查看“︁卟啉”︁的源代码

{{noteTA
|G1=生命科学
|G2=化学
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|1=卟啉
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'''{{zy|卟|bǔ|ㄅㄨˇ}} {{zy|啉|lín|ㄌㄧㄣˊ}}'''（{{lang-en|Porphyrin}}）又称'''紫质'''，是一类由四个[[吡咯]]类亚基的α-碳原子通过[[次甲基]]桥（=CH-）互联而形成的大分子[[杂环化合物]]。其母体化合物为[[卟吩]]（''porphin''，C<sub>20</sub>H<sub>14</sub>N<sub>4</sub>），有取代基的卟吩即称为卟啉。卟啉环有26个π电子，是一个高度共轭的体系，并因此显深色。“卟啉”一词是对其英文名称''porphyrin''的音译，其英文名则源于希腊语单词πορφύρα (''porphyra'')，意为紫色，因此卟啉也被称作'''紫质'''。卟吩旧称“{{zy|㗊|léi}}”，因此，卟啉旧称“㗊族化合物”<ref>《汉语大字典》㗊字条目。</ref>。

许多卟啉以与金属离子配合的形式存在于自然界中，如含有[[二氢卟吩]]与镁配位结构的[[叶绿素]]以及与铁配位的[[血红素]]。人体内卟啉积累过多时会造成卟啉病，也称[[紫质症]]。

== 性质 ==
<center><gallery>
File:Porphyrin.svg|卟吩－最簡單的卟啉
File:Porphyrin3D.png|卟吩的空間填充模型
File:H2TPP.png|四苯基卟啉的结构
File:PorphyrinNumbering.png|卟啉环的编号系统
</gallery></center>

卟啉环的编号方式见上图。习惯命名是将5,10,15,20位称为''meso''位（间），将1,4,6,9,11,14,16,19位称为''alpha''位（α），将2,3,7,8,12,13,17,18位称为''beta''位（β）。

卟啉的大分子环是一个24中心26电子的体系，符合[[休克尔规则]]中的4n+2通式，因此具有芳香性。卟啉自由碱的中心氮原子可以与+2或+3价的金属阳离子配位，两个氮上的氢原子被金属取代，生成金属卟啉。通常把它们及其衍生物称为金属卟啉化合物。其反应通式如下：

:<math>\rm H_2(\,</math>卟啉<math>\rm) + [ML_n]^{2+} \rightarrow M(\,</math>卟啉<math>\rm) L_{n-4} + 4 L + 2 H^+\,</math>

四苯并四氮杂卟啉类化合物由[[苯酐]]与[[尿素]]在[[氯化亚铜]]存在下发生缩合制得，呈蓝色，一般称为[[酞菁]]。其分子中四个[[异吲哚]]环的氮原子可以与金属离子在中心发生配位，生成金属酞菁。金属酞菁化合物色泽鲜艳耐晒，耐热性能优良，着色力强，是很常用的颜料和染料。

以卟啉作为结构单元的[[超分子]]是目前[[分子器件]]研究的主要方向之一。''meso''-四苯基卟啉的[[氯化铁]]配合物（TPPFeCl）是一个有机合成试剂。卟啉的衍生物有：[[咕啉]]、[[二氢卟吩]]（2,3-二氢卟啉）、[[菌綠素]]、[[F430]]（镍四吡咯）等。

== 自然形成 ==
地卟啉，也称为岩卟啉，是一种地质来源的卟啉。<ref name=handbook>{{cite book|title=The Porphyrin Handbook|publisher=[[Elsevier]]|isbn=9780123932006|url=https://books.google.com/books?id=Ci7rIe0Ohn8C&pg=PA381|editor=Karl M. Kadish|page=381|date=1999|access-date=2022-06-05|archive-date=2022-06-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20220605111159/https://books.google.com/books?id=Ci7rIe0Ohn8C&pg=PA381}}</ref>它们可能出现在[[原油]]、[[油页岩]]、煤或沉积岩中。<ref name=handbook/><ref>{{cite journal|last1=Zhang|first1=Bo|last2=Lash|first2=Timothy D.|title=Total synthesis of the porphyrin mineral abelsonite and related petroporphyrins with five-membered exocyclic rings|journal=Tetrahedron Letters|date=September 2003|volume=44|issue=39|page=7253|doi=10.1016/j.tetlet.2003.08.007}}</ref>[[卟啉鎳石]]可能是唯一的地卟啉矿物，因为卟啉很少单独出现并形成晶体。<ref>{{cite journal|last1=Mason|first1=G. M.|last2=Trudell|first2=L. G.|last3=Branthaver|first3=J. F.|title=Review of the stratigraphic distribution and diagenetic history of abelsonite|url=https://archive.org/details/sim_organic-geochemistry_1989_14_6/page/585|journal=Organic Geochemistry|year=1989|volume=14|issue=6|page=585|doi=10.1016/0146-6380(89)90038-7}}</ref>

