1. 研究目的与意义
卟啉是在卟吩环上拥有取代基的一类大环化合物的总称，具有特殊的刚性π电子离域结构。在卟啉大环中，四个氮原子构成了一定空间位置和配位能力的环境，可与金属形成稳定的配合物。若在卟啉环上改变取代基、调节4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。金属卟啉配合物是一类在自然界中广泛存在的天然大环化合物，在许多生命过程中起到非常重要的作用，是重要生理功能的活性中心，如植物中的叶绿素、血液中的血红素、细胞色素P450等。因此，卟啉和金属卟啉由于结构的多样性而被广泛应用于有机电致发光材料、太阳能电池材料、导电材料、能源化学、分析化学、催化化学、有机合成化学和医学等领域，合成出具有特殊功能的金属卟啉化合物是从事卟啉化学研究工作者一直非常关注的问题，通过研究金属离子与卟啉配体的配合合成条件及材料性能，稳定性的变化，具有一定的理论意义和应用价值。
2. 课题关键问题和重难点
卟啉类衍生物由于共轭平面结构具有良好的光谱学性能和电化学性能,在临床医学、材料科学及生物学等诸多领域有着异常广泛的应用,其研究与开发日益活跃,引起越来越多科学工作者的关注，合成出具有特殊功能的金属卟啉化合物是从事卟啉化学研究工作者一直非常关注的问题。通过有机合成反应及分离手段制备一种卟啉铜的有机物，对制备的卟啉铜进行核磁、红外等表征手段进行表征并分析，并对其化学结构，光学吸收性能及在溶剂中的光学稳定性进行研究。通过研究金属离子与卟啉配体的配合合成条件及材料性能，稳定性的变化，具有一定的理论意义和应用价值。
3. 国内外研究现状（文献综述）
1.1 卟啉
卟啉是由取代基和卟吩组成的大环结构化合物. 它是自然界中广泛存在的有机分子。它们都具有很 强的荧光特性和良好的光稳定性。由于它们特殊的化学结构，使之成为一种重要的有机合成中间体。卟 吩的前体由四个吡咯类亚基以α-碳原子为中心通过次甲基桥连接而成（CH-）。卟啉环上有26个π电子 被共轭取代。卟啉又叫希腊字母“紫色”，它的结构与大多数化合物一样都为深紫色。卟啉是一类重要 的杂环化合物，其结构中含有一个甲基桥，其中的碳上连有氢、氧或α-碳原子等元素。卟啉骨架的骨架 被称为卟吩，我们通常把卟啉与卟啉环之外的同系物和衍生物称为卟啉。 卟啉是一种天然染料，主要是由于它的共轭π键可以在光的作用下发生变化，使其具半导体优良的光电性能。此外，由于其易被氧化还原反应所修饰的性质，还能作为光敏剂而应用于化学传感领域。卟啉分子具有优异的有机半导体光电性能。 根据卟啉的性质，我们将卟啉分为两类，一类是脂溶性卟啉化合物，通常可溶于氯仿等有机溶剂， 并且在石油醚和正己烷中其溶解度最小。另外，它在水溶液中由于分子内氢键的存在使其容易溶解于醇 和水中。但也有例外，如当与金属离子形成配合物后，它们的溶解性大大增强了。另一类卟啉化合物易溶于水、甲醇、丙酮和乙腈等亲水性有机溶剂中。卟啉化合物的熔点通常在300度以上，紫红色固体粉末或结晶固体具有光敏性质，能在紫外或可见光下有效释放单线态氧。
1.2 金属卟啉
4. 研究方案
从1929年Fisher第一次报道成功制备血晶素以后，科研工作者们热衷于制备卟啉衍生物并对其性能研究展开了深入地讨论。如1936年，Rothemund等人采用简单结构的苯甲醛与吡咯在较高温度150 ℃反应体系中加热回流24至48h，第一次制备了5,10,15, 20-Tetraphenylporphyrin 即 5, 10, 15, 20-四苯基卟啉（简写 TPP）。但研究者发现此制备方法所得产率较低，难以推广。随着历史的车轮进入上世纪六十年代，Adler于1967 年对Rothemund采用的方法 进行了调整，他们用沸点稍低的丙酸作为反应体系的溶剂，使苯甲醛同吡咯于141℃下加热回流，最终获得5,10,15,20-四苯基卟啉。此种制备策略的最重要的优势就是反应体系需要的反应条件比较温和、操作可行性强和简单易行，并且能承受住在较高浓度下（0.1至0.3mol/L)进行批量合成。研究还发现此反应体系对反应底物（可以是经修饰的苯甲醛）适应性较宽，所以该方法给 人们想合成具有各种各样功能的卟啉带来了希望，比如用此方法来制备不对称结构的卟啉、具有双亲性的卟啉和高分子化的卟啉等，但通过实验研究表明，因为此种制备方法是在酸性溶剂中进行，容易使体系产成较多的副产物四氢卟啉，最终导致产物提纯带来了困难；并且限制了带有对酸敏感基团的苯甲醛衍生物为反应底物的使用。
1992年，来自法国的合成家Petit巧妙地将吡咯、苯甲醛和硅胶均匀混合在一起，使前两者吸附于后者表面，靠无机载体表面的酸性作用，后又利用微波激励成功制备了卟啉。整个反应过程仅用了10min，然后直接利用柱层析方法进行分离提纯。他们进一步详细探究了微波激励法制备卟啉的机理及影响产率的各个变量后，又改用甲苯为溶剂和以对硝基苯甲酸为其催化，延长反应时间至20 min，卟啉的产率提高至42%。1994年，郭灿城用二甲基甲酰胺作溶剂，同时采用无水三氯化铝作催化剂，苯甲醛和吡咯反应制备5,10,15, 20-四苯基卟啉，所得产率为30%，明显略高Adler法，并且反应操作难度较低，不需要惰性气体进行保护，副产物较少，尤其不含四氢卟啉。虽然这种方法其产率也只有大约30%，但是由于其反应条件更为简单，操作也更加简便，因而它也拥有一定的实用价值，但是由于AlCl3自身性质的问题（在反应体系中吸水后较易水解生成Al(OH)3），所以在没有较有效办法彻底避免这个弊端前，自身缺点限制了此种方法的推广。还有一种不常用的方法叫固体熔融合成法，此方法主要用于苯并卟啉或萘并卟啉的制备，采用的是将物质的量比为一份的苯乙酸锌或萘乙酸锌与两份的邻苯二甲酰亚胺放到研钵中充分研磨，再高温使之熔融持续反应1小时，经过Alder法分离提纯，获得相应四苯基或四萘基苯并卟啉锌，产率较低，不超过17%。
5. 工作计划
第1-2周 大量阅读相关文献，制定可行的合成制备路线，分析比较卟啉铜衍生物国内外研究现状，在此基础上确定课题研究方案并完成开题报告及文献综述。
第3-10周 通过有机合成反应及分离手段进行卟啉铜配合物的合成，对制备的卟啉铜进行核磁、红外等表征手段进行表征
第11-14周 研究所合成的卟啉铜配合物紫外吸收特性及在溶剂中的稳定性
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