Получение и применение порфиринов и их аналогов

1.

Министерство образования и науки Российской
Федерации
ФГБОУ ВПО «Московский технологический
университет»
Институт тонких химических технологий
Кафедра неорганической химии
ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ
ПОРФИРИНОВ И ИХ АНАЛОГОВ
Работу выполнил студент группы ХХМО-02-15
Ф.В. Пономарев
Магистерская программа 04.04.01.10
«Медицинская химия»
Преподаватель: проф., к.х.н. Л.Ю.
Аликберова
Москва 2016

2.

План лекции
Номенклатура порфиринов
Применение порфиринов и их
аналогов
Порфирины в живых системах
Синтез порфиринов
Аналоги порфиринов
Фотодинамическая терапия
2

3.

Порфирины — природные и
синтетические тетрапиррольные
соединения, формально —
производные порфина,
макроцикла, образованного
четырьмя пиррольными ядрами,
соединенными по α-положениям
четырьмя метиновыми группами.
мезо-положение
β-положение
A
Пиррол ―
составная часть,
ядро порфирина
B
α-положение
C
D
Простейший порфирин — порфин
3

4.

1.
Выделение
из
природных
источников
Методы получения
порфиринов и их аналогов
3.
2.
Микробиологический Химический
синтез
синтез
4.
Химическая
модификация
природных
соединений
Применение порфиринов и их аналогов
Медицина (ФДТ)
Техника и технология
(пигменты, органические
полупроводники, нелинейная
оптика, жидкие кристаллы,
катализаторы)
Биохимические исследования
(фотосинтетические модели,
искусственные ферменты)
4

5. Гемопротеиды в организме человека содержат порфириновые структуры

4 субъединицы:
Hb A
Гемоглобин
Миоглобин
Простетическая группа – гем
(комплекс протопорфирина IX с
Fe+2)
Цитохромы
Простетическая группа –
комплекс порфирина с Fe в
переменной валентности
Fe+2
Fe+3
Cys14
Me
Me
CH
Me
Me
Me
N
Met80
Fe
N
Me
CH
N
N
N
Me
Cys17
His18
Fe
N
N
Me
N
Me
Me
COOH
COOH
COOH
+2
COOH
Гем (Fe ) ферро-форма
Гемин (Fe+3) ферри-форма
5

6.

Номенклатура и типы
порфиринов
α
δ
β
γ
По IUPAC
По Фишеру
α
δ
β
γ
Мезопорфирин IX:
по IUPAC
7, 12-диэтил3,8,13,17тетраметилпорфирин2,16-дипропионовая
кислота
по Фишеру
2, 4-диэтил-1,3,5,8тетраметилпорфирин6,7-дипропионовая
кислота
6

7.

Стратегии к химическому синтезу
порфиринов
B
А
III. Сборка на основе
трипиррольных соединений
I. Конденсация по
монопиррольному типу
4 А
А
А
А
А
2А
II. Синтез пирролов на основе
дипиррольных соединений
А
+
А
B
B
А
D
C
+
А
B
А
B
C
А
А
B
А
+
C
IV. Через линейные
тетрапиррольные соединения
B
А
A
B
B
C
D
+
B
+
C
+
А
B
D
C
D
7

8.

I. Конденсация по монопиррольному
типу
А) По АдлеруЛонго: в среде H+;
Δ; O2 η~40%
Получение
пирролов по
Паалю-Кнорру
Б) По Линдсею:
1 стадия — CF3COOH
или BF3•H2O в CHCl3,
инертная атмосфера;
2 стадия —
окисление в
инертной атмоссфере
с
η~40–60%
DDQ
2,3-дихлор-5,6-дициано1,4-бензозинон (DDQ)
8

9.

II. Синтез пирролов на основе дипиррольных соединений
из дипирролилиметанов
из дипирролилиметенов
9

10.

III. Сборка на основе трипиррольных соединений
2
[3+1]
Синтез из трипирранов по
Сэсслеру (1987 г.)
10

11.

IV. Через линейные тетрапиррольные соединения
Из симметричного и
несимметричного ДП-метанов через
образование 1-метил-19H-билена b
Из двух несимметричных ДПметанов через образование 1,19диметилбилена b
11

12.

Порфирины и их аналоги
Порфирины
λmax~500–600 нм
Хлорины
λmax~600–700 нм
Бактериохлорины
λmax~700–800+ нм
Химические
модификации с
добавлением новых
хромоформных групп
обеспечивают
гипсохромный или
батохромный сдвиг
λmax
12

13. Природные хлорофиллы

n H2O + n CO2
h
Cn(H2O)n + n O2
Зеленый лист или вернее
микроскопическое зерно –
хлорофилл, является фокусом,
точкой в мировом пространстве,
в котором с одного конца
притекает энергия солнца, с
другой – берут начало все
проявления жизни на земле.
Тимирязев К.А.
Особенности структуры:
• Хлориновая система
• Наличие циклопентенонового
кольца
• Наличие остатка фитола
• 3 хиральных центра
• 7-8-транс-конфигурация
R1 = Me – Хлорофилл а
(Фишер 1940 г.)
R1 = CHO – Хлорофилл b
Me
R2 =
Me
CH2
Me
- остаток фитола С20:1
3
13

14.

Модификации
хлорофилла а
Кипячение в ацетоне,
фильтрование
O
H2
,
l
HC N 2 в
.
1
CH 2 O
.
2
)2
5
H
(С 2
Spirulina platensis
alga powder
O
O
C
O
O
HC
CH
2
H
C
2
H
Хлорофилл а
3. CH2N2
в
(С2H5)2O
1. NaOH/O2;
2. HCl до
pH ~5
1. HCl, H2O
2. CH2N2 в
(С2H5)2O
Метиловый эфир феофорбида а
Феофитин а
Метиловый эфир
пурпурина-18
14

15.

Фотодинамическая терапия —
это форма фототерапии
Фотосенсибилизаторы
(ФС)
Терапия
ФДТ
(фотодинамическая
терапия)
Тераностика
от
thera(peia) — забота и
уход и (diag)nostikos —
способность
распознавать
Диагностика
ФД
(флуоресцентная
диагностика)
15

16.

Механизм
действия ФДТ
Поглощенная доза облучения ~ Eпоглощения
E поглощения hv поглощения
hc
поглощения
В историческом плане разработку ФС для ФДТ можно
сравнить с восхождением альпиниста на гору.
1.
ФС первого поколения на основе порфиринов
2.
Разработка ФС на основе природных и синтетических
хлоринов и бактериохлоринов
3.
Наноразмерные средства доставки ФС для
антимикробной и противораковой ФДТ
Проблема таргетной доставки
16

17.

Заключение
Порфирины — природные
пигменты, являющиеся
производными порфина.
Порфириновую структуру имеют
многие соединения,
обнаруженные в живых
организмах.
Порфирины широко применяются
в медицине (ФДТ) и технике.
Порфирины можно получить
различными способами из моно-,
ди-, три- и тетрапиррольных
соединений.
Хлорины и бактериохлорины ―
это гидрированные аналоги
порфиринов, на основе которых
создаются фотосенсибилизаторы
нового поколения.
17

18.

Спасибо
Спасибо за
за внимание!
внимание!
18