許秀枝 王 艱 李柱來＊, 嚴(yán)文錦 蚩會(huì)麗 陳文斌 卓世昌 陳耐生

(1福建醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，福州 350004)(22007級(jí)福建醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥物分析本科生，福州 350004)(3福州大學(xué)功能材料研究所，福州 350002)

四-β-(氨甲基)酞菁鋅鹽酸鹽的合成及光物理光化學(xué)性質(zhì)研究

許秀枝1王 艱1李柱來＊,1嚴(yán)文錦1蚩會(huì)麗1陳文斌2卓世昌2陳耐生＊,3

(1福建醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，福州 350004)(22007級(jí)福建醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥物分析本科生，福州 350004)(3福州大學(xué)功能材料研究所，福州 350002)

四-β-(鄰苯二甲酰亞胺甲基)酞菁鋅(ZnPcP4)與85%水合肼反應(yīng)得到四-β-(氨甲基)酞菁鋅(ZnPcN4，分子式C36H28N12Zn)，其鹽酸鹽為ZnPcN4·HCl。測(cè)試合成得到的標(biāo)題化合物紫外-可見電子吸收光譜，熒光光譜和單線態(tài)氧生成速率。標(biāo)題化合物在水中聚集，在90%1，2-丙二醇/水中主要以單體形式存在。目標(biāo)酞菁鋅配合物在90%DMF/水的中性溶液存在聚集體，在弱酸性條件下，隨酸度增大，675 nm處Q帶單體吸收峰升高，在DMF/water(10%,V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)溶液中10-5mol·L-1的酞菁配合物基本上沒有聚集；在強(qiáng)酸性條件下，隨酸度增大，675 nm處Q帶單體吸收峰下降的同時(shí)，在713 nm處酞菁單質(zhì)子化吸收峰強(qiáng)度有所增加。ZnPcN4·HCl在DMF體系中聚集，熒光量子產(chǎn)率和單線態(tài)氧量子產(chǎn)率變小，但其在DMF/water(10%，V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)體系中主要以單體形式存在，熒光量子產(chǎn)率為0.19，單線態(tài)氧量子產(chǎn)率0.58，光敏活性與標(biāo)準(zhǔn)無取代酞菁鋅相近。

酞菁鋅；聚集；單線態(tài)氧；質(zhì)子化

光動(dòng)力治療(PDT)是目前公認(rèn)的有效治療癌癥的方法之一，光動(dòng)力治療的關(guān)鍵物質(zhì)是光敏劑。在化學(xué)合成的光敏劑中，酞菁類被認(rèn)為是最有希望的新一代光敏劑之一。理想的光敏劑應(yīng)具備以下特點(diǎn)[1]：①組分單一，結(jié)構(gòu)明確，性質(zhì)穩(wěn)定；②在光照時(shí)具有強(qiáng)的光毒性，對(duì)機(jī)體無副作用、安全；③與正常組織相比，在靶組織內(nèi)有相對(duì)的選擇性攝取，而又不會(huì)在體內(nèi)滯留過久；④光敏活性高，其三線態(tài)壽命長(zhǎng)，產(chǎn)生1O2而且產(chǎn)率高；⑤在治療窗口(600～900 nm)有強(qiáng)吸收，以利于治療時(shí)使用對(duì)人體組織穿透較深的波長(zhǎng)；⑥在生理pH值可溶解。由于酞菁環(huán)上取代基影響到藥物在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)和腫瘤組織對(duì)藥物的攝取以及穿透癌細(xì)胞的能力等，因此，它是決定其性能的重要因素，如何進(jìn)一步提高光敏劑對(duì)病變組織的靶向性是目前研究的熱點(diǎn)之一。親脂性酞菁難代謝，易造成皮膚光毒性[2]，水溶性或兩親性酞菁如磺基、羧基、膦基等取代的陰離子型[3-10]和吡啶基、喹啉基、二甲胺基乙氧基等取代的陽(yáng)離子型[11-15]等，帶正電性的光敏劑可直接作用于線粒體，有利于癌癥治療。取代基中兩親性基團(tuán)既可與白蛋白結(jié)合有助于其在體內(nèi)輸運(yùn)，又能提高被病變組織攝取能力。基于這個(gè)認(rèn)識(shí)，具有兩親性的氨基與蛋白質(zhì)間可能有強(qiáng)的相互作用，并能共價(jià)連接到單克隆抗體上，而引起人們的關(guān)注。本文選擇鄰苯二甲酰亞胺作為氨基的前驅(qū)體，縮合得到的酞菁配合物通過水合肼轉(zhuǎn)化成氨甲基取代酞菁，其鹽酸鹽為 ZnPcN4·HCl(Scheme 1)，對(duì)其光物理和光化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了初步的研究。

