关键词： 不对称合成   八元内酰胺衍生物   五元内酰胺衍生物   生物活性  

摘要： 本文对山黄皮及黄皮叶中酰胺类化学成分生物活性及合成方法,特别是对其不对称合成方法中的关键手性中间体β-取代环氧丙酸酯的合成方法做了较详细的综述,在此基础上,主要开展如下两个方面的研究工作,本具体研究内容如下:1、对三氟甲基苯基取代的（+）-norbalasubramide衍生物的合成路线工艺优化。在本课题组前期合成的天然产物（+）-balasubramide的类似物（+）-Norbalasubramide的系列衍生物中,我们发现6位对三氟甲基苯基取代的（+）-Norbalasubramide对脂多糖的BV-2小胶质炎症因子TNFα的释放有一定的抑制作用,但因其合成路线的总产率较低,为了能更好的为药理实验提供样品,本文在原有合成路线的基础上,对反应溶剂、投料顺序以及催化剂选择等方面做了优化,以期得到操作更简单,收率更高的合成工艺。以三苯基膦（1）为初始反应物,经Wittig反应得到甲酰甲撑基三苯基磷（3）;后与对三氟甲基苯甲醛（4）反应制备对三氟甲基肉桂醛（5）,通过改进该步后处理的方法,从单一的柱层析改进为先柱层析后重结晶,可快速大量获得该步产物,从而节约成本;接着根据宣宜宁[70]的方法,用手性催化剂S-二苯基脯氨醇三乙基硅醚（8a）“一锅法”催化环氧化对三氟甲基肉桂醛（5）得到关键手性中间体（2S,3R）-3-（4-三氟甲基）-苯基-α,β-环氧丙酸甲酯（10a）,通过对反应机理的探究,考察了该步反应中NBS,Na2CO3和CH3OH以CH3OH>NBS>Na2CO3的投料顺序为最适投料顺序;环氧丙酸酯手性中间体与色胺反应生成链状酰胺,该步以叔丁醇钾为碱性催化剂时产率最高,产率为91.2%;最后,链状酰胺经三氟甲烷磺酸化镱催化,在乙腈中发生分子内环合,产率为73%,ee值为96%。优化后的合成工艺操作简单,总收率由原来的44.3%提高到56.5%(以对三氟甲基反式肉桂醛（5）计)。本文还利用构型相反的手性铺氨醇类催化剂,制备左旋中间体10b和12b,但其环合终产物却没有旋光性,说明反应过程可能发生消旋化,因此想要得到6位对三氟甲基苯基取代的（-）-norbalasubramide还需筛选其它的手性催化剂或改变反应条件;这方面的工作还有待进一步的完善。2、外消旋α-酯基取代γ-内酰胺类化合物的合成及生物活性评价文献[12,30]调查发现,黄皮酰胺等γ-内酰胺类化合物虽有一定的抗老年痴呆等药理作用,因其脂溶性较差,脂水分配系数不高,严重影响其细胞的渗透性,因此为了提高其脂溶性,本文对其α-羟基进行酯化,合成了7个酯基取代衍生物,并测定其对Caspase-3和PTPσ的抑制活性。本文参照文献[100]的方法,分别合成3,4位取代基均为顺式的两个γ-内酰胺类化合物,并分别以这两个化合物为原料,使用酰氯和异氰酸酯为酰化试剂,制备了7个酯类衍生物（15a-15c,16a-16d）。改变酰化试剂,使得反应操作简便,危险性降低。应用大肠杆菌表达系统,在适当条件下经分离纯化,分别得到有蛋白酪氨酸磷酸酯酶活性的PTPσ和蛋白酶活性的Caspase-3,分别测试了7个衍生物对Caspase-3和PTPσ的抑制活性。发现7个化合物中16b对Caspase-3的抑制率最高,为34%,但仍低于阳性对照Ac-DEVD-CHO;7个衍生物对PTPσ的抑制率均低于10%,与阳性对照钒酸钠（Na3VO4）相比,7个衍生物对PTPσ既无明显的抑制活性,也无明显激活活性。由Caspase-3和PTPσ的抑制实验结果可以看出,外消旋体的α-酯基化取代衍生物对Caspase-3和PTPσ的抑制活性较低,说明其在治疗神经退行性疾病方面缺乏进一步研究的价值,因此,靠单纯的酯化羟基来提高细胞渗透性以期提高生物活性的方法还有待更进一步的探讨。

