关键词： 不对称合成   手性磷酸   金属磷酸盐   吲哚   傅克反应   转移氢化   手性胺   Mukaiyama-Michael加成  

摘要： 自2000年以来,有机小分子催化的不对称合成成为有机化学的研究热点,各种有效的小分子催化剂被报道并成功应用于许多不对称转化中。手性磷酸作为一种多功能Br（?）nsted酸催化剂,具有性质稳定、酸性适中、简便易得等优点,已经被成功应用于许多不对称有机转化中。本文首先综述了手性磷酸的结构特点、活化模式以及几类骨架的手性磷酸和金属磷酸盐的研究进展,随后发展了一系列手性磷酸或金属磷酸盐催化的含特殊结构的手性化合物的不对称催化合成方法,主要研究内容如下:发展了BINOL骨架的手性磷酸硼衍生物催化的三氟甲基化酮亚胺的不对称转移氢化反应,该方法被成功应用于两种药物分子的三氟甲基类似物的全合成中。以2-1a为模板底物,通过对手性磷酸、溶剂、催化剂用量、温度等条件的筛选确定了反应最佳条件,在此条件下,以优异的收率和对映选择性（up to 98%yield,96%ee）合成了一系列具有光学活性的α-三氟甲基苯乙基苯胺类化合物。随后,该不对称还原反应方法被应用于药物Fendiline和NPS R-568的三氟甲基类似物的全合成中。以优秀的收率和立体选择性获得目标药物分子并避免了使用昂贵和有毒的过渡金属。最后,提出了一个可能的过渡态,原位生成的手性磷酸硼作为反应的催化剂,硼中心通过路易斯酸/路易斯碱相互作用来活化底物亚胺的氮原子,P=O部分的氧作为路易斯碱与儿茶酚硼烷配位,硼烷上的氢在手性环境中进攻活化的亚胺,生成手性产物三氟甲基化苯乙基苯胺衍生物。含氮原子的季碳中心由于在天然产物中的广泛存在以及在有机合成中的应用而备受关注。在这一部分,我们开发了一种[H8]-BINOL衍生的手性磷酸催化的4-氨基吲哚与α-芳基烯酰胺的Friedel-Crafts烷基化反应,实现吲哚C-7位的不对称官能化。通过对催化剂、溶剂、催化剂用量等条件的筛选确定了反应的最佳条件。通过该反应以良好的收率和对映选择性（up to 95%yiled,>99%ee）合成了一系列具有光学活性的含氮原子季碳中心的吲哚取代的手性胺衍生物,产物3-21a的绝对构型通过X射线衍射分析进行了确认。通过对手性产物的衍生化,产物上的苄基保护基在Pd/C氢气作用下脱除,ee值保持不变。最后,提出了可能的反应过渡态。α-芳基烯酰胺互变产生相应的酮亚胺,手性磷酸通过两个氢键作用活化底物亚胺和吲哚,在手性环境中吲哚C-7位对酮亚胺进行亲核加成,生成手性的Friedel-Crafts产物。在前面工作的基础上,通过合理的设计,发展了手性磷酸镁催化的4-氨基吲哚与β,γ-不饱和α-酮酯的不对称C-7 Friedel-Crafts alkylation/N-Hemiactalization串联反应。以4-N-苄基吲哚4-15a和（E）-2-氧代-4-苯基丁-3-烯酸甲酯4-1a为模板底物,通过对催化剂、溶剂、催化剂用量的筛选,确定了反应的最佳条件。在最佳反应条件下,以较高的收率（up to 98%yield）,对映选择性（up to 99%ee）和非对映选择性（up to>20:1 d.r.）合成了一系列手性1,7-环化的三环吲哚衍生物,该吲哚骨架存在于许多生物活性分子中。其中产物4-18w的绝对构型通过X射线衍射分析进行了确认。对产物进行了衍生化,经脱苄基保护得到手性保持的衍生物,经脱水得到一个单一手性的产物。最后,基于控制实验和已有的文献报道,提出了可能的双活化模式。最后,我们研究了β,γ-不饱α-酮酯和硅酮缩醛的高效不对称Mukaiyama-Michael反应。通过对催化剂、溶剂和温度的筛选,对反应条件进行了优化。以甲苯为溶剂,2.5 mol%Mg[P4]2为催化剂,4（?）分子筛为添加剂,在-30℃条件下,得到了最佳反应条件。在此条件下,进行了底物谱拓展,获得了一系列功能化的1,5-二羰基加合物,收率高达96%,对映选择性高达98%ee。为确定产物的绝对构型,在碱性条件下进行水解得到二羧酸产物,并通过X射线衍射分析确定了其绝对构型。最后,对反应中间体进行分离鉴定,提出了两种合理的反应机制和过渡态,包括经典的1,4加成和协同的hetero-Diels-Alder[4+2]环加成。

