手性雙氨基酸五配位氫膦烷的立體化學(xué)研究.pdf

1、五配位磷化合物作為中間體或過渡態(tài)在生物學(xué)過程中被廣泛的提出。本論文以氨基酸為原料合成并分離出16個(gè)單一絕對(duì)構(gòu)型的雙氨基酸五配位氫膦烷，通過高效液相色譜(HPLC)、核磁共振波譜(NMR)、X-射線單晶衍射技術(shù)、圓二色光譜(CD)、電噴霧質(zhì)譜(ESI-MS)以及量子化學(xué)理論計(jì)算等分析手段對(duì)它們的立體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 本論文通過L-型氨基酸與PCl3反應(yīng)可以獲得一對(duì)雙氨基酸五配位氫膦烷的非對(duì)映異構(gòu)體，與之類似，D-型氨基酸與P

2、Cl3反應(yīng)可以獲得另外一對(duì)雙氨基酸五配位氫膦烷的非對(duì)映異構(gòu)體。這些非對(duì)映異構(gòu)體都可以利用非手性HPLC進(jìn)行有效的分離(純度大于99.5％)。固體CD光譜證明它們雙雙成對(duì)映異構(gòu)體的關(guān)系，在非手性HPLC中有相同的保留時(shí)間及相似的波譜數(shù)據(jù)。 1H-1H COSY實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其中一類雙氨基酸五配位氫膦烷中氨基酸側(cè)鏈α-CH與PH之間具有遠(yuǎn)程相關(guān)作用，4JH-C-N-P-H為2.4 Hz。量子化學(xué)理論計(jì)算表明在雙氨基酸五配位氫膦烷的非對(duì)映異

3、構(gòu)體之間，P-H鍵與氨基酸側(cè)鏈α-位碳原子的C-H鍵空間伸展方向不同，進(jìn)而造成了1H-1H COSY信號(hào)的差異，4JHC-N-P-H分別為2.5或0.5 Hz。 31P NMR和1H NMR跟蹤測(cè)試表明該系列化合物各單一絕對(duì)構(gòu)型在中性有機(jī)溶劑DMSO-d6或CDCl3中，室溫條件下，40天內(nèi)可以穩(wěn)定不變。高純度和較好的穩(wěn)定性為絕對(duì)構(gòu)型研究結(jié)論的可靠性和有效性奠定了很好的基礎(chǔ)。 X-射線單晶衍射技術(shù)對(duì)獲得晶體結(jié)構(gòu)的8個(gè)雙

4、氨基酸五配位氫膦烷的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，確定該系列化合物中心磷原子屬于三角雙錐構(gòu)型，H原子和兩個(gè)N原子在平伏鍵上，兩個(gè)O原子在直立鍵上。在此基礎(chǔ)上，借鑒配位化合物的命名規(guī)則，對(duì)其絕對(duì)構(gòu)型進(jìn)行命名，并通過固體CD光譜以及1H NMR對(duì)所有化合物的絕對(duì)構(gòu)型進(jìn)行關(guān)聯(lián)。 本論文還系統(tǒng)的對(duì)1JP-X(X=H，N)進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明：1JP-H耦合常數(shù)的數(shù)值在四配位磷化合物中約為700 Hz小于在雙氨基酸五配位氫膦烷中約為800 Hz的數(shù)值

5、，而1JP-N耦合常數(shù)的數(shù)值在四配位磷化合物中約為41 Hz卻大于在雙氨基酸五配位氫膦烷中約為32 Hz的數(shù)值。利用量子化學(xué)理論計(jì)算，通過DFT/B3LYP/6-31+G(d，p)對(duì)化合物的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，再用DFT/B3LYP/IGLOⅢ對(duì)其進(jìn)行耦合常數(shù)的計(jì)算獲得了與實(shí)驗(yàn)測(cè)試相同的結(jié)論，研究表明在雙氨基酸五配位氫膦烷中，P-N鍵具有雙鍵的性質(zhì)，從而降低了化學(xué)鍵中s軌道的比例，進(jìn)而降低了相應(yīng)的1JP-N耦合常數(shù)數(shù)值。 對(duì)雙氨基

6、酸五配位氫膦烷固體CD和溶液CD的測(cè)試，以及對(duì)雙纈(亮)氨酸五配位氫膦烷的CD光譜進(jìn)行理論計(jì)算研究，確定了氨基酸側(cè)鏈為飽和脂肪鏈的雙氨基酸五配位氫膦烷的CD信號(hào)受到中心手性磷原子與氨基酸側(cè)鏈α-位手性碳原子的共同影響。由于在不同構(gòu)型中兩類手性原子對(duì)CD光譜的貢獻(xiàn)不同，所以在非對(duì)映異構(gòu)體之間CD光譜的最大吸收峰位置和吸收強(qiáng)度都有明顯的差異。 最后，對(duì)雙氨基酸五配位氫膦烷進(jìn)行電噴霧多級(jí)質(zhì)譜裂解規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，單純的通過多級(jí)質(zhì)譜裂解無法

7、區(qū)分化合物的手性。在正離子模式下([M+H]+或[M+Na]+)，氨基酸側(cè)鏈對(duì)相應(yīng)的亞胺離子具有明顯的穩(wěn)定作用，伴隨著氨基酸側(cè)鏈變大(特別是苯環(huán)基團(tuán)存在時(shí))，亞胺離子的穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)并影響多級(jí)質(zhì)譜的裂解規(guī)律。在負(fù)離子模式下([M-H]-)，對(duì)于雙苯甘氨酸五配位氫膦烷因?yàn)楸江h(huán)直接連接在化合物的螺環(huán)上，從而使得苯環(huán)在穩(wěn)定該類化合物的負(fù)離子碎片上具有重要的作用，并表現(xiàn)出不同的裂解方式。 本論文充分發(fā)揮各種立體化學(xué)研究方法的優(yōu)勢(shì)，從多角