Получение и применение порфиринов и их аналогов

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

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

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

Гемопротеиды в организме человека содержат порфириновые структуры
Простетическая группа – гем
(комплекс протопорфирина IX с Fe+2)
Простетическая группа –
комплекс порфирина с Fe в переменной валентности
Fe+2 Fe+3
Гем (Fe+2) ферро-форма
Гемин (Fe+3) ферри-форма

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

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

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

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

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

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

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

Природные хлорофиллы
R1 = Me – Хлорофилл а (Фишер 1940 г.)
R1 = CHO – Хлорофилл b
R2 =
Особенности структуры:
Хлориновая система
Наличие циклопентенонового кольца
Наличие остатка фитола
3 хиральных центра
7-8-транс-конфигурация
- остаток фитола С20:1
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.

Spirulina platensis
alga powder
Кипячение в ацетоне, фильтрование
Модификации хлорофилла а
1. HCl, H2O
2. CH2N2 в (С2H5)2O
NaOH/O2;
HCl до
pH ~5
3. CH2N2 в (С2H5)2O
2. CH2N2 в (С2H5)2O
1. HCl, H2O
HCOOCH2CH2COOH
Хлорофилл а
Метиловый эфир феофорбида а
Феофитин а
Метиловый эфир пурпурина-18

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

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

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.