水解酶催化多功能性在Michael反应及Michael串联反应中的应用

发布时间：2017-08-30 11:19

  本文关键词：水解酶催化多功能性在Michael反应及Michael串联反应中的应用

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【摘要】：生物催化以高选择性,温和的反应条件,低能量需求,副产品少,合成步骤短的特点优于传统的化学催化。不仅如此,酶可被完全降解,环境友好,广泛存在于生命体中的优势使其成为极具吸引力的生物催化剂。这些优势符合当前提倡绿色化学可持续发展的理念。传统理论认为酶只能催化天然底物并且体现出高效性、特异性等特点。直至二十世纪八十年代初期,才发现酶除了在天然的水溶液环境下催化天然底物化学转化之外,还具有催化其他非天然底物的能力,即酶的多功能性。近年来,科研工作者发现许多种酶能够催化碳-碳键以及碳-杂键的形成,并得到较好的收率和选择性。但至今酶催化多功能性的研究并无一个通用的方法,只能在特定的条件下,有目的的探索才能得以体现。因此这类工作需要更多地科研工作者积极的探索。由于工业生物催化剂需求的不断增加,推动了探索天然酶尚未开发的催化潜力的发展,拓宽了酶催化的转化范围,提高了合成效率。本论文主要研究酶催化多功能性催化在Michael反应及Michael串联反应中的应用。环丙烷结构单元存在于天然产物中,能够通过化学转化构建其他复杂的中间体进而合成更多具有生物活性的环丙烷化合物。本论文采用一种绿色环保的α-猪胰淀粉酶作为催化剂通过一锅化法,在N-甲基吗啉(NMM)存在条件下催化环状烯酮和溴代硝基甲烷的不对称Michael加成/环化的串联反应,构建具有三个连续手性中心的硝基环丙烷化合物。并探究了溶剂、碱的类型、含水量、摩尔比、温度等对反应的影响,对反应条件进行了优化,探索酶的最适环境。得到了高达93%的收率和22%的对映选择性。首次发现α-猪胰淀粉酶具有不对称催化Michael加成/环化的串联反应的活性,该方法扩展了α-猪胰淀粉酶催化的应用范围,同时为合成硝基化合物提供了一种绿色的合成途径。二氢吡喃结构单元广泛存在于生物碱、聚醚类抗生素、信息素和环烯醚萜等化合物中。其中,很多该类化合物显示出抗癌、抗HCV病毒,抗感染等活性。我们采用灰色链霉菌蛋白酶作为催化剂催化了α,β-不饱和酮与双甲酮之间的不对称Michael加成/环化串联反应,实现了二氢吡喃化合物的合成。并探究了酶量、溶剂、温度等对反应收率和选择性的影响,获得最优反应条件。并对该蛋白酶底物的普适性进行了研究,发现不论是芳香类还是脂肪类的α,β-不饱和酮都能与双甲酮很好的反应生成二氢吡喃类衍生物,并得到了令人满意的高达95%的收率和一定的立体选择性。Michael加成是亲核试剂对α,β-不饱和羰基化合物β-位碳原子发生的加成反应,是构建C-C键、C-杂键主要反应类型之一。我们采用灰色链霉菌蛋白酶在溶剂中催化1,3-二羰基化合物与马来酰亚胺之间Michael反应,合成具有两个相邻手性中心的化合物。该反应拓展了灰色链霉菌蛋白酶在有机合成中的应用,且反应的普适性较好。通过Michael反应合成了25个化合物,其中18个为新化合物,最高收率达91%。
【关键词】：酶催化多功能性 α-猪胰淀粉酶 灰色链霉菌蛋白酶 Michael反应 Michael/环化串联反应
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O621.251
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 酶多功能性简介8
• 1.2 酶催化多功能性在有机合成中的应用8-14
• 1.3 环丙烷类化合物的文献综述14-16
• 1.4 二氢吡喃化合物的文献综述16-20
• 1.5 课题研究的前景和意义20-21
• 第二章 α-猪胰淀粉酶催化串联反应合成硝基环丙烷化合物21-43
• 2.1 前言21
• 2.2 结果与讨论21-31
• 2.3 实验部分31-32
• 2.4 结论32-33
• 2.5 α-猪胰淀粉酶的活力测定33-35
• 2.6 产物表征及分析35-43
• 第三章 灰色链霉菌蛋白酶催化合成二氢吡喃化合物43-76
• 3.1 前言43-44
• 3.2 结果与讨论44-52
• 3.3 实验部分52-54
• 3.4 结论54-55
• 3.5 产物表征及分析55-76
• 第四章 灰色链霉菌蛋白酶催化的Michael加成反应76-96
• 4.1 前言76-77
• 4.2 结果与讨论77-85
• 4.3 实验部分85-87
• 4.4 结论87-88
• 4.5 产物表征及分析88-96
• 参考文献96-103
• 附录：部分化合物图谱103-159
• 硕士期间科研成果159-160
• 致谢160

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本文编号：758983