关键词： 甲砜霉素类抗菌素   不对称合成反应   羰基还原酶   底物类型  

摘要： 甲砜霉素类抗菌素包括甲砜霉素以及氟代物氟甲砜霉素，是一类具有顺式-(1R,2R)-氨基醇骨架的广谱抗生素，主要用于治疗人的严重感染性疾病以及作为兽药使用。目前国内外主要还是通过化学合成生产甲砜霉素类抗菌素，存在环境污染，化学催化剂价格昂贵等缺点。因此，开发一种利用生物酶催化制备甲砜霉素类抗菌素关键中间体β-羟基α-氨基酯7b的方法具有重要意义。本论文研究内容主要分为以下三大部分。　　第一部分我们通过大量的酶筛选，获得了一种羰基还原酶KRED-Bt，能够以较高的收率、高立体选择性催化合成甲砜霉素类抗菌素关键中间体β-羟基α-氨基酯7b。当底物浓度提高至83g/L,反应规模放大至克级时，仍可以70%分离收率获得高光学纯度的目标产物7b（99%ee和99:1dr）。　　手性芳基β-羟基α-氨基酸及其衍生物在药物应用和不对称合成中具有多功能性，因此开发一种高效、高立体选择性、可持续的手性芳基β-羟基α-氨基酸及其衍生物的合成方法具有重要意义。第二部分我们首次对羰基还原酶催化的芳基α-氨基β-羰基酯类化合物的动态动力学还原拆分(DYRKR)进行了系统的研究。我们研究了该类底物结构中不同区域取代基的变化对反应的影响。我们筛选了20个结构不同的底物，反应分离收率最高达93%，并具有中等至优异的非对映选择性(＞99:1dr)和优异的对映选择性(大部分＞99%ee)。　　第三部分我们在实现生物酶催化合成甲砜霉素类抗菌素关键中间体7b的工作基础之上，进一步完成了甲砜霉素的全合成，以良好的分离收率得到了甲砜霉素。此外，我们也成功的将连续流技术应用到甲砜霉素类抗菌素关键中间体α-氨基β-羰基酯6b的合成中，极大地缩短了反应时间，提高了反应效率，为将来实现甲砜霉素类抗菌素的全连续合成垫定了坚实的基础。

