)結(jié)束后，靜置片刻，將上層液體倒入燒瓶，用少量3,3-二甲基-2-丁酮潤洗藥渣，一并倒入燒瓶。燒瓶內(nèi)液體即為原料3,3-二甲基-2-丁酮、產(chǎn)物3,3-二甲基-2-氧代丁醛和水的混合物。使用精餾柱對混合物進(jìn)行精餾，采用玻璃彈簧做填料，精餾柱外包有電熱帶，115℃條件下蒸出黃色液體，冷卻至室溫得10.3g白色固體即為3,3-二甲基-2-氧代丁醛，產(chǎn)率為38.2％。

反應(yīng)原料3,3-二甲基-2-氧代丁醛：二氨基馬來腈：水合氯化銅：尿素的摩爾比為1:1:1:5。電子天平準(zhǔn)確稱取3,3-二甲基-2-氧代丁醛0.02mol(2.2828g)、二氨基馬來腈0.02mol(2.162g)、水合氯化銅0.02mol(3.4096g)和尿素0.1mol(6.606g)混合均勻后倒入三頸燒瓶。油浴加熱，緩慢升溫至130℃，保持此溫度至尿素全部融化，期間不斷攪拌保證原料充分混合均勻。繼續(xù)升溫至220℃并保持2h，反應(yīng)物由液態(tài)迅速膨脹為泥漿態(tài)然后緩慢收縮最終變?yōu)楣虘B(tài)。待冷卻至室溫，取出用瑪瑙研缽研細(xì)得反應(yīng)粗產(chǎn)物。粗產(chǎn)物先用1mol/L的稀鹽酸溶液和1mol/L的氫氧化鈉溶液交替洗滌，過濾至濾液無色，真空干燥箱70℃烘干，后用丙酮反復(fù)洗滌至濾液無色。濾餅真空干燥后研細(xì)溶于DMF，過濾除去無機(jī)雜質(zhì)，向溶有四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)卟啉銅的DMF溶液加入蒸餾水，析出藍(lán)色沉淀，過濾，濾餅用蒸餾水多次沖洗后烘干即得10.17g四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)卟啉銅，產(chǎn)率為70.3％。

對于上述產(chǎn)物進(jìn)行表征，得到四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)卟啉銅的紫外可見光譜圖，參見圖2。從圖2中可以看出，在345nm及625nm附近出現(xiàn)兩處特征吸收帶，符合卟啉化合物分別在250～350nm處和600～700nm處形成B帶和Q帶的要求。說明經(jīng)上述反應(yīng)，得到了四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)卟啉銅。

實施例3：

用天平準(zhǔn)確稱取0.15mol(16.65g)二氧化硒倒入三頸燒瓶內(nèi)，移液槍移取0.1mol(12.5ml)3,3-二甲基-2-丁酮加入滴液漏斗內(nèi)。油浴鍋溫度保持在65℃，冷凝管通水，開動攪拌器維持轉(zhuǎn)速在200r/min左右，打開滴液漏斗，緩慢滴入頻哪酮(放熱反應(yīng))，連續(xù)攪拌4.5h。整個反應(yīng)在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行。隨著反應(yīng)的進(jìn)行我們可以觀察到，瓶內(nèi)的無色液體逐漸變?yōu)辄S色，瓶底固體由白色變?yōu)榛液谏７磻?yīng)結(jié)束后，靜置片刻，將上層液體倒入燒瓶，用少量3,3-二甲基-2-丁酮潤洗藥渣，一并倒入燒瓶。燒瓶內(nèi)液體即為原料3,3-二甲基-2-丁酮、產(chǎn)物3,3-二甲基-2-氧代丁醛和水的混合物。使用精餾柱對混合物進(jìn)行精餾，采用玻璃彈簧做填料，精餾柱外包有電熱帶，115℃條件下蒸出黃色液體，冷卻至室溫得10.2g白色固體即為3,3-二甲基-2-氧代丁醛，產(chǎn)率為35％。

反應(yīng)原料3,3-二甲基-2-氧代丁醛：二氨基馬來腈：氯化鋅：尿素的摩爾比為1:1:0.8:6。電子天平準(zhǔn)確稱取3,3-二甲基-2-氧代丁醛0.02mol(2.2828g)、二氨基馬來腈0.02mol(2.162g)、氯化鋅0.016mol(2.1808g)和尿素0.12mol(7.2072g)混合均勻后倒入三頸燒瓶。油浴加熱，緩慢升溫至135℃，保持此溫度至尿素全部融化，期間不斷攪拌保證原料充分混合均勻。繼續(xù)升溫至220℃并保持2h，反應(yīng)物由液態(tài)迅速膨脹為泥漿態(tài)然后緩慢收縮最終變?yōu)楣虘B(tài)。待冷卻至室溫，取出用瑪瑙研缽研細(xì)得反應(yīng)粗產(chǎn)物。粗產(chǎn)物先用蒸餾水洗滌，過濾至濾液無色，真空干燥箱70℃烘干，后用丙酮反復(fù)洗滌至濾液無色。濾餅真空干燥后研細(xì)溶于DMF，過濾除去無機(jī)雜質(zhì)，向溶有四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)卟啉鋅的DMF溶液加入蒸餾水，析出藍(lán)黑色沉淀，過濾，濾餅用蒸餾水多次沖洗后烘干即得11.06g四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)卟啉鋅，產(chǎn)率為80％。

對于上述產(chǎn)物進(jìn)行表征，得到四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)卟啉鋅的紫外可見光譜圖，參見圖3。從圖3中可以看出，在325nm及645nm附近出現(xiàn)兩處特征吸收帶，符合卟啉化合物分別在250～350nm處和600～700nm處形成B帶和Q帶的要求。說明經(jīng)上述反應(yīng)，得到了四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)卟啉鋅。

經(jīng)上述反應(yīng)可知，通過本發(fā)明的方法合成四-2,3-(5-叔丁基吡嗪)金屬卟啉，過程簡單易控，原料種類少，且價格低廉，合成成本低，中間產(chǎn)物無毒無害，減少了后期處理的過程，且經(jīng)試驗可知，產(chǎn)物的產(chǎn)率均為70％以上，產(chǎn)率高。