Unravelling the Role of Water in Ultrafast Excited-State Relaxation Dynamics within Nano-Architectures of Chlorophyll a

Water plays a pivotal role in structural stability of supramolecular pigment assemblies designed for natural light harvesting (for example, chlorosome antenna complex) as well as their artificial analogs. However, the dynamic role of water in the context of excite-state relaxation has not been explored till date, which we report here. Using femtosecond transient absorption spectroscopy, we investigate the excited-state dynamics of two types of nano-scale assemblies of chlorophyll a with different structural motifs, rod-shaped and micellar assemblies, that depend on the water content. We show how water participates in excess energy dissipation by vibrational cooling of the non-thermally populated Q_y band at different rates in different types of clusters but exhibits no polar solvation dynamics. For the micelles, we observe a bifurcation of stimulated emission line shape, whereas a positive-to-negative switching of differential absorption is observed for the rods; both these observations are correlated with their specific structural aspects. Density functional theory calculations reveal two possible stable ground state geometries of dimers, accounting for the bifurcation of line shape in micelles. Thus, our study elucidates water-mediated structure–function relationship within these pigment assemblies.     

具有叶绿素-a碳架的苯乙烯基取代Z/E-二氢卟吩衍生物的合成

The Wittig reaction of methyl pyropheophorbide-d 2,obtained from methyl pyropheophorbide-a 1,with ben-zyltriphenylphosphonium bromide was performed to yield isomers 3a and 3b.The Vilsmeier reaction of nickelcomplex 4 or 7 with 3-dimethylaminoacrolein in the presence of phosphoryl chloride was carried out to form20-meso-2'-formylvinylpyropheophorbide-a 5 or 8,which was reacted with Wittig reagent to afford nickel complexisomers 6a and 6b or 9a and 9b,10a and 10b.     

焦脱镁叶绿酸-a甲酯20-meso-1-位的亲电取代反应

利用焦脱镁叶绿酸-a甲酯与亲电试剂发生的取代反应, 在焦脱镁叶绿酸-a甲酯的20-meso-位上分别引进硝基和卤原子, 得到了20-meso位取代的焦脱镁叶绿酸衍生物. 所合成的新叶绿素-a衍生物均经UV, IR, ¹H NMR及元素分析证明其结构. 另外, 对叶绿素-a卟吩环上的芳香性和相应的化学反应活性也进行了讨论, 提出了可能的亲电取代反应机理.     

红紫素-18的胺解反应及其叶绿素类二氢卟吩衍生物的合成

以红紫素-18甲酯为原料,与脂肪胺或者苯胺在加热回流和微波促进的条件下进行胺解反应,分别得到单酰胺化、双酰胺化和羰基亚胺化产物;同时,沿着N21-N23轴向对所得红紫素-18酰亚胺实施化学修饰,分别得到难以分离的具有阻旋异构和差向异构特征的红紫素-18酰亚胺混合物.新的二氢卟吩类衍生物均经UV,IR,1H NMR光谱、质谱及元素分析证明其结构,并对相应的胺解反应提出了可能的反应机理.     

红紫素-18的卤化反应及其二氢卟吩类衍生物的合成

从红紫素-18甲酯开始,通过对其3-位乙烯基和20-meso-位的亲电加成和亲电取代反应,区域选择性地给出相应的氯代或者溴代产物.红紫素-18甲酯与重氮甲烷的1,3偶极环加成反应生成C(3)-吡唑啉基取代的红紫素-18,继续与N-溴代丁二酰亚胺(NBS)和N-氯代丁二酰亚胺(NCS)进行亲电取代反应,生成相应的卤代吡唑啉基取代二氢卟吩.3-吡唑啉基红紫素-18热裂解后的卤代反应则给出3-环丙基-20-卤代二氢卟吩.选择脱镁叶绿酸-a甲酯为另一起始反应物,通过C(3)-乙烯基和E-环结构的一系列化学转换和20-meso-位的溴代反应,区域选择性地得到20-溴代红紫素-18衍生物.新报道的标题化合物均经UV,IR,1H NMR及元素分析证明其结构.     