关键词： 铜催化   不对称合成   炔丙基取代   胺的盐酸盐   蒽酮  

摘要： 炔丙基取代反应尤其是催化不对称炔丙基取代反应一直是构建C-C键和C-X键(X=N,O,S)的重要反应。近年来,过渡金属催化不对称炔丙基取代反应已经取得了较大的进展,其中金属Cu催化剂由于配体种类多、廉价、低毒等特点逐渐受到了有机化学家们的亲睐,但当前进一步丰富和拓展亲核试剂的种类以及开发新型高效的催化体系依然是催化不对称炔丙基取代反应的研究难点和热点之一。本文主要实现了胺的盐酸盐和9(10H)-蒽酮这两种新型亲核试剂参与的不对称炔丙基取代反应。***催化的不对称炔丙基胺化虽然取得了较大的突破,但此类反应中胺源主要集中于普通的一级胺和二级胺,而胺的盐酸盐中所存在的氯负离子和质子对金属有一定的毒化作用,同时也常不兼容于过渡金属催化的反应,因而胺的盐酸盐参与的不对称炔丙基胺化反应至今无法实现。鉴于胺的盐酸盐高稳定性、抗氧化、廉价易得、易操作等优势,我们实现了第一例以胺的盐酸盐作为亲核试剂的不对称炔丙基胺化反应,以5 mol%Cu/P,N,N-配体作为催化剂,高产率、高对映选择性地合成了一系列手性的炔丙胺类化合物(up to 98%yield,99%ee)。值得一提的是,该反应体系对普通的一级胺和二级胺作为亲核试剂依然有较好的效果,在研究了反应的机理后,又将此方法应用到商品化抗抑郁症类药物的后修饰中,并实现了后修饰产物与有机合成中间体2,3,4,6-四-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖和抗艾滋病药物齐夫多定的精准连接,为潜在生理活性分子的发现提供了一定的基础。2.9(10H)-蒽酮广泛的用于糖分测定、有机合成以及材料和染色工业中,也是众多天然产物和活性分子的核心结构单元。9(10H)-蒽酮10位官能团化的不对称研究通常局限于有机小分子催化的Michael加成反应以及Diels-Alder反应,而过渡金属催化的9(10H)-蒽酮不对称10位官能团化鲜有报道,因此本文首次实现了过渡金属Cu催化的9(10H)-蒽酮10位的不对称炔丙基取代反应,以5 mol%Cu/新型P,N,N-配体作为催化剂,实现了第一例Cu催化的蒽酮类化合物10位不对称官能团化反应,该反应以高收率、高对映选择性地合成了一系列蒽酮类化合物10位官能团化的产物(up to 92%yield,94%ee),并对反应产物做了衍生化研究,进一步验证了该方法在有机合成中的实用性。该课题进一步丰富了蒽酮类化合物不对称官能团化反应的类型。