Scheme 1 Synthesis of β-tetrakis(aminomethyl)phthalocyaninato zinc(Ⅱ) and its hydrochloride

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

儀器：傅立葉變換紅外光譜儀(美國(guó) Perkin-Elmer公司)；UV-2450型紫外可見分光光度計(jì)(日本島津公司)；970-CRT熒光分光光度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司)；Vario ELⅢ型元素分析儀(德國(guó)Element公司)；DECAX-30000 LCQ Deca XP 液質(zhì)電噴霧離子阱質(zhì)譜儀(德國(guó)ThermoFinnigan公司)；FDLCE-1型液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀(上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司)；LC-20AT高效液相色譜分析儀(日本島津公司，SPD-20A紫外檢測(cè)器)。

試劑：9,10-二甲基蒽(DMA)(德國(guó) Augsburg公司，純度99%)和酞菁鋅(ZnPc)為(Alfa Aesar公司，純度95%)由福建醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院黃麗英課題組提供。鄰苯二甲酰亞胺甲基鄰苯二甲腈為實(shí)驗(yàn)室自制，DMF、甲醇等其他試劑由國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，均為分析純?cè)噭?。?shí)驗(yàn)用水為雙蒸水。

1.2 合 成

四-β-(鄰苯二甲酰亞胺甲基)酞菁鋅(ZnPcP4)的合成：根據(jù)文獻(xiàn)[16]，于500 mL三口燒瓶中，加入新蒸的干燥乙二醇乙醚250 mL和金屬鋰120 mg，5 g鄰苯二甲酰亞胺甲基鄰苯二甲腈，升溫至150℃，反應(yīng)4 h。反應(yīng)結(jié)束后，減壓蒸出溶劑，后往溶液中加入300 mL DMF和20 g無水醋酸鋅，在120℃反應(yīng)4 h，減壓蒸餾除去大部分溶劑后冷卻至室溫。將殘余液直接轉(zhuǎn)移到硅膠柱上進(jìn)行純化，用四氫呋喃進(jìn)行洗脫收集主要組分，減壓濃縮后再次經(jīng)硅膠柱純化，最后殘留物用DMF進(jìn)行洗脫，兩組分分別用甲醇析出，過濾，甲醇洗滌，干燥，共得產(chǎn)物2 g，記為ZnPcP4。 IR ν(cm-1)：2 926,2 854(-CH2-)，1 771，1 716(鄰苯二甲酰亞胺，C=O),1 392,1 338,1 165,1 100,950,727 cm-1。紅外光譜的數(shù)據(jù)與目標(biāo)產(chǎn)物相符。

四-β-(氨甲基)酞菁鋅(ZnPcN4)的合成：參照文獻(xiàn)[17-18]，于250 mL三口燒瓶中，將酞菁鋅配合物ZnPcP4(1.09 g，0.9 mol)和肼(2.4 mL，77 mmol)加入到100 mL THF中，室溫?cái)嚢?4 h，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑。 將所得固體溶于 0.1 mol·L-1HCl中，過濾除去白色固體，所得藍(lán)色濾液用0.1 mol·L-1NaOH溶液調(diào)節(jié)至pH值為7。靜置24 h，過濾，所得濾餅水洗2次，甲醇洗滌3次。固體40℃真空干燥后，稱重，計(jì)算產(chǎn)率(0.67 g，90%)。 IR ν:3430～3240(NH),2 925,2849(-CH2-),1666,1612,1574,1489,1382,1336,1094,1052,1100,927,831,745 cm-1。 m/z：693(MH)+。 元素分析按 C36H28N12Zn 的計(jì)算值(%)：C(62.30)，H(4.07)，N(24.22)； 實(shí) 驗(yàn) 值 (%)：C(62.09)，H(4.31)，N(24.14)。