关键词： 醇脱氢酶   不对称还原   (R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯   共表达  

摘要： 手性醇作为一种重要的手性砌块,被广泛运用于手性药物、农药物和精细化学品的合成当中。与传统化学方法制备手性醇相比,生物催化不对称还原法反应条件温和、立体选择性高和转化率高,因此成为合成手性醇的有效途径。(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯[(R)-CHBE]是一种非常有价值的手性中间体,被广泛应用于L-肉毒碱、阿法替尼和大环内酯A等手性药物的合成当中。因此,本研究的主要内容为从课题组筛选到的Lactobacilluscurieae S1L19(雷氏乳杆菌)中挖掘新型的醇脱氢酶基因,并将其应用于(R)-CHBE的不对称合成中,最终成功建立了(R)-CHBE的高效酶法制备工艺。具体研究内容如下:1.从Lactobacilluscurieae S1L19中挖掘得到了五种假定醇脱氢酶基因(LCRI、LCRⅡ、LCRⅢ、LCRⅣV和LCRV),并成功对其进行了克隆及目的蛋白的可溶性表达。通过多序列比对分析发现,LCRⅡ和LCRⅢ属于短链脱氢酶家族,LCRI,LCRⅣV和LCRV与奎宁氧化还原酶家族高度相似,属于中链脱氢酶家族。五种醇脱氢酶均对底物4-氯乙酰乙酸乙酯(COBE)显示出了催化活力,其中LCRⅢ显示出了最高的催化活力以及立体选择性(R构型,ee>99%)。因此选定醇脱氢酶LCRⅢ作进一步的研究。***Ⅲ的酶学性质研究。结果显示:LCRⅢ的最适pH为6.0,于中性偏酸的环境中较稳定;最适温度为35℃,在30℃和40℃的时候较稳定;金属离子Li+对酶有较高的激活作用,在7 mM的Li+存在时相对酶活为218%;LCRⅢ具有广泛的底物谱,对αα-、β-酮酯类以及芳香酮类等均显示出了催化活性。其中LCRⅢ对丙酮酸甲酯的催化活性最高,为284.2 U/mg;动力学分析发现LCRⅢ对COBE有较高的亲和力以及催化活力,Km 值为 4.28mM,Vmax 为 10.8U/mg。3.辅酶再生循环共表达系统的构建。昂贵的辅酶价格是阻碍醇脱氢酶工业化应用的重要限制性因素,为了降低反应成本,本研究将醇脱氢酶LCRⅢ与来源于枯草芽孢杆菌Bacillussubtilis的葡萄糖脱氢酶(BsGDH)同时构建到质粒pET-28a(+)上,并实现了两种酶在大肠杆菌中的异源共表达。通过分析发现,共表达菌株中两种酶均表现出了较高的催化活力。LCRⅢ和BsGDH的干菌体活力分别为113.46 U/g和454.2 U/g。与双菌催化反应相比,共表达反应系统有更高的传质速率。4.不对称催化还原工艺的建立。为了建立一种经济可行、高效催化合成(R)-CHBE的方案,分别对反应参数:底物浓度(0.5-1.5M)、辅酶用量(0-0.5 mM)、催化剂用量(30-50 g/L)和金属离子用量(0-0.7 mM)进行优化。实验结果表明,在单水相体系中,最优反应条件(0 mM辅酶、0.7 mM Li+和40 g/L干菌)下,1.5 M(246.8 g/L)的COBE在6 h内能够完全转化,时空产率达到980 g/L/d。整个反应实现了无辅酶添加下的高浓度底物的完全转化,降低了反应成本,展现出了极高的工业化应用潜质。