关键词： 乳腺癌   MDM2-p53   ROS积累   螺环吲哚酮-二茂铁化合物   不对称有机催化  

摘要： 背景与目的:由于高发病率和死亡率,乳腺癌(breast cancer,BC)成为威胁全球女性生命健康的“头号杀手”。抑癌因子p53通过调控细胞周期、修复DNA损伤、诱导细胞凋亡等来发挥其抗增殖作用。目前,人们对乳腺癌的致病因素、诊断、治疗和预后等方面有了一定的研究。研究表明,p53在乳腺癌的诊断和预后中有着重要作用。导致包括乳腺癌在内的肿瘤丧失p53功能主要有两个原因:其一是鼠双微体基因2(murine double minute 2,MDM2)通过泛素化p53,使其失去活性。其二是p53突变使其失去了上述抑癌功能,从而导致肿瘤的不良预后和治疗失败。据估计,在大约20%的乳腺癌中出现了p53突变(mutant p53,mut-p53)。目前主要有两种恢复p53活性的策略。其一是抑制剂通过阻断MDM2-p53相互作用从而发挥抗肿瘤疗效。该类抑制剂有小分子和肽类,小分子抑制剂有顺式咪唑类(cis-imidazoline,如Nutlin-3)、螺环吲哚酮(spiro-oxindole,如SAR405838)、色三唑嘧啶(chromenotriazole pyrimidime)、苯二氮(?)类(benzodiazepinedione,如TDP665759)和哌啶酮类似物(piperidone,如AMG232)等,这些抑制剂中有的已经进入了临床研究。其二是药物通过恢复mut-p53的野生型构象从而激活p53,这些有希望的小分子包括奎宁类化合物(quinuclidines,如PRIMA-1和MIRA-1),以及缩氨基硫脲(thiosemicarbazones)家族的几个衍生物。综上所述,这些药物大多对野生型p53(wild type,wt-p53)肿瘤具有较好的抗增殖活性而对mut-p53肿瘤没有显著抑制作用。二茂铁(Ferrocene,Fc)具有氧化还原性,能发生从Fe(II)到Fe(III)的可逆氧化还原,引起活性氧(reactive oxygen species,ROS)积累,过量的ROS诱导肿瘤细胞死亡,从而发挥其抗肿瘤疗效。从治疗的角度来看,与表达wt-p53蛋白的肿瘤相比,表达mut-p53蛋白的癌细胞由于失去了p53修复DNA损伤的功能,对ROS引起的损伤更加敏感,因此ROS的过量积累可以诱导癌细胞死亡。综上所述,我们将二茂铁引入螺环吲哚酮骨架,旨在设计一种对wt-p53和mut-p53肿瘤均有疗效的小分子抑制剂。方法:基于课题组前期的有机催化不对称合成工作基础,采用Michael-aldol-acetalization串联反应,以二茂铁取代的硝基烯烃、饱和醛和对甲氧苄基保护的靛红为原料合成一系列二茂铁修饰的螺环吲哚酮衍生物。采用MTT法检测化合物对wt-p53和mut-p53乳腺癌细胞的抗增殖活性;利用分子对接法探讨代表性化合物5d与MDM2蛋白的结合模式;用硫氧还蛋白还原酶(thioredoxin reductase,Trx R)法和二氯二氢荧光素乙酰乙酸(DCFDA)法检测化合物5d引起wt-p53乳腺癌细胞ROS蓄积的情况;采用流式细胞术分析细胞氧化损伤和凋亡;应用蛋白免疫印迹法(Western Blot,WB)检测了p53、MDM2、p21蛋白和凋亡相关标记物Bax、PARP、Caspase-9在wt-p53乳腺癌细胞中的表达水平。结果:本课题利用Hayashi-Jorgensen仲胺催化两步串联反应,不经中间体分离直接获得具有中等产率(40%-49%)和良好的立体选择性(高达99%ee,高达20:1 dr)的目标化合物,反应高效且经济。化合物5d与MDM2蛋白具有良好的亲和力,Ki值为0.53μM,这与分子对接结果相一致。化合物5d抑制wt-p53乳腺癌细胞ZR-75-1的增殖活性最强,IC值为0.67μM;对mut-p53乳腺癌细胞MDA-MB231的抑制作用有所减弱,IC为3.56μM。化合物5d浓度分别为0.5μM、1.0μM、2.0μM、5.0μM时,对Trx R的抑制活性呈剂量依赖型增加。当5d浓度为5.0μM时,我们检测了其在0小时、24小时、48小时的DCFDA荧光强度,依次增强且在48小时荧光达峰值,48-72小时内荧光逐渐减弱。相比较1.0μM浓度,5d浓度为5.0μM时诱导了更多ZR-75-1细胞凋亡,表明化合物5d呈剂量依赖型诱导细胞凋亡。浓度为1.0μM时,化合物5d孵育ZR-75-1细胞24小时后,MDM2和PARP无明显变化,但观察到p21和p53蛋白的积聚;浓度为5.0μM时,Western Blot图像上可清楚地观察到p53、MDM2、p21、bax积聚,PARP裂解和caspase-9激活。结论:本文共合成三个系列的终产物,共计34个新化合物,其中17个未见报道的中间体及17个目

