DMF中金属卟啉一步合成新方法

DMF中金属卟啉一步合成新方法

金属卟啉的实验室经典制备长期依赖两步合成体系：首先以芳醛与吡咯在丙酸回流条件下缩合制备游离卟吩，经复杂分离纯化获得纯品后，再转移至DMF溶剂体系中完成金属插入反应。该工艺历经长期发展，体系成熟、重现性稳定，是目前国内外制备四芳基金属卟啉的主流通用方法。但传统工艺存在显著短板：反应全程需切换丙酸、DMF两种截然不同的溶剂体系；其中丙酸强腐蚀性特征突出，对实验设备与器皿耐腐性能要求严苛，后处理过程会产生大量酸性废液，环境污染压力大。同时，中间体游离卟吩的分离纯化步骤繁琐、流程冗长，整体合成效率偏低。

我们于1991年建立无水三氯化铝‑DMF体系合成游离卟吩的新方法（《有机化学》，1991，11（4）：416），突破了传统丙酸回流的合成模式。鉴于DMF本身亦是经典金属卟啉金属插入阶段的通用溶剂，本研究进一步实现体系融合与工艺整合：将原本“DMF合成卟吩、DMF金属化”的两步分立过程，整合为单一DMF介质中的一锅串联反应，成功构建芳醛、吡咯与金属盐同步反应的金属卟啉一步合成新体系。该方法可在同一反应体系内连续完成吡咯多步链增长、线性四吡咯中间体关环、原位金属插入与氧化产物锁定全过程，无需分离游离卟吩中间体，彻底规避强腐蚀丙酸溶剂的使用，显著简化合成流程、降低实验损耗与废液排放，在卟啉合成方法学上展现出明显的优势。

针对不同金属离子的理化稳定性、氧化还原特性及大环插入动力学差异，我们系统建立了适配锰、铁、钴、铜、镍等多种金属卟啉的差异化一步合成工艺，并分别获得国家发明专利授权：

1. 一种无水三氯化铝催化的四芳基镍卟啉的合成方法（ZL2020105013491.5）；

2. 一种由芳香醛、吡咯和铜盐合成铜卟啉的方法（ZL202010514478.1）；

3. 一种由吡咯、芳醛和二价铁盐合成三价四芳基铁卟啉的方法（ZL202010513469.0）；

4. 一种经环化和金属化同步合成四芳基钴卟啉的方法（ZL202010513501.5）；

5. 一种醛和吡咯及二价锰盐氧化插入反应同步合成锰卟啉的方法（ZL202010514492.1）。

在该一步合成体系中，多种过渡金属离子可在线性四吡咯的关环关键阶段发挥一定的模板辅助效应，有效促进大环骨架闭环构建。同时，基于不同金属的本征化学特性，需采用专属的投料策略与反应适配机制：Mn²⁺游离态抗氧化稳定性优异，但卟吩金属插入动力学速率较慢，适合反应初始投料，依托金属模板效应辅助大环关环，通过适度提高金属盐投料当量，补偿吡咯低聚物配位造成的金属损耗；Fe²⁺具有超快的卟吩金属插入动力学，但游离亚铁在酸性有氧体系中易提前氧化失活，因此可根据需求采用初始共投或后期延迟投料两种模式，前者可保留模板关环增益，后者可规避游离亚铁氧化失效；钴、铜、镍等离子亦因自身独特的配位稳定性与插入动力学，在一步体系中呈现差异化的反应规律与适配特征。

但是，该一步合成体系仍受限于吡咯‑芳醛多步连续缩合的本征反应特征。反应过程中持续生成的链状吡咯低聚物会对金属离子产生配位束缚，造成有效金属活性损耗；同时体系反应性能对水分、氧气、温度等工艺参数较为敏感，反应粗产物杂质种类多，后续分离纯化压力较大。

综上，该DMF体系一步合成方法无需腐蚀性丙酸溶剂、省去中间体分离步骤，实现了大环构建与金属化的一体化串联反应，具备工艺绿色化优势。该合成技术的核心价值在于突破了传统两步法的体系局限，建立了适配多类金属卟啉的一体化合成新策略，同时该工艺仍具备广阔的条件优化与性能提升空间。