酶催化、光催化構(gòu)建C-C鍵的綠色合成方法研究.pdf

1、酶是生命體中普遍存在且具有重要催化作用的物質(zhì)，具有高效性、專一性。不僅如此，酶可被生物降解，環(huán)境友好，副產(chǎn)品少，低能量需求使其成為極具吸引力的綠色生物催化劑。近年來，科學(xué)家們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)酶具有催化非天然反應(yīng)或作用于非天然底物的能力，這種現(xiàn)象叫做酶的多功能性。已經(jīng)有很多關(guān)于酶的催化多功能性的例子被報道，比如aldol反應(yīng)，Michael加成反應(yīng)，Mannich反應(yīng)，多組分串聯(lián)反應(yīng)，馬氏加成反應(yīng)以及α-氨基氰酰胺的不對稱合成反應(yīng)等。酶的催化多功

2、能性在拓寬了酶的應(yīng)用范圍的同時也為有機合成提供了一種綠色的生物催化方法。本論文發(fā)展了木瓜蛋白酶催化aldol反應(yīng)合成三氟甲基叔醇衍生物、豬胰脂肪酶和灰色鏈霉菌蛋白酶催化 Michael反應(yīng)合成羅丹寧及3,3-二取代氧化吲哚衍生物的綠色合成方法。
　　可見光是一種廉價易得、來源豐富、綠色、可再生的清潔能源，具有綠色環(huán)保、使用簡便、應(yīng)用潛力巨大、范圍廣泛等優(yōu)勢。目前光氧化還原催化已經(jīng)被有效地用于驅(qū)動有機合成領(lǐng)域中的化學(xué)轉(zhuǎn)化，構(gòu)建其它方

3、法難以制備的分子。葉綠素是地球上儲量最豐富的天然可見光光催化劑，它是大多數(shù)綠色植物葉綠體中主要的可見光受體。光合作用是自然界中最著名的化學(xué)反應(yīng)之一，植物利用太陽光作為其能量來源在葉綠素的作用下將CO2和H2O轉(zhuǎn)化成糖類。作為一種豐富，綠色和環(huán)保的光敏劑，葉綠素很少應(yīng)用于光催化氧化還原反應(yīng)。本論文報道了葉綠素作為光催化劑在可見光照射條件下催化環(huán)化反應(yīng)合成四氫喹啉類衍生物的綠色合成方法。
　　有些化學(xué)反應(yīng)在無催化劑的條件下也能夠很好地

4、進行，大大降低了生產(chǎn)成本，同時也減少了對環(huán)境的污染，符合綠色化學(xué)的要求，具有重要的理論研究和實際應(yīng)用價值。本論文發(fā)展了無催化劑條件下進行的直接氨化反應(yīng)實現(xiàn)碳-氮鍵構(gòu)建的綠色合成方法。
　　不對稱aldol反應(yīng)作為最常見的碳-碳鍵構(gòu)建方法之一，可以合成手性β-羥基羰基化合物。本論文第二章研究了在有機溶劑中木瓜蛋白酶催化三氟甲基酮和脂肪酮之間的aldol反應(yīng)合成三氟甲基叔醇衍生物。經(jīng)反應(yīng)條件優(yōu)化和底物擴展，目標(biāo)產(chǎn)物收率收率范圍在42-

5、99%之間，對映選擇性最高可達30%。同時提出了可能的反應(yīng)機理，并通過抑制、失活等對照實驗驗證。該方法拓寬了木瓜蛋白酶的應(yīng)用范圍，同時為制備三氟甲基叔醇衍生物提供了一種綠色的合成途徑。
　　Michael加成反應(yīng)是有機合成中構(gòu)建碳-碳鍵的重要反應(yīng)之一，在藥物分子的發(fā)現(xiàn)和復(fù)雜天然產(chǎn)物的全合成過程中都可以作為一種非常有用的手段。本論文第三章對酶催化的Michael反應(yīng)進行了研究。我們首次發(fā)現(xiàn)豬胰脂肪酶催化α,β-不飽和酮和羅丹寧之間M

6、ichael加成反應(yīng)的新催化多功能性。通過對溶劑、含水量、底物投料比、pH值、溶劑總體積、酶量和溫度在內(nèi)的反應(yīng)條件的優(yōu)化，以及對底物范圍的擴展，我們獲得了23個羅丹寧類衍生物，收率范圍在50-98%之間，非對映選擇性最高可達99:1，對映選擇性最高可達66%。
　　本論文第四章對酶催化的Michael反應(yīng)進行了研究。我們首次發(fā)現(xiàn)灰色鏈霉菌蛋白酶可以催化3-甲基羥吲哚、羅丹寧和馬來酰亞胺之間的的Michael反應(yīng)。通過一系列條件優(yōu)化

7、后進行底物普適性研究，各種底物均能夠順利地參與到反應(yīng)中，我們共得到了19個目標(biāo)產(chǎn)物，收率范圍在50-99%之間。酶催化作為一種綠色的生物催化方法，探究其催化多功能性拓寬了酶的應(yīng)用范圍，酶的這些新催化多功能性的發(fā)現(xiàn)具有重要的應(yīng)用價值。
　　在本論文第五章中，我們發(fā)展了一種從 N,N-二甲基苯胺和馬來酰亞胺出發(fā)合成四氫喹啉衍生物的簡單、綠色和高效的合成方法。該方法利用可見光和空氣中的氧氣作為綠色的試劑，天然色素葉綠素作為綠色的光敏劑，

8、以簡單的反應(yīng)過程通過sp3 C-H鍵官能化及直接環(huán)化，以得到在藥物和藥物化學(xué)中具有重要研究價值的四氫喹啉衍生物。該反應(yīng)底物適用范圍廣泛，共合成26個四氫喹啉類衍生物，目標(biāo)產(chǎn)物收率范圍在61-98%之間，同時對反應(yīng)機理進行了深入探討。
　　碳-氮鍵的構(gòu)建在有機化學(xué)中非常重要，但是目前關(guān)于無催化劑條件下進行的偶氮二甲酸酯與 N,N-二甲基苯胺之間 C(sp3)-H鍵的直接氨化反應(yīng)還沒有相關(guān)報道。無催化劑催化有機反應(yīng)更符合綠色化學(xué)的理念