关键词： 氮杂共轭烯炔   不对称合成   5,5'-二芳环轴手性化合物   炔卤1,2-重排   亚硝基芳烃  

摘要： 金属卡宾在过去的近二十年里获得了广泛的关注和长足的发展,尤其在金属卡宾参与的不对称合成领域,越来越多的化学工作者投身到卡宾化学的研究中来。相比于重氮化合物,炔烃化合物作为卡宾前体参与的化学反应展现了诱人的发展前景,引领着卡宾化学未来发展的方向。这类卡宾前体具有操作简单安全,原料廉价易得的特点,相关的研究层出不穷。含氮杂环结构广泛存在于生物医药,功能材料和催化剂配体中,如何高效地利用氮杂共轭烯炔为卡宾前体,发展相应的不对称方法学仍然是一个亟待解决的科学难题。本论文主要围绕氮杂共轭烯炔为卡宾前体的不对称合成化学展开研究,首次实现这类氮杂共轭烯炔的不对称转化,探索了这类反应在轴手性分子合成中的应用。另外,本论文探索研究了炔卤,亚硝基芳烃串联合成异噁唑啉的反应。本论文主要分为以下四个部分:第一章概述了各类卡宾前体的研究进展,对非重氮卡宾前体参与的不对称反应作了比较详细的介绍。这些卡宾前体包括腙类,胺类,苯基碘鎓叶立德,三氮唑,环丙烯,炔丙酯,1,n-烯炔,烯炔酮/醛等。第二章首先阐述了以氮杂共轭烯炔作为卡宾前体的不对称卡宾转移反应存在的科学问题:一方面,氮杂共轭烯炔5-exo-dig与6-endo-dig环化能垒非常低且接近,因此存在两种环化模式的竞争。氮原子的存在导致底物容易发生无催化剂条件下的自身环化,干扰了过渡金属的手性诱导过程。另一方面,底物中氮原子的存在带来了催化剂毒化的问题,使得这类反应具有更高的挑战性。通过应用桥联原子-保护基协同调控氮原子的策略,我们有效地解决了以上问题。另外配合手性二价铑催化剂的使用,首次实现该类型底物的不对称转化。该反应条件温和,底物适用范围广,可用于合成一系列手性异吲唑二氢苯并呋喃衍生物。第三章在前面的建立的方法学基础上,通过中心-轴手性转移策略,实现了这类手性异吲唑二氢苯并呋喃产物在5,5’-二芳环轴手性化合物合成上的应用。值得注意的是,5,5’-二芳环轴手性化合物由于自身旋转能垒比较低,容易发生自身消旋,导致这类手性化合物的不对称合成存在较大的挑战。本方法成功为这类轴手性骨架的合成提供一个崭新的思路。另一方面,氮杂烯炔中引入的桥联氮原子可以作为产物后期修饰的导向基团,实现手性产物的一系列碳氢官能化,进一步拓展了这类不对称反应的应用范围。第四章介绍了炔卤,亚硝基芳烃串联合成异噁唑化合物反应。在无催化剂的条件下,亚硝基诱导炔卤发生卤素的1,2-迁移重排,生成烯基硝酮中间体,在高活性的马来酰亚胺的捕捉下,发生[3+2]环加成反应,得到一系列异噁唑啉化合物。该反应原料简单易得,绿色,高效,避免了过渡金属等催化剂的使用,化学选择性地实现异噁唑化合物的快速构建。值得注意的是,这是一种全新的亚硝基芳烃与炔卤的反应模式。

关键词： Sarpagine   天然产物   不对称合成   生物活性研究  

摘要： Sarpagine型生物碱因其复杂的结构以及抗癌、抗肿瘤、抗疟、抗炎和抗心律失常等多种生物活性已成为天然产物全合成的一个研究热点。天然来源的sarpagine型生物碱的种类和含量有限,阻碍了此类生物碱生物作用机制及后续药物开发的研究。因此,具有显著生物活性的sarpagine型吲哚生物碱的全合成及衍生研究在药物开发中潜力巨大。Sarpagine型吲哚生物碱的核心结构为sarpagan五环骨架,通过构建该优势核心骨架能够快速高效地实现多个天然产物的集群式全合成,大大提高合成效率。本论文以廉价易得的L-色氨酸为起始原料,通过Kulinkovich环丙烷化、胺氧化/环丙醇开环环合反应以及酮羰基的α-联烯化反应,合成了带有可衍生化联烯单元的关键中间体。在此基础上,通过Corey-Chaykousky反应、Tollens缩合、DDQ氧化以及AZADO氧化等关键反应,多样性地合成了一系列sarpagine型天然生物碱,包括alkaloid Q3、macusine B、N-methylvellosimine、polyneuridine、macusine A、polyneuridine aldehyde和dehydrovoachalotine。随后,对制备的所有天然产物及合成中间体进行体外抗肿瘤活性评价,发现了一个具有良好抗肿瘤活性的合成中间体。本论文的合成研究和生物学评价结果为进一步的生物活性研究奠定了坚实的基础。