四-β-(氨甲基)酞菁鋅鹽酸鹽(ZnPcN4·HCl)的合成：取上述合成得到的四-β-(氨甲基)酞菁鋅(ZnPcN4)0.2 g，用 0.1 mol·L-1HCl溶解，加入 1 倍量的無水乙醇減壓蒸干，然后加入甲苯通過減壓蒸餾除去殘余的水和鹽酸，固體40℃真空干燥。產(chǎn)物記為ZnPcN4·HCl。產(chǎn)物通過HPLC檢測(cè)為單一組分(圖1)：配制一定濃度的此酞菁鋅化合物水溶液，取20 μL 進(jìn) 樣 ， 用 YMC-Triart C18(4.6×150 mm，S-5 μm，12 nm)色譜柱進(jìn)行分析，洗脫液為 1.2 mmol·L-1HCl和乙腈混合溶液，流速 1.0 mL·min-1，采用梯度洗脫，675 nm檢測(cè)。具體流程設(shè)置見表1。

表1 ZnPcN4·HCl色譜分析流程表Table 1 Analysis flow-sheet of ZnPcN4·HCl by HPLC

1.3 紫外-可見電子吸收光譜測(cè)定

分別配制 ZnPcN4·HCl的水母液(1 mmol·L-1)。

不同溶劑體系中標(biāo)題酞菁鋅配合物溶液的配制：從母液中各取50 μL于10 mL容量瓶中，分別加入不同溶劑配制溶液用于紫外-可見電子吸收光譜測(cè)定。(1)加入 9 mL DMF，用水定容；(2)加入 9 mL 1，2-丙二醇， 用水定容；(3) 加入 2 mL 1，2-丙二醇，0.2 mL CEL，用水定容；(4)直接加水定容。

不同酸度體系中標(biāo)題酞菁鋅配合物溶液的配制：從母液中各取50 μL于10 mL容量瓶中，加入9 mL DMF，然后分別加入不同濃度的鹽酸溶液，最后用水定容。

不同濃度標(biāo)題酞菁鋅配合物溶液的配制：從母液中各取 5.5、27.5、55、110、165 μL 于 10 mL 容量瓶 中 ， 加 入 9 mL DMF，0.12 mol·L-1HCl 溶 液100 μL，用水定容。

實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行。

1.4 熒光量子產(chǎn)率測(cè)定

配制 ZnPcN4·HCl的 DMF 母液(0.5 mmol·L-1)。采用稀釋法配制 ZnPcN4·HCl(2.5 μmol·L-1)的 DMF溶液：從母液中取50 μL于10 mL容量瓶中，用DMF 定容。 ZnPcN4·HCl/DMF/water(10%，V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1) 溶液的配制： 從母液中取 50 μL 于10 mL 容量瓶中， 加入 8.95 mL DMF，0.12 mol·L-1HCl溶液100 μL，用水定容。以610 nm為熒光激發(fā)波長(zhǎng)，在室溫(15～30℃)下，掃描熒光發(fā)射光譜。以ZnPc為標(biāo)準(zhǔn)物，采用下式求出ZnPcN4·HCl在不同溶劑體系中的熒光量子產(chǎn)率(ΦF)[19]。

圖1 產(chǎn)物ZnPcN4.HCl的高效液相色譜圖Fig.1 HPLC chromatograms of ZnPcN4·HCl

式中：Φ：ZnPc的熒光量子產(chǎn)率，以DMF為溶劑 Φ =0.32[20]， 以 DMF/water(10% ，V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)為溶劑 Φ=0.28[21]；ΦF：ZnPcN4·HCl的熒光量子產(chǎn)率；AZnPc：標(biāo)準(zhǔn)物ZnPc在610 nm處的吸光度；SZnPc：標(biāo)準(zhǔn)物ZnPc熒光發(fā)射光譜的積分面積；A：ZnPcN4·HCl在 610 nm 處的吸光度；S：ZnPcN4·HCl熒光發(fā)射光譜的積分面積。

1.5 單線態(tài)氧測(cè)定條件

本文以DMA為1O2捕獲劑，DMA可以選擇性地與1O2作用形成穩(wěn)定性強(qiáng)的化合物(9，10-二甲基-9，10-二氫-9，10-環(huán)二氧蒽)， 其在 374 nm 處無紫外吸收，該反應(yīng)過程如下：