== 合成 ==
=== 实验室合成 ===
[[File:Tetratolylporphyrin.jpg|thumb|[[对甲基苯甲醛]]与[[吡咯]]在[[丙酸]]中回流反应后得到的''meso''-四（对甲苯基）卟啉晶体<ref>{{cite journal en| title = Microscale Synthesis and <sup>1</sup>H NMR Analysis of Tetraphenylporphyrins | author = Falvo, RaeAnne E.; Mink, Larry M.; Marsh, Diane F. | journal = J. Chem. Educ. | volume = 1999 | issue = 76 | pages = 237}}</ref>。]]
实验室中，卟啉通常是用取代[[醛]]类和[[吡咯]]在酸中的缩合反应来合成的，并且一般需要用[[路易斯酸]]催化。反应的产率不高，反应后会产生大量的副产物，可以通过柱色谱法除去。卟啉环与金属盐（如[[溴化亚铁]]）作用，可以得到相应的键联金属卟啉。

这个合成卟啉的方法一般被称为罗斯曼法（Rothemund）或阿德勒法（Adler）。1936年Rothemund首先合成四苯基卟啉（TPP）<ref>{{cite journal en| author = P. Rothemund | title = A New Porphyrin Synthesis. The Synthesis of Porphin | year = 1936 | journal = [[J. Am. Chem. Soc.]] | volume = 58 | issue = 4 | pages = 625–627 | doi = 10.1021/ja01295a027}}</ref><ref>{{cite journal en| author = P. Rothemund | title = Formation of Porphyrins from Pyrrole and Aldehydes | year = 1935 | journal = [[J. Am. Chem. Soc.]] | volume = 57 | issue = 10 | pages = 2010–2011 | doi=10.1021/ja01313a510}}</ref>，他采用[[吡啶]]为溶剂，使[[苯甲醛]]和吡咯在封管中加热反应数十小时，产率极低，并且可以参与反应的苯甲醛衍生物很少。后来，这个方法被Adler和Longo作了深入研究<ref>{{cite journal en| author = A. D. Adler, F. R. Longo, J. D. Finarelli, J. Goldmacher, J. Assour and L. Korsakoff | title = A simplified synthesis for meso-tetraphenylporphine | year = 1967 | journal = [[J. Org. Chem.]] | volume = 32 | issue = 2 | pages = 476–476 | doi = 10.1021/jo01288a053 }}</ref>，改为用丙酸作介质，使芳香醛与吡咯回流反应后，冷却、过滤，滤饼用热水和甲醇分别洗涤，真空干燥晶体，得到卟啉。与Rothemund的方法相比，这个改进法可以获得较高产率（20%）的卟啉，操作简单，适用的取代苯甲醛也较多，因此一直沿用至今。

<center>[[File:H2TPPsyn.png|400px]]</center>

间-四烷基卟啉可由相应醛（比烷基多一个碳）与吡咯缩合而得。回流反应后要用醌类（如[[DDQ]]）或其他氧化剂将产生的卟啉原氧化为卟啉。可用[[对甲苯磺酸]]作缩合的催化剂。

=== 生物合成 ===
生物体内的卟啉合成以[[柠檬酸循环]]中的[[琥珀酰CoA]]与[[甘氨酸]]作原料。两者发生[[Claisen缩合]]并[[脱羧]]生成[[δ-氨基乙酰丙酸]]（ALA），然后两分子的δ-氨基乙酰丙酸缩合，生成含一个吡咯环的[[胆色素原]]（PBG）。[[胆色素原脱氨酶]]作用下，四分子的胆色素原反应得到[[羟甲基胆素]]（HMB），继续反应得到[[尿卟啉原Ⅲ]]，构建出[[四吡咯]]环系的框架。尿卟啉原Ⅲ之后又先後转化为[[粪卟啉原Ⅲ]]、[[原卟啉原Ⅸ]]和[[原卟啉Ⅸ]]，并在这里分出了[[血红素]]和[[叶绿素]]的合成系统。