关键词： 酮泛解酸内酯还原酶   酿酒酵母   D-泛解酸内酯   不对称还原   辅酶循环  

摘要： D-泛酸,俗称维生素B5,可以维持头发,血液和皮肤的健康,同时它可以作为辅酶A的前体。目前,主要以D-泛解酸内酯和β-丙氨酸为原料通过化学法合成D-泛酸。前体D-泛解酸内酯主要通过化学法合成和水解酶动力学拆分获得,但化学法步骤繁琐,污染环境,而水解酶拆分过程中需要化学外消旋化和酸化内酯化过程,增大了额外的生产成本。因此,开发全新的D-泛解酸内酯合成工艺具有非常大的意义。本文以酿酒酵母基因组为模板,成功克隆出酮泛解酸内酯还原酶基因SceCPR1,并成功构建了SceCPR1与葡萄糖脱氢酶EsGDH偶联的辅酶循环再生系统,即“一菌双酶”体系,用于高效不对称还原酮泛解酸内酯获得D-泛解酸内酯;SceCPR1和EsGDH蛋白分子大小分别为35 kDa和27 kDa。通过诱导条件优化,最终单位湿菌体中SceCPR1和Es GDH的酶活分别为1179.2 U/g和442.8 U/g。SceCPR1酶学性质表征发现,其最适的pH为5.5,温度45℃,并且酶在45℃下容易变性,但当添加5 mM的NADPH可以保证其温度稳定性;其次,SceCPR1不属于金属离子依赖型还原酶,但是5mM的Fe3+以及大多数有机溶剂对酶活力有抑制作用;底物谱研究发现该酶对于酮泛解酸内酯具有最高的活力,而对于酮泛解酸以及D-或L-泛解酸内酯都无活力;在低底物浓度条件下,测定了SceCPR1的动力学参数,SceCPR1对酮泛解酸内酯和NADPH的Km值分别为0.164 mM和0.029 mM,反应的Vmax分别为131.03 U/mg和137.81U/mg。以BL21(DE3)/pACYCDuet 1-SceCPR1/EsGDH的冻干细胞作为生物催化剂,优化全细胞催化条件,确定最适反应pH为5.5,温度35℃,生物催化剂添加量为0.03 g/mL,辅底物葡萄糖与底物配比为1.5:1.0,搅拌速度400 rpm;通过对底物水解的研究,发现底物自发水解是影响产物得率的关键因素。因此,在最适催化条件下,将酮泛解酸内酯和葡萄糖溶解于p H 2.5的溶液中,采用持续流加补料的方法,最终产物浓度达到475 mM,得率95%,产物光学纯度e.e.p≥99.9%。

关键词： 虎皮楠生物碱   Daphlongamine E   不对称合成研究   铱(I)催化  

摘要： Daphlongamine E是郝小江小组于2009年从长序虎皮楠叶子中分离得到的一种Calyciphylline A类虎皮楠生物碱。研究表明,Daphlongamine E中含特殊的氮杂[3.3.1]桥环体系和[6/6/5/7/5]五环刚性骨架以及六个手性中心,其复杂的刚性结构使得对它的全合成研究成为一项极具挑战性的工作。在本文中,我们从手性化合物(-)-2-1出发,以金催化烯醇硅醚的环化反应,有机膦催化的[3+2]环加成反应,铱(I)催化的不对称氢化反应,酰基芳酰基过氧化物的重排反应以及分子内的aldol反应为关键步,总共17步完成了Daphlongamine E的不对称五环骨架的构建,为Daphlongamine E的不对称全合成奠定了基础。

关键词： 抗菌药   利奈唑胺   不对称合成   工艺优化  

摘要： 利奈唑胺是一种新型的噁唑烷酮类抗生素,在治疗革兰阳性(G+)球菌引起的感染中有着显著的疗效,具有很好的发展前景;但是受专利的制约,其价格昂贵,在中国市场的占有率较低,因此开发一种具有自主知识产权且易于实现工业化的利奈脞胺合成线路,将是一项充满挑战且具有重大意义的工作。以廉价易得的二苄胺和S-环氧氯丙烷为起始原料,通过环氧开环、取代环化、氢化脱苄成盐以及乙酰化等反应,反应总收率70%,开发了一条简便、高效的利奈唑胺合成新路线。在确定合成路线后,论文对各步反应进行了优化,包括催化剂及用量、溶剂、加料方式和后处理等工艺参数,确定了最佳的反应条件,开发了 一条可适用于工业化生产的工艺。该工艺具有试剂和原料廉价易得、反应条件温和、操作简便、设备要求不高、成本较低等优势,具有较好的工业化生产价值。最后,根据工艺参数、设备选型和工程匹配性评估结果,制订了工业化生产方案,并进行了中试生产,产品质量和收率均符合设定标准。