1.5.1 供試品及標(biāo)準(zhǔn)物ZnPc溶液的制備

配制 ZnPc 的 DMF 母液(0.5 mmol·L-1)；DMA 的DMF 溶液(0.15 mmol·L-1)。ZnPcN4·HCl的 DMF 母液(0.5 mmol·L-1)為上述 1.4 中配制。

體系1：分別采用稀釋法配制ZnPc+DMA(5 μmol·L-1，74.5 μmol·L-1) 和 ZnPcN4·HCl+DMA(5 μmol·L-1，74.5 μmol·L-1)溶液：從各自母液中取 100 μL 于 10 mL 容量瓶中，各加入 DMA(0.15 mmol·L-1)的DMF母液5 mL，用DMF定容。然后從中各取出3.00 mL于紫外-可見電子吸收光譜用比色皿中，置于下述1.5.2光照裝置槽中進(jìn)行測(cè)定。

體系2：分別采用稀釋法配制ZnPc+DMA(5 μmol·L-1，74.5 μmol·L-1)/DMF/water(10% ，V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1) 和 ZnPcN4·HCl+DMA(5 μmol·L-1，74.5 μmol·L-1)/DMF/water(10% ，V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)溶液：分別從母液中取100 μL于10 mL容量瓶中，各加入 DMA(0.15 mmol·L-1)的 DMF 母液5 mL、3.9 mL DMF、0.12 mol·L-1HCl溶液 100 μL，用水定容。然后從中各取出3.00 mL于紫外-可見電子吸收光譜用比色皿中，置于下述1.5.2光照裝置槽中進(jìn)行測(cè)定。

DMA 空白溶液的配制：(1)從 DMA(0.15 mmol·L-1)的DMF母液中取5 mL于10 mL容量瓶中，用DMF定容，用于體系1的對(duì)照實(shí)驗(yàn)；(2)從DMA(0.15 mmol·L-1)的DMF母液中取5 mL于10 mL容量瓶中， 然后加入 4 mL DMF、0.12 mol·L-1HCl溶液100 μL，用水定容，用于體系2的對(duì)照實(shí)驗(yàn)。從中各取出3.00 mL于紫外-可見電子吸收光譜用比色皿中，置于下述1.5.2光照裝置槽中進(jìn)行測(cè)定。

1.5.2 光照裝置

此裝置由福建醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院黃麗英課題組提供[22]。將所配溶液精密量取3.00 mL于光路徑為1 cm石英比色皿中，在空氣中，以100 W碘鎢燈光為照射光源，光線經(jīng)循環(huán)水槽濾去紫外和紅外輻射、一組凸透鏡將光源轉(zhuǎn)化為平行光、一塊650 nm的玻璃濾光片至石英比色皿。光功率用液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀測(cè)定為80 mW·cm-2。

1.5.3 UV-Vis法測(cè)定單線態(tài)氧量子產(chǎn)率

室溫條件下(15～30℃)，所配置的供試品及對(duì)照品溶液經(jīng)過上述光照裝置照射，每隔5 min測(cè)定供試品及對(duì)照品溶液中吸光度的變化(即在401 nm處吸光度的變化)[23]。DMA的消耗速率符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)，可用如下方程[24]表示：

(1)式中：A0：起始濃度吸光度；At：某一時(shí)刻吸光度；t：光照射時(shí)間；KDMA：DMA 消耗速率常數(shù)。光敏劑吸收光子的速率Kpho(The rate of absorption of photons by the sensitizer,Kpho)，可以用下式求得[24]：

(2)式中：P：光照裝置照射于樣品上的光功率(mW)；A：光敏劑于固定波長(zhǎng)λ處的吸光度；λ：光照裝置照射于樣品上的光波長(zhǎng)即650 nm；L：光束照射在樣品上的光路徑長(zhǎng)度(1 m)；V：樣品的體積(mL)；因子0.97是激光在空氣和玻璃接觸面反射光的校正系數(shù)。因子0.119 7/λ是1 mol光子的能量，也稱為一愛因斯坦。