关键词： 不对称胺化反应   偶氮二甲酸酯   芳胺   手性磷酸催化   胺类化合物   动力学拆分  

摘要： 手性胺类化合物是最重要的一类手性有机化合物之一，其广泛存在于具有生理活性的天然产物、小分子药物、手性催化剂和配体以及手性功能分子之中。本文主要研究通过手性磷酸催化芳胺与偶氮二甲酸酯的不对称胺化反应，实现几类具有合成挑战性的手性胺类化合物的高效动力学拆分反应，具体包括无保护的轴手性联芳基二胺及联芳基氨基醇以及一系列具有含氮手性季碳中心的苯并含氮杂环化合物。　　论文的第一部分介绍了利用手性磷酸催化的外消旋联芳基胺类化合物与偶氮二甲酸二苄酯的不对称N-胺化反应生成三氮烷产物，实现了一系列轴手性联芳基二胺(BINAMs)及联芳基氨基醇(NOBINs)的高效动力学拆分。该方法具有优异的底物普适性，带有常见N-保护基的BINAM类底物、无保护基BINAM类底物、联苯二胺以及无保护基的NOBIN及其衍生物均可通过该方法以优异的动力学拆分效果得到手性三氮烷产物并回收手性原料。规模放大实验以及手性产物的方便衍生化都证明了该方法在手性催化剂以及配体合成中的应用潜力。　　论文的第二部分介绍了通过手性磷酸催化苯并含氮杂环与偶氮二甲酸二苄酯的不对称远程C-胺化反应，实现了一系列具有含氮手性季碳中心的苯并含氮杂环类化合物的高效动力学拆分。该方法兼容多种不同类型底物，具有含氮手性季碳中心的二氢1，4-苯并噁嗪、二氢1，4-苯并噻嗪以及四氢喹喔啉均可通过该方法得到相应的手性C-胺化产物以及回收手性原料。　　论文的第三部分介绍了通过手性磷酸催化吲哚与β-烷基环戊烯亚胺的不对称Friedel-Crafts反应（共轭加成反应），以优异的对映选择性实现吲哚取代手性季碳中心不对称构建。该反应的加成产物可以通过原位水解或还原转化为相应的手性β-烷基-β-吲哚环戊酮以及β-烷基-β-吲哚环戊胺衍生物。