关键词： 手性催化剂   聚离子液体   纳米粒子   不对称合成反应   多组分反应  

摘要： 为了得到较纯的手性化合物,人们常常采用手性催化的办法,但是,由于目前市场上的手性催化剂都比较昂贵且当它与反应底物混合时很难分离,导致催化剂难以重复利用,通过催化剂固载的方法可以有效解决催化剂分离回收的问题,但同样面临着非均相体系催化效率低、很难实现在水中绿色催化等问题。本文中,我们提出了一种基于聚离子液体负载手性催化剂纳米粒子的制备方法。首先,通过自由基聚合的方法制备具有-COOH的手性无规共聚物,然后在碱性有机溶剂中与咪唑基聚合物离子液体通过原位离子络合作用生成交联聚离子液体复合物纳米粒子。该纳米粒子作为催化剂能够有效地催化直接不对称Aldol反应,biginelli反应等多组分反应中。同时为了探究聚离子液体在催化反应中所起的作用,我们制备了一系列具有不同表面结构的纳米粒子催化剂,进而研究了催化剂的催化活性、对映选择性以及重复利用性,具体的内容如下:一、具有-COOH的负载L-脯氨酰胺小分子催化剂共聚物的制备我们利用N-对乙烯基苯磺酰基-L-脯氨酰胺、甲基丙烯酸,以二甲基亚砜为溶剂、偶氮二异丁腈作为引发剂采用自由基聚合的方法成功制备了具有-COOH的Poly（MAA-co-Prolinamide）共聚物。然后采用1HNMR、FT-IR对共聚物的结构进行了表征、采用GPC对共聚物的分子量及其分布进行了表征。二、基于聚离子液体固载L-脯氨酰胺手性催化剂纳米粒子的制备我们制备出了具有不同反离子的聚离子液体,随后将聚离子液体和具有-COOH的无规共聚物溶解在溶剂形成均相溶液,此时共聚物链中的-COOH以非解离的形式大量存在,当它们处在乙醇氨的碱性溶液中时,两者之间通过较强的离子间相互作用立即形成不溶的聚离子液体复合物纳米粒子。通过调控聚离子液体与共聚物之间的比例合成出了一系列具有不同壳层结构的纳米粒子,并通过傅里叶变换红外、静态接触角、透射电镜、光电子能谱、元素分析等对纳米粒子的形貌、表面结构以及元素组成进行了详细的表征。三、聚离子液体复合物纳米粒子在不对称合成反应中的应用为了研究制备的纳米粒子的催化性能,我们将其应用了在三个不对称合成反应中:直接不对称Aldol反应、简单的三组分（Biginelli反应）、复杂的三组分反应:1、对硝基苯甲醛、丙酮作为Aldol反应的主要底物,将上述制备的纳米粒子作为催化剂应用在直接不对称Aldol反应中,研究发现相比于有机小分子催化剂、共聚物,我们所合成的纳米粒子表现出较高的催化特性,尤其是在纯水体系中,催化活性更高,8 h内转化率能达到91%,ee值高达91%。2、脲,苯甲醛,乙酰乙酸乙酯作为Biginelli反应的底物,将上述制备的纳米粒子作为催化剂,应用在Biginelli反应中,研究了催化剂在不同溶剂:THF、CH2Cl2、CH3CH2OH、Toluene、H2O中的催化性能。研究发现,相比于其它有机溶剂,在纯水体系中的催化性能尤为突出,转化率达到80%,ee值达到40%,而在其它有机溶剂中的转化率仅仅只有35%,ee值有29%,甚至更低。3、以取代苯甲醛、2-羟基-1,4-萘醌、3-氨基-5-甲基吡唑作为三组分反应的主要底物,将上述制备的纳米粒子作为催化剂分别在不同的溶剂:THF、CH2Cl2、CH3CH2OH、Toluene、H2O中进行催化反应,研究发现,相比于其它有机溶剂,在纯水体系中的催化活性更高,其在水中的转化率能达到99%,ee值可达到98%。4、我们将回收的纳米粒子在直接不对称Aldol反应中和三组分反应中,经过5次反复循环催化后,催化剂的催化活性和立体选择性没有明显减弱,且催化剂的回收率可以达到98%以上。