C(3)-乙烯基的化学修饰与含氧基团取代的叶绿素-a衍生物的合成

以焦脱镁叶绿酸-a甲酯为起始原料, 通过加成和氧化反应将其3-位上的乙烯基转化为羟乙基、溴乙基、二羟乙基、二溴乙基和溴羟乙基, 再经过二甲亚砜/乙酸酐或者高钌酸四丙基铵(TPAP)/N-甲基吗啉-N-氧化物所组成的混合氧化剂的氧化反应, 得到多种C(3)-多酮基取代的二氢卟吩衍生物. 其单羟基作为离去基团与不同的活泼亚甲基化合物经过重排过程, 得到相应的酮基取代的二氢卟吩衍生物. 所得新叶绿素衍生物的化学结构均经UV, IR, ¹H NMR及元素分析得以证实, 并对相应的反应提出可能的反应机理.     

具有叶绿素基本碳架的苯并咪唑并红紫素-18衍生物的合成

脱镁叶绿酸-a甲酯与邻苯二胺发生缩合和重排反应,分别给出(2,3-n)-苯并咪唑并红紫素-18甲酯、(2,3-o)-苯并咪唑并红紫素-18甲酯、(2,3-n)-喹喔啉并焦脱镁叶绿酸甲酯和二氢卟吩-p6三甲酯.针对苯并咪唑并红紫素-18的20-meso-位和12-位甲基进行氟代、氯代、溴代、碘代和空气氧化反应,完成了一系列具有叶绿素基本碳架的苯并咪唑并二氢卟吩类衍生物的合成.所得新的叶绿素衍生物的化学结构均经UV,IR,1H NMR,质谱及元素分析予以证实.     

多酯基取代的叶绿素类二氢卟吩衍生物的合成

以脱镁叶绿酸-a甲酯为起始原料,通过碱性条件下的水解开环、空气氧化和重排反应,分别合成了红紫素-7三甲酯和二氢卟吩-p6三甲酯.然后对其C(3)-乙烯基、20-meso-位、12-位甲基以及尾端酯基进行化学修饰,通过亲电加成、亲电取代、1,3-偶极环加成和氧化重排等反应,完成10种具未见报道的的叶绿素类二氢卟吩衍生物,其化学结构均经UV,IR,1H NMR光谱及元素分析予以表征.     

叶绿素-a衍生物的化学反应和多取代卟吩(啉)合成的研究进展

天然产物叶绿素-a衍生物所具有的特殊理化性质以及连带多种活性取代基团的非对称性骨架结构, 决定其化学反应的活泼性和实际应用的广泛性. 基于以叶绿素-a及其衍生物为研究对象的化学反应和结构修饰, 综述了近期多取代卟吩(啉)合成的研究进展.     

3-位苯并含氮杂环取代的焦脱镁叶绿酸-a甲酯的合成

以焦脱镁叶绿酸-a甲酯(MPP-a)(1)为起始原料，在二氯甲烷中与醋酸锌共回流得锌配合物2，在四氯钯锂催化下，通过与苯基氯化汞的偶联反应生成3b-苯基焦脱镁叶绿酸-a甲酯(3)．分别选用四氧化锇、高钌酸四丙基铵(TPAP)和N-甲基吗啉N-氧化物将环外烯键氧化成邻二酮(4)．在酸性条件下，4与邻苯二胺的缩合形成了3-位喹喔啉取代的焦脱镁叶绿酸-a甲酯(5)．用四氧化锇和高碘酸钠将1的3-位碳碳双键氧化，则生成焦脱镁叶绿酸-d甲酯(6)．所得卟吩醛与环己二酮和萘胺进行一锅法反应，得到3-位苯并吖啶取代的焦脱镁叶绿酸-a甲酯(7)．所合成的新卟吩化合物均经UV，IR，^1H NMR及元素分析证明其结构．