在一些非光合生物（如[[动物]]、[[真菌]]、非光合[[原生生物]]以及细菌中的[[α-变形菌]]）中，卟啉合成的[[關鍵步驟]]是由[[琥珀酰CoA]]与[[甘氨酸]]合成[[δ-氨基乙酰丙酸]]。
{| cellpadding=3 cellspacing=0 border=1 style="border-collapse:collapse" align="center" width="90%" height="5%"
|bgcolor="#eeeeee"| '''[[酶]]'''
|bgcolor="#eeeeee"| '''[[受質|底物]]'''
|bgcolor="#eeeeee"| '''产物'''
|bgcolor="#eeeeee"| '''[[染色体]]'''
|bgcolor="#eeeeee"| '''[[EC编号|EC]]'''
|bgcolor="#eeeeee"| '''[[OMIM]]'''
|-
| [[δ-氨基乙酰丙酸合成酶]]
| [[甘氨酸]]、[[琥珀酰CoA]]
| δ-氨基乙酰丙酸
| 3p21.1
| [http://www.expasy.org/cgi-bin/nicezyme.pl?2.3.1.37 2.3.1.37] {{Wayback|url=http://www.expasy.org/cgi-bin/nicezyme.pl?2.3.1.37 |date=20110621215355 }}
| [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/dispomim.cgi?id=125290 125290] {{Wayback|url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/dispomim.cgi?id=125290 |date=20100413032159 }}
|-
| [[δ-氨基乙酰丙酸脱水酶]]
| [[δ-氨基乙酰丙酸]]
| 胆色素原
| 9q34
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|-
| [[胆色素原脱氨酶]]
| [[胆色素原]]
| 羟甲基胆素
| 11q23.3
| [http://www.expasy.org/cgi-bin/nicezyme.pl?2.5.1.61 2.5.1.61] {{Wayback|url=http://www.expasy.org/cgi-bin/nicezyme.pl?2.5.1.61 |date=20110621215456 }}
| [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/dispomim.cgi?id=176000 176000] {{Wayback|url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/dispomim.cgi?id=176000 |date=20100306031551 }}
|-
| [[尿卟啉原Ⅲ合成酶]]
| [[羟甲基胆素]]
| 尿卟啉原Ⅲ
| 10q25.2-q26.3
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|-
| [[尿卟啉原Ⅲ脱羧酶]]
| [[尿卟啉原Ⅲ]]
| 粪卟啉原Ⅲ
| 1q34
| [http://www.expasy.org/cgi-bin/nicezyme.pl?4.1.1.37 4.1.1.37] {{Wayback|url=http://www.expasy.org/cgi-bin/nicezyme.pl?4.1.1.37 |date=20110621215539 }}
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|-
| [[粪卟啉原Ⅲ氧化酶]]
| [[粪卟啉原Ⅲ]]
| 原卟啉原Ⅸ
| 3q12
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|-
| [[原卟啉原Ⅸ氧化酶]]
| [[原卟啉原Ⅸ]]
| 原卟啉Ⅸ
| 1q22
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|-
| [[亚铁螯合酶]]
| [[原卟啉Ⅸ]]
| [[血红素]]
| 18q21.3
| [http://www.expasy.org/cgi-bin/nicezyme.pl?4.99.1.1 4.99.1.1] {{Wayback|url=http://www.expasy.org/cgi-bin/nicezyme.pl?4.99.1.1 |date=20110621215713 }}
| [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/dispomim.cgi?id=177000 177000] {{Wayback|url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/dispomim.cgi?id=177000 |date=20100306031544 }}
|}

== 參見 ==
* [[葉綠素]]
* [[血紅素]]
* [[卟啉症]]

== 参考资料 ==
{{Reflist|}}

{{环状化合物}}

{{Tetrapyrroles}}

{{Authority control}}
[[Category:生物分子]]
[[Category:代谢]]
[[Category:光合作用]]
[[Category:超分子化学]]
[[Category:螯合配体]]
[[Category:卟啉|*]]
[[Category:大环化合物]]