关键词： 手性醛催化剂   烷基化   3-吲哚甲基醇   不对称合成  

摘要： 发展新型手性有机催化剂是不对称有机合成的重要研究方向。本文设计合成了系列联二萘酚及螺环二酚衍生的手性醛催化剂,并对其催化性能和立体控制效果进行了详细探讨。本文第一部分概述了醛作为辅基参与有机化学转化,其次阐述了手性醛作为催化剂催化的不对称有机反应,包括:环状脂肪族手性醛作为“tethering catalyst”催化烯烃发生分子间的Cope-type氢胺化反应;手性吡哆醛催化ɑ-酮酸的不对称转胺化反应;以及手性醛催化氨基丙二酸酯的ɑ-烷基化反应。本文第二部分在前人工作基础上,通过对催化剂3-位和6,6’-位取代基的调节来实现手性醛催化剂位阻效应和电子效应的改变,以及催化位点位置的改变来拉近和催化剂手性中心的距离,合成了BINOL衍生的手性醛催化剂;并依据螺环二酚骨架的特性,合成了SPINOL衍生的手性醛催化剂。将这些催化剂应用于氮上未保护的氨基丙二酸酯直接的不对称ɑ-烷基化反应中,获得了高达84%的收率以及87%的对映选择性。本文第三部分详细描述了系列手性醛化合物的合成步骤,并提供了其1H-NMR、13C-NMR及高分辨质谱等表征数据。

关键词： 3,3'-吡咯烷基-螺环吲哚   3-烯基-2-吲哚酮   异氰基羧酸酯   不对称催化   环加成反应  

摘要： 手性3,3'-吡咯烷基-螺环吲哚结构是一种非常特殊的杂环螺环结构,是许多生物碱类天然产物和生物活性分子的基本结构骨架。大多数因具有较好的化学结构特征和生物活性,而备受有机化学家和药物化学家的重视。因此,当前研究发展高效不对称合成该类化合物的新方法具有重要的实际应用价值。近年来,3-烯基-2-吲哚酮的环加成反应广泛应用于吲哚杂环或螺环吲哚等骨架的构建中,已逐渐发展成为一种有效的合成方法。在有机合成中,环加成反应广泛地应用于环状化合物的合成,而其中1,3-偶极环加成反应则是合成五元杂环的重要方法。本论文简单介绍了烯醇化物作为反应中间体,如:1,2-偶极烯醇中间体、1,3-偶极烯醇中间体和1,4-偶极烯醇中间体,在环化反应中的应用,其中详细介绍了异氰基羧酸酯作为1,3-偶极烯醇中间体在合成五元杂环化合物中的重要应用。为进一步高效合成含有手性3,3'-吡咯烷基-螺环吲哚结构的、具有生物活性的生物碱类化合物,需要对这类多元螺环结构的合成进行深入的探究,以求找到更加高效的合成方法。本课题选择了以活性较低的3-烯基-2-吲哚酮和α位未取代及α位烷基取代的异氰基羧酸酯作为反应底物,利用路易斯酸氧化银与布朗斯特碱奎宁衍生物形成的手性复合物作为催化剂,通过不对称催化的[3+2]环加成反应,实现手性3,3'-吡咯烷基-螺环吲哚基本骨架的构建。该方法是第一个采用活性较低的3-烯基-2-吲哚酮在反应中作为迈克尔受体,与异氰基羧酸酯在碱性条件下形成的1,3-偶极烯醇中间体,在相对温和的条件下发生亲核反应合成手性3,3'-吡咯烷基-螺环吲哚的基本骨架。反应以良好的产率、优异的非对映选择性和对映选择性得到了目标产物（产率高达到99%,>20:1 dr,99%ee）。本课题一共合成了11个3-烯基-2-吲哚酮和5个异氰基羧酸酯底物化合物,通过实验优化得到的最佳反应条件总共合成了17个含有手性3,3'-吡咯烷基-螺环吲哚结构的化合物,并通过核磁共振谱（NOE、1H NMR和13C NMR）、高分辨质谱（HRMS）、高效液相色谱（HPLC）以及X射线单晶衍射对所有得到的目标产物分子进行了结构的表征和验证。本研究为进一步探究合成含有手性3,3'-吡咯烷基-螺环吲哚结构的生物碱类化合物提供了一种简单有效的方法。