單線態(tài)氧的量子產(chǎn)率與DMA消耗的速率及光敏劑吸收光子的速率的比值成正比，即與KDMA/Kpho成正比。已知光敏劑ZnPc在DMF溶液中的ΦΔ=0.56[21,23]， 通過以下公式計(jì)算即可算出 ZnPcN4·HCl的單線態(tài)氧量子產(chǎn)率：

2 結(jié)果與討論

2.1 紫外-可見電子吸收光譜

圖2是ZnPcN4·HCl在水溶液及混合溶液中的紫外-可見電子吸收光譜。酞菁及金屬配合物電子吸收光譜在200～400 nm和600～800 nm有2個(gè)很強(qiáng)的吸收帶，分別稱為B帶和Q帶，分別對(duì)應(yīng)于其電子能級(jí)中的a2u→eg躍遷和a1u→eg躍遷。標(biāo)題酞菁鋅配合物在長(zhǎng)波長(zhǎng)方向有2個(gè)典型的特征吸收峰，632 nm處是酞菁聚集體的吸收峰，675 nm處為酞菁Q帶單體吸收峰[25-27]。標(biāo)題配合物易溶于水，其可見吸收光譜見圖2a，單體的吸收峰強(qiáng)度明顯低于聚集體，說明在水溶液中產(chǎn)生了嚴(yán)重的聚集。含O配位基團(tuán)溶劑(ROH、DMF等)對(duì)酞菁的聚集有解聚作用(圖 2，b、c、d)：90%1,2-丙二醇/H2O 中主要以單體形式存在，90%DMF/H2O和 20%1,2-丙二醇/2%CEL/H2O中單體聚集體共存。從吸收峰的強(qiáng)度來看,同等比例條件下 1,2-丙二醇/H2O混合液對(duì)聚集體的解聚作用要優(yōu)于DMF/H2O混合液；1,2-丙二醇/H2O混合液中隨著醇含量增加，水含量減少，675 nm處的吸收峰升高，632 nm處吸收峰降低,表明聚集體濃度隨著水含量減少而逐漸減少。上述實(shí)驗(yàn)表明水在酞菁聚集過程中起了主要作用。

圖 2 ZnPcN4·HCl(5 μmol·L-1)在不同溶劑中的紫外-可見電子吸收光譜Fig.2 UV-Vis spectra of ZnPcN4·HCl(5 μmol·L-1)in different solvents

圖 3 ZnPcN4·HCl(5 μmol·L-1)/DMF/water(10%,V/V)/HCl在不同酸度值中的紫外-可見電子吸收光譜Fig.3 UV-Vis spectral changes observed on increase in acidity of ZnPcN4·HCl in DMF/water(10%,V/V)/HCl system

圖 3 是 ZnPcN4·HCl(5 μmol·L-1)/DMF/water(10%,V/V)/HCl在不同pH值中的紫外-可見電子吸收光譜。從圖3a中可以看出，在弱酸性條件下隨著酸度的增大，675 nm處Q帶單體吸收峰逐漸增強(qiáng)；從圖3b中可以看出，在強(qiáng)酸性條件下隨著酸度的增大，675 nm處Q帶吸收峰逐漸降低的同時(shí)，在713 nm處出現(xiàn)新的吸收峰，且此新吸收峰強(qiáng)度隨酸度增加逐漸增大，這個(gè)峰可以歸屬于酞菁外周氮原子質(zhì)子化[24]。這些結(jié)果表明酸度對(duì)目標(biāo)酞菁鋅配合物在DMF/water(10%,V/V)混合溶液中的存在狀態(tài)起了重要作用。

標(biāo)題化合物在DMF/water(10%,V/V)混合溶液中雖然單體含量相對(duì)較大，但是單體與聚集體的吸光度比值相對(duì)較小，酞菁分子間聚集程度較大，雖然標(biāo)題酞菁鋅配合物周環(huán)上的氨基與鹽酸作用形成鹽酸鹽，銨鹽帶正電荷可相互排斥，但只有4個(gè)正電荷仍未能阻止酞菁配合物的聚集[28]。隨著酸度的增大，標(biāo)題化合物在632 nm處聚集體的吸收峰強(qiáng)度逐漸減弱，在675 nm處單體的吸收峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，在pH值約為3時(shí)單體與聚集體的吸光度比值最大?？赡苁怯捎谒岫仍龃?，溶劑分子水或DMF中的O原子質(zhì)子化，帶正電荷溶劑分子促進(jìn)酞菁分子間相互排斥作用，使目標(biāo)酞菁鋅配合物在DMF/water(10%,V/V)混合溶液中進(jìn)一步解聚，當(dāng)酸度增大到pH值約為3時(shí)，酞菁鋅配合物主要以單體形式存在。