关键词： β-氨基酸脱氢酶   催化机制   分子改造   不对称合成   催化性能  

摘要： 手性β-氨基酸及其衍生物是合成多种天然产物、生物活性分子的关键结构单元，开发高效、绿色的合成方法具有重要的研究意义。酶作为生物催化剂可以催化广泛的化学反应，且一般具有反应条件温和、环境友好、选择性高等优势。氨基酸脱氢酶（AADHs）催化可逆的氨基酸氧化脱氨和酮酸的还原胺化反应，由于其原子经济性，在手性氨基酸的不对称合成中具有巨大的应用潜力。然而，与广泛被研究的α-AADHs相比，利用β-AADHs合成手性β-氨基酸的报道还很少。目前，β-AADH家族中唯一已知的成员只有L-赤式-3，5-二氨基己酸脱氢酶(3，5-DAHDH)，且这类酶一般只对天然底物(3S,5S)-二氨基己酸((3S,5S)-DAH)具有较好的活性，严重限制了其应用范围。另外，目前还没有这类酶晶体结构的报道，其底物识别和催化机理尚不明晰，这对于蛋白分子改造来说是一个巨大的挑战。　　本文通过基因挖掘，对不同微生物来源的23个3，5-DAHDHs在Escherichiacoli中进行了异源表达。通过测定对天然底物及另外9种不同β-氨基酸底物的活性发现，绝大部分3，5-DAHDHs对(3S,5S)-DAH有较强的底物特异性，对其他非天然底物均不具有催化活性。其中，LN07具有较广的底物谱，对(S)-β-homoLys的活性(0.3U/mg)是模板酶3，5-DAHDHcca的540倍，且检测到了对(R）-β-homoMet、(R)-β-homoSer和(S)-3-AHA的微弱活性。　　采用坐滴式蒸气扩散法培养3，5-DAHDH蛋白晶体，并于上海同步辐射光源的BL18U1或BL19U1收集X-射线衍射数据。最终解析获得了3，5-DAHDHcca的野生型酶空晶结构(7DL7，2.30(A))、与NADPH结合的复合物结构(7DL3，1.86(A))，及在本实验室前期研究中筛选获得的具有较广底物谱的突变体E310G/A314Y与NADPH的复合物结构(7DL0，2.17(A))。3，5-DAHDHcca的单体由N-端的催化结构域和C-端保守的辅酶结合域组成，NADPH位于二者之间深的裂缝中，这与α-AADHs及天然氨脱氢酶类似。通过观察辅酶结合位点发现，前期研究中影响底物谱的关键位点E310恰好位于活性中心，并与NADPH的酰胺基团形成氢键。一个NADPH由两个亚基所共享的结合模式表明，3，5-DAHDHcca的完整催化功能单元是二聚体，这与单亚基即可完成催化反应的α-AADHs不同。另外，通过晶体结构之间的比较发现，E310G/A314Y·NADPH结构处于“闭合”构象，从而使位于催化结构域的D49和S50通过域间运动分别与NADPH的烟酰胺核糖和焦磷酸基团发生氢键相互作用。　　通过量子化学计算和定点突变研究，我们对3，5-DAHDHcca的底物识别及催化机理进行了探究。研究结果表明，氨基酸残基D49、E310和S125分别参与了(3S,5S)-DAH的C3-NH2、C5-NH2和羧基的结合。此外，D49和E310还分别在捕获NADPH烟酰胺核糖的2''-羟基和酰胺基团方面发挥重要作用。该酶催化的氧化脱氨反应主要包括氢负离子转移形成亚胺中间体、水合中间体的形成以及C-N键断裂等步骤，这与α-AADHs的催化机理相似。其中，在水合步骤中，氨基酸残基D177及(3S,5S)-DAH未质子化的C5-NH2均可作为质子受体，在催化反应中活化水分子，这揭示了3，5-DAHDH底物特异性的分子基础。由量子化学计算得出的反应能垒指出，氢负离子转移和C-N键断裂是反应的限速步骤。　　以(R)-β-homoMet为模式底物，在具有较广底物谱的突变体E310G基础上，对该酶进行理性设计。通过重新构建NADPH酰胺基团与周围氨基酸的氢键相互作用，并对底物口袋进行改造，最终获得的突变体A179S/E310G/G323S/H328N与E310G相比，对(R)-β-homoMet的催化活性提高了206倍，这比野生型酶活力提高1.8×104倍。底物谱测试结果表明，该突变体还对脂肪族底物(S)-3-AHA、（S)-β-homoLys具有较好的活性，相较于E310G分别提高了110倍和800倍左右。利用已有突变体进一步对另外8种β-氨基酸底物进行筛选及组合突变，最终获得了对(S)-3-AHA、(S)-β-homoLys及(R)-β-Phe活性分别提高285倍、5775倍和11倍的突变体，且最优突变体对底物(S)-β-homoPhe的催化活力可达104mU/mg。底物谱测定结果表明，目前已有突变体对长直链脂肪族底物具有较好活性，但对于短链、支链脂肪族及芳香族底物的活性还比较低。最终，利用优异β-AADH突变体通过不对称还原胺化β-酮酸制备获得了(R)-β-homoMet和(S)-3-AHA，分析产率分别为9

关键词： 镍催化   双官能团化   芳基烷基化   芳基酰基化   交叉亲电偶联   不对称合成  

摘要： 在天然产物及药物活性分子合成中,烯烃的官能化为构建这些复杂分子提供了方便且高效的途径。近些年来,有机化学家通过氧化还原中性策略、氧化亲核性策略和还原亲电性策略发展了一系列烯烃的官能化反应。但是,在本论文开始之前,烯烃的不对称还原亲电性的双官能化反应尚未有报道,因此发展这类反应具有重要价值。本文分为三章。第一章:过渡金属催化的烯烃的双烃基化反应的研究进展。过渡金属催化的烯烃的双烃基化反应是在碳碳双键上引入两个不同碳组分的直接和高效的方法。在此章节,我们综述了近些年来此领域的研究进展。其中,氧化还原中性策略使用的最多,并且在双组分和三组分参与的烯烃双烃基化反应中都已取得很大进展,但大部分反应都是消旋版本,不对称的例子很少。此外,氧化性亲核性策略近些年发展迅速,但也面临不对称催化困难、底物限制等挑战。相比前两种策略,还原亲电性策略因不需使用预制备的有机金属试剂,具有步骤经济性和官能团耐受度高等优点。第二章:镍催化非活化烯烃的亲电性不对称芳基烷基化反应。在这部分工作中,我们通过应用还原亲电性的策略,在手性镍络合物的催化下,以烷基卤化物或NHP酯为烷基源,实现了两组分非活化烯烃的不对称芳基烷基化反应。通过使用这个方法,我们合成了一系列带有季碳手性中心的苯并环类化合物。第三章:镍催化非活化烯烃的亲电性不对称芳基酰基化反应。羰基是药物分子和天然产物中普遍存在的官能团。在我们之前的工作的基础上,我们成功地将交叉亲电策略应用于非活化烯烃的不对称两组分芳基酰化反应中。在这种方法中,我们使用2-吡啶酯和异氰酸酯作为酰化试剂,在手性镍络合物的催化下,为合成带有手性中心的手性酮和酰胺提供了一个新的途径。