关键词： 苯并六元杂环化合物   三氟甲基   色满   硫色满   四氢喹啉  

摘要： 杂环化合物广泛存在于自然界,其用途和应用范围正在被不断的拓展,在诸多的杂环化合物中,苯并六元杂环化合物是其中一大类化合物,其中很大一部分作为重要的生物活性分子甚至药物中间体被广泛应用于医药、农业及材料科学等领域。近年来的研究发现,许多含三氟甲基的苯并六元杂环化合物具有特殊的药用价值,并已被发展进入临床应用阶段。然而,此类含三氟甲基杂环化合物的不对称合成方法十分局限,因此,应用催化不对称方法合成含三氟甲基苯并六元杂环化合物有重要的理论研究和应用研究价值。本论文通过有机催化不对称合成方法将三氟甲基引入到苯并六元含氮、含氧、含硫杂环化合物体系中,得到一系列α位含有三氟甲基的杂环化合物。这些合成方法具有产率高、立体选择性专一的特点。首先,在辛可尼丁芳酰胺这一有机催化剂的作用下,邻羟基查尔酮和β-三氟甲基硝基烯发生级联环化反应,得到α位具有三氟甲基并且分子中含有三个手性中心的色满类化合物,ee值均大于99%,产率达到96%;接着,我们通过奎宁芳酰胺催化的邻巯基苯甲醛和β-三氟甲基-1,4-不饱和酮的Michael-Aldol反应将三氟甲基不对称引入到硫色满结构中,ee值达到97%,产率达到91%;在此工作基础上,我们通过辛可尼丁芳酰胺催化的邻巯基苯甲醛和β-吲哚-β-三氟甲基-1,4-不饱和酮的Michael-Aldol反应将三氟甲基和吲哚同时不对称引入到硫色满结构中,ee值达到96%,产率达到88%;最后,我们通过奎尼丁硫脲催化的邻氨基查尔酮和β-三氟甲基硝基烯的级联环化反应将三氟甲基不对称引入到四氢喹啉分子结构中,ee值最高达到99%,产率达到94%。本文的研究为三氟甲基不对称引入苯并六元杂环化合物提供了简单、高效的的合成方法,这类方法的建立,为相关化合物的应用研究奠定了良好的基础。

关键词： 不对称合成   Mannich反应   硫氰基   α-氨基砜  

摘要： 硫氰化合物是一类具有独特生物活性的天然产物,硫氰基在有机化学中也有广泛的应用。但由于其合成上的难度,特别是合成手性硫氰基化合物的文献报道很少,阻碍了对其活性的进一步研究。在文本中,将手性阳离子键催化的理念用于构建相邻的三级碳和四级碳手性中心。以α-硫氰基取代的酮类作为反应的亲核试剂,以α-氨基砜为亚胺的前体,KF作为碱,通过在手性开环冠醚催化剂作用下的不对称Mannich反应,合成了一系列具有手性四级碳的α-硫氰-β-氨基化合物。该反应的优点包括:(1)不需要过渡金属参与,反应条件简单。(2)用稳定的α-氨基砜替代了Mannich反应所需的敏感易分解的亚胺。(3)直接烯醇化α-硫氰基取代的酮,原位生成反应的供体。(4)极好的对映异构选择性(ee值>99%)和非对映立体选择性(dr值anti:syn>20:1)通过实验证实该反应模式切实可行,提供了一个新的路径合成具有硫氰基的手性四级碳化合物。