酞菁外周橋聯(lián)的4個(gè)氮原子呈弱堿性，在酸性介質(zhì)中能參與酸堿相互作用，可與1～4個(gè)H+結(jié)合形成質(zhì)子化酞菁。

酞菁氮原子單質(zhì)子化會(huì)導(dǎo)致Q帶分裂和紅移[21,29-31]。單質(zhì)子化在～680 nm和～710 nm處有2個(gè)吸收帶，如無取代酞菁鋅在 DMF/H2SO41.84 mol·L-1介質(zhì)中質(zhì)子化光譜[29]。朱曉利[31]研究了在多種酞菁鋅配合物CH2Cl2溶液中添加三氟乙酸紫外-可見電子吸收光譜和熒光光譜變化，隨著三氟乙酸的增加，酞菁鋅配合物的Q帶單體吸收峰出現(xiàn)不同程度的下降，在Q帶右側(cè)方向出現(xiàn)新的單質(zhì)子化吸收峰且強(qiáng)度逐漸增大。本文是在DMF/water(10%,V/V)混合溶液中添加鹽酸，隨著酸度增大，標(biāo)題化合物也發(fā)生質(zhì)子化，所測(cè)單質(zhì)子化結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道的相一致。

圖4為不同濃度的標(biāo)題化合物在DMF/water(10%，V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)中的紫外-可見電子吸收光譜圖，圖中標(biāo)題酞菁鋅配合物在675 nm處單體吸收峰強(qiáng)度隨濃度增大逐漸增加，在所測(cè)濃度范圍(10-5mol·L-1)中，酞菁單體的吸收峰強(qiáng)度和濃度的關(guān)系符合Beer-Lambert定律，結(jié)果表明標(biāo)題化合物在 DMF/water(10%，V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)弱酸性溶液體系中10-5mol·L-1濃度范圍內(nèi)基本沒有聚集。

圖 4 ZnPcN4·HCl/DMF/water(10%,V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)不同濃度紫外-可見電子吸收光譜圖Fig.4 UV-Vis spectral changes observed on increase in the concentration of ZnPcN4·HCl in DMF/water(10%,V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)system

2.2 熒光量子產(chǎn)率

圖5 (Ⅰ)和(Ⅱ)是ZnPcN4·HCl/DMF體系中的紫外-可見電子吸收光譜和熒光發(fā)射光譜(ⅲ)和(ⅳ)是ZnPcN4·HCl/DMF/water(10%，V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)體系中的紫外-可見電子吸收光譜和熒光發(fā)射光譜(λex=610 nm)(cZnPcN4·HCl=2.5 μmol·L-1)Fig.5 Absorption spectra(ⅰ) and fluorescence emission spectra(ⅱ) of ZnPcN4·HCl in DMF.The absorption spectra(ⅲ) and fluorescence emission spectra(ⅳ)of ZnPcN4·HCl in DMF/water(10%,V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)systems.(λex=610 nm)

圖 5 是 ZnPcN4·HCl在 DMF 和 DMF/water(10%,V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)體系中的紫外-可見電子吸收光譜和熒光發(fā)射光譜(λex=610 nm)圖。標(biāo)題化合物在純DMF體系中會(huì)發(fā)生聚集(圖5ⅰ)，聚集體的存在會(huì)消耗激發(fā)態(tài)的能量，使得熒光發(fā)射強(qiáng)度下降(圖5ⅱ)，熒光量子產(chǎn)率降低(表2)。標(biāo)題化合物在DMF/water(10%,V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)體系中基本不聚集，Q帶最大吸收光譜處紫外-可見電子吸收光譜和熒光光譜存在鏡像對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖5ⅲ，ⅳ)，表2是其相應(yīng)的激發(fā)單線態(tài)光物理數(shù)據(jù)，從表中可知標(biāo)題化合物單體最大吸收波長(zhǎng)675 nm，最大發(fā)射波長(zhǎng)681 nm，熒光發(fā)射光譜較相應(yīng)的吸收光譜略微紅移，Stokes位移 6 nm。 熒光量子產(chǎn)率 0.19，ZnPcN4＜ZnPc，說明標(biāo)題化合物ZnPcN4·HCl第一激發(fā)單線態(tài)的熒光輻射躍遷概率相對(duì)無取代鋅酞菁要小。這些結(jié)果與文獻(xiàn)[28]報(bào)道的陽(yáng)離子酞菁AzaPc性質(zhì)相似。