关键词： 手性Rh(Ⅲ)催化   不对称合成   双C-H活化   三组分   轴手性烯烃  

摘要： 过渡金属催化的C-H活化为获取高附加值的有机物提供了新的合成策略,是构建新的C-C或C-X键的最有效的过程之一。由于催化剂具有易于制备、催化活性高、位点选择性高、官能团容忍性好等特点,三价铑催化C-H活化引起了国内外研究者们的广泛研究兴趣。尽管取得了巨大进展,Rh(Ⅲ)催化对映选择性C-H活化反应报道仍相对较少。开发新型的不对称体系,可以提高Rh(Ⅲ)催化在手性功能分子合成中的竞争力。本论文主要围绕手性Rh(Ⅲ)催化不对称C-H活化构建轴手性及中心手性展开研究。取得了如下成果:1、手性Rh(Ⅲ)催化芳烃和苯并氮杂降冰片二烯的对映选择性氧化[3+2]环化反应。通过借助灵活的定位基团和强氧化剂,本论文已经实现了手性Rh(Ⅲ)催化的芳烃和氮杂苯并降冰片二烯的氧化[3+2]环化反应,可通过对映选择性双C-H活化来进行顺式二氢咔唑的对映选择性合成。在合理设计和广泛筛选的基础上,已经确定了两类不同的芳烃作为可行的底物。此外也进行了机理研究,并且成功分离出手性五元铑环作为活性中间体。2、手性Rh(Ⅲ)催化共轭二烯的区域选择性和对映选择性三组分碳胺化反应。本论文研究了芳烃,共轭二烯和二噁唑酮的Rh(Ⅲ)催化对映选择性三组分偶联反应,通过C-H活化启动,经历π-烯丙基中间体来实现该偶联。这种碳胺化反应可用于合成出色的1,2-选择性和对映选择性的手性烯丙基胺,区域选择性与已报道的相关外消旋三组分反应的区域选择性形成了互补,通过理论计算与实验相结合,对反应的机理和区域选择性进行了合理化。3、手性Rh(Ⅲ)催化C-H活化结合导向基团迁移构建轴手性烯烃的反应。迄今为止,轴手性开链烯烃化合物的开发相对较少。本论文在手性Rh(Ⅲ)催化的条件下,实现了大位阻炔烃作为偶联试剂,通过可迁移的导向基团辅助的(杂)芳烃C-H活化反应,合成了两类四取代的轴手性开链烯烃。在外消旋羧酸锌添加剂的帮助下,采用N-甲氧基-吲哚甲酰胺作为芳烃时可以得到C-N轴手性丙烯酰胺类化合物。理论计算结果表明,导向基团迁移经历β-氮消除接着再重新插入的途径。同时,通过使用氧化导向基团N-苯氧基酰胺作为芳烃实现导向基团的迁移得到C-C轴手性烯酰胺类化合物。实验研究表明,在这两种体系中,(杂)芳烃底物在C-H活化过程中空间取向都是明确的,这也反过来决定了炔烃在迁移插入中的取向。另外,代表性的手性烯烃产物的合成应用已经取得了初步成效并且作为手性添加剂应用于不对称C-H活化反应中。