卟啉化合物的应用及其研究进展

卟啉化合物的应用及其研究进展

1卟啉的结构特点

卟啉是卟吩外环带有取代基的同系物和衍生物的总称。卟吩是由四个吡咯环和四个次甲基桥联的大π共轭体系，其中心氮原子能与金属原子配位生成金属卟啉络合物（如图）。卟啉及其金属络合物种类繁多，分子具有刚性结构，卟吩环周边功能团的位置和方向控制余地较大，其轴向配体周围的空间大小和相互作用方向的控制余地较大。如果在卟啉环上改变取代基、调节四个氮原子的给电子能力、引入不同的中心金属离子或者改变不同亲核性的轴向配体，就会使卟啉和金属卟啉具有不同的性质，因而也具有不同的功能。卟啉化合物在自然界广泛存在，其特殊的刚性π电子离域结构使得卟啉化合物在医学、生物化学、材料化学、能源利用等多方面具有良好应用前景。

2卟啉的应用

2.1在医学上的应用

卟啉及大部分金属配合物都具有卓越的荧光特性。许多卟啉化合物对癌细胞有特殊的亲和能力，可以利用它来识别病体组织，卟啉通常具有的长效激发三重态（寿命一般在μs～ms 范围之间）使其为光动力学诊断中光敏剂的选择提供了理论依据。卟啉及其衍生物制成的光敏剂聚集在癌变部位，能达到定向治疗的效果。目前以其为基础发展出的治疗方法有利用卟啉类光敏药物疗法，对肿瘤的光动力疗法，超声治疗癌症法等。

2.2 在生物化学上的应用

卟啉是血红素、细胞色素和叶绿素等生物大分子的核心部分。金属卟啉应用于核酸定位断裂是近年来发展起来的一个研究方向。金属卟啉配合物作为主体分子有其独特的优点:（1）卟啉环具有刚性结构, 周边官能团的方向和位置可较好地得到控制, 使之与客体分子之间有最佳的相互作用；（2）卟啉分子有较大的表面，对金属卟啉分子轴向配卟啉分子有较大的表面，对金属卟啉分子轴向配大。为达到对核酸的定位断裂，将适当的核酸识别剂组装于金属卟啉上，有望设计出高性能的核酸定位断裂剂。这不仅是对金属卟啉研究领域的扩展、同时对癌症的基因治疗、大片段基因的分子识别、基因免疫印迹分析等都具有重大意义。2.3 在能源利用上的应用

近年来，卟啉类化合物以其优异的特性在有机太阳能电池领域，尤其是染料敏化太阳能电池中得到了广泛的应用研究。人们通过对卟啉分子进行改性来提高相应的太阳能电池效率，比如增加分子的共轭度、在分子上引入长烷基链、引入功能化小分子如三乙胺和噻吩等等。目前效率最高的卟啉敏化DSSC 是Gratazel 小组设计的含有丙二酸基团的β-功能化卟啉2b 为染料的DSSC，它的η值达到7. 1%。台湾的Diau 等设计合成的一系列羧基吸附基团在meso-取代的卟啉染料也获得了很高的电池效率，将带长烷基链的6e 敏化的DSSC 在10μm 厚的TiO2薄膜上加了一个4μm 厚的散射层优化后，它的η值可达6. 8%。卟啉作为电子给体还可以与电子受体富勒烯、碳纳米管、碳纳米角等结合，在本体异质结太阳能电池以及新型的染料敏化本体异质结太阳能电池中得到广泛的研究，并取得了不错的效果。目前卟啉光敏剂面临的最大问题是如何减少分子的聚集从而获得更高的光电转换效率，如何能直接从分子本身出发以降低这种聚集是现今大

多数小组正在研究的问题。

2.4 在光电材料上的应用

有机电致发光器件的最终目标是全彩显示，目前作为三基色中的红光材料还没有得到很好的解决，在某种程度上阻碍了全彩显示器的发展。无论是将未配位的卟啉还是金属卟啉通过掺杂、共聚或接枝制作OLED，基本上都可以通过能量转移得到卟啉单元的饱和红光发射，这为解决红光材料提供了一个重要的方法和途径。且与其它的有机红光材料相比，卟啉材料具有更为饱和的红光发射。同时研究者发现通过分子设计也可以得到具有其它发光性能如红外性能卟啉材料，这为设计不同的发光波长的新电致发光材料提供了途径。现在对卟啉研究主要集中在材料的合成和制备上，通过在卟啉单元上引入合适的基团或把卟啉高分子化来防止其自身的聚集猝灭，以提高材料的稳定性、电致发光亮度和电致发光效率等，取得了一定的效果，但是还没有同时能满足高效、稳定的OLED。卟啉材料的应用受到了材料的制备方法和器件的制备工艺等因素的影响。因此，要得到稳定的高效、高亮度的红光卟啉器件需要从这些方面一一突破。

3 结束语

卟啉类化合物由于其分子具有刚柔性、电子缓冲性、光电磁性和高度的化学稳定性，在医学、生物化学、材料化学、能源利用等方面具有良好应用前景，随着对卟啉类化合物的深入研究和科技进步，它们将被应用得更深更广。

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