表2 酞菁鋅配合物ZnPcN4·HCl激發(fā)單線態(tài)光物理數(shù)據(jù)Table 2 Absorption,emission,fluorescence quantum yield values for ZnPcN4·HCl

2.3 單線態(tài)氧生成速率

圖 6 是 ZnPcN4·HCl/DMA/DMF/water(10%,V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)溶液吸光強(qiáng)度值隨光照時(shí)間變化圖。從圖中可以看出所測(cè)含標(biāo)題酞菁鋅光敏劑的DMA溶液在360、380和401 nm處的吸光度值均隨光照時(shí)間逐漸變小，標(biāo)題配合物在401 nm處吸收很小，故可直接利用DMA在401 nm處的吸光度隨時(shí)間變化作圖，所測(cè)DMA溶液的吸光度值ln(A0/At)與光照時(shí)間呈一級(jí)動(dòng)力學(xué)關(guān)系(圖7，表3)，線性擬合斜率為 KDMA+ZnPcN4·HCl=3.482 04×10-4s-1。 在此光照條件下，標(biāo)題物酞菁鋅基本不衰減，故可排除光敏劑本身光吸收的干擾。但空白DMA其在酸性DMF溶液中的有一定程度的衰減，衰減速率為KDMA=8.121 98×10-5s-1，因此不可以忽略DMA自身氧化帶來的干擾?？鄢鼶MA自身衰減，標(biāo)題配合物ZnPcN4·HCl的衰減速率常數(shù)為 KZnPcN4·HCl=2.669 842×10-4s-1。 標(biāo)題酞菁鋅配合物和無取代酞菁鋅ZnPc溶液于650 nm處的吸光度值分別為0.117 37和0.130 46，通過公式(2)(3)計(jì)算得 ΦΔZnPcN4·HCl=0.58，此單線態(tài)氧生成速率與無取代酞菁鋅相近，說明酞菁周環(huán)烷基取代對(duì)酞菁光化學(xué)性質(zhì)影響不大。

圖6 ZnPcN4·HCl(5.0 μmol·L-1)/DMA(74.5 μmol·L-1)/DMF/water(10%,V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)溶液吸光強(qiáng)度值隨光照時(shí)間變化圖Fig.6 A typical spectrum for the determination of singlet oxygen quantum yield of ZnPcN4·HCl in DMF/water(10%,V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)using DMA as a singlet oxygen quencher.c(ZnPcN4·HCl)=5 μmol·L-1

圖7 DMA吸光度的ln(A0/At)值對(duì)光照時(shí)間圖(λ=401 nm)Fig.7 Plots of ln(A0/At)vs.irradiation time for the photooxidation of DMA photosensitized by ZnPc and ZnPcN4·HCl(λ=401 nm)

表3 酞菁鋅配合物光敏消耗DMA速率常數(shù)和單線態(tài)氧量子產(chǎn)率Table 3 Rate of photooxidation of DMA photosensitized by ZnPcN4·HCl and singlet oxygen quantum yield values

但是，ZnPcN4·HCl單線態(tài)氧量子產(chǎn)率在純DMF體系中只有 0.19(表 2)，相比在 90%DMF/10%H2O/HCl(1.2 mmol·L-1)體系中小得多，主要是由于標(biāo)題配合物在DMF中大部分是以聚集體形式存在，單體含量少，聚集體的存在會(huì)消耗激發(fā)態(tài)的能量，激發(fā)態(tài)與單質(zhì)氧作用幾率減少，生成單線態(tài)氧能力下降。這與其在純DMF溶劑中熒光量子產(chǎn)率小于在 DMF/water(10%,V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)體系中的結(jié)果相一致，說明聚集對(duì)酞菁配合物的性質(zhì)有很大影響。

3 結(jié) 論

通過Gabrie合成法合成得到氨甲基取代酞菁鋅配合物(ZnPcN4)，所得產(chǎn)物的鹽酸鹽ZnPcN4·HCl在水溶液中主要以聚集體存在，在90%1,2-丙二醇/H2O中主要以單體形式存在。目標(biāo)酞菁鋅配合物在90%DMF/水的中性溶液存在聚集體，但在弱酸性條件下，隨酸度增大，675 nm處Q帶單體吸收峰升高，在 DMF/water(10%,V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)溶液中10-5mol·L-1的酞菁配合物基本沒有聚集；在強(qiáng)酸性條件下，隨酸度增大，675 nm處Q帶單體吸收峰下降的同時(shí)，在713 nm處酞菁單質(zhì)子化吸收峰強(qiáng)度有所增加。若ZnPcN4·HCl在DMF體系中聚集，則熒光量子產(chǎn)率和單線態(tài)氧量子產(chǎn)率變小，在主要以單體形式存在時(shí)，其熒光量子產(chǎn)率為0.19，單線態(tài)氧量子產(chǎn)率0.58，光敏活性與無取代酞菁鋅相近。

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Synthesis,Photophysical and Photochemical Properties of β-Tetrakis(aminomethyl)phthalocyaninato Zinc(Ⅱ)Hydrochloride

XU Xiu-Zhi1WANG Jian1LI Zhu-Lai＊,1YAN Wen-Jin1CHI Hui-Li1CHEN Wen-Bin2ZHUO Shi-Chang2CHEN Nai-Sheng＊,3
(1Faculty of Pharmacy,Fujian Medical University,Fuzhou 350004,China)(2Undergraduate,Faculty of Pharmacy,Fujian Medical University,Fuzhou 350004,China)(3Institute on Research of Functional Materials,Fuzhou University,Fuzhou 350002,China)

β-Tetrakis(aminomethyl)phthalocyaninato zinc(Ⅱ) (ZnPcN4)was synthesized from the reaction of β-tetrakis(phthalimidomethyl)phthalocyaninato zinc(Ⅱ) (ZnPcP4)with 85%NH2NH2·H2O and the hydrochloride of ZnPcN4(ZnPcN4·HCl)was obtained.UV-Visible electronic absorption spectra,fluorescence spectra and singlet oxygen quantum yield of ZnPcN4·HCl were determined.ZnPcN4·HCl was found to be aggregated in aqueous media but was partially or fully disaggregated on addition of DMF or ROH to the water solution.In the DMF/water(10%,V/V)/HCl media,as the concentration of HCl increased,the absorbance intensity of monomer increased gradually in the weak acid solution.It is no aggregation in DMF/water(10%,V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)media in the concentration of 10-5mol·L-1.However,in the strong acid solution,as the concentration of HCl increased,the absorbance intensity of monomer decreased gradually,meanwhile the absorbance intensity of monoprotonation peak at 713 nm increased to a small extent.The maximum absorbance and emission wavelength of ZnPcN4·HCl is 675 nm and 681 nm in DMF/water(10%,V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1)media,respectively.ZnPcN4·HCl was found to be aggregated in DMF,so its fluorescence quantum yield and singlet oxygen quantum yield were small.A value of 0.19 was calculated for thefluorescence quantum yield of this photosensitizer in DMF/water(10%,V/V)/HCl(1.2 mmol·L-1).The photodynamic activity of ZnPcN4·HCl was evaluated using 9,10-dimethylanthracene(DMA).The singlet oxygen quantum yield was 0.58 close to ZnPc with a promising anti-tumor photosensitizer for the further research.

phthalocyaninatozinc;aggregation;singlet oxygen;protonation

O614.24+1；O627.23

：A

：1001-4861(2011)05-0877-09

2010-10-08。收修改稿日期：2010-11-26。

福建省青年人才創(chuàng)新基金(No.2007F3038)和福建醫(yī)科大學(xué)青年骨干教師基金(2009-2011)資助項(xiàng)目。

＊通訊聯(lián)系人。 E-mail：lizhulai@126.com，nschen@fzu.edu.cn；會(huì)員登記號(hào)：M041400053S。