本文關鍵詞：水解酶催化多功能性在Michael反應及Michael串聯(lián)反應中的應用

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【摘要】：生物催化以高選擇性,溫和的反應條件,低能量需求,副產品少,合成步驟短的特點優(yōu)于傳統(tǒng)的化學催化。不僅如此,酶可被完全降解,環(huán)境友好,廣泛存在于生命體中的優(yōu)勢使其成為極具吸引力的生物催化劑。這些優(yōu)勢符合當前提倡綠色化學可持續(xù)發(fā)展的理念。傳統(tǒng)理論認為酶只能催化天然底物并且體現(xiàn)出高效性、特異性等特點。直至二十世紀八十年代初期,才發(fā)現(xiàn)酶除了在天然的水溶液環(huán)境下催化天然底物化學轉化之外,還具有催化其他非天然底物的能力,即酶的多功能性。近年來,科研工作者發(fā)現(xiàn)許多種酶能夠催化碳-碳鍵以及碳-雜鍵的形成,并得到較好的收率和選擇性。但至今酶催化多功能性的研究并無一個通用的方法,只能在特定的條件下,有目的的探索才能得以體現(xiàn)。因此這類工作需要更多地科研工作者積極的探索。由于工業(yè)生物催化劑需求的不斷增加,推動了探索天然酶尚未開發(fā)的催化潛力的發(fā)展,拓寬了酶催化的轉化范圍,提高了合成效率。本論文主要研究酶催化多功能性催化在Michael反應及Michael串聯(lián)反應中的應用。環(huán)丙烷結構單元存在于天然產物中,能夠通過化學轉化構建其他復雜的中間體進而合成更多具有生物活性的環(huán)丙烷化合物。本論文采用一種綠色環(huán)保的α-豬胰淀粉酶作為催化劑通過一鍋化法,在N-甲基嗎啉(NMM)存在條件下催化環(huán)狀烯酮和溴代硝基甲烷的不對稱Michael加成/環(huán)化的串聯(lián)反應,構建具有三個連續(xù)手性中心的硝基環(huán)丙烷化合物。并探究了溶劑、堿的類型、含水量、摩爾比、溫度等對反應的影響,對反應條件進行了優(yōu)化,探索酶的最適環(huán)境。得到了高達93%的收率和22%的對映選擇性。首次發(fā)現(xiàn)α-豬胰淀粉酶具有不對稱催化Michael加成/環(huán)化的串聯(lián)反應的活性,該方法擴展了α-豬胰淀粉酶催化的應用范圍,同時為合成硝基化合物提供了一種綠色的合成途徑。二氫吡喃結構單元廣泛存在于生物堿、聚醚類抗生素、信息素和環(huán)烯醚萜等化合物中。其中,很多該類化合物顯示出抗癌、抗HCV病毒,抗感染等活性。我們采用灰色鏈霉菌蛋白酶作為催化劑催化了α,β-不飽和酮與雙甲酮之間的不對稱Michael加成/環(huán)化串聯(lián)反應,實現(xiàn)了二氫吡喃化合物的合成。并探究了酶量、溶劑、溫度等對反應收率和選擇性的影響,獲得最優(yōu)反應條件。并對該蛋白酶底物的普適性進行了研究,發(fā)現(xiàn)不論是芳香類還是脂肪類的α,β-不飽和酮都能與雙甲酮很好的反應生成二氫吡喃類衍生物,并得到了令人滿意的高達95%的收率和一定的立體選擇性。Michael加成是親核試劑對α,β-不飽和羰基化合物β-位碳原子發(fā)生的加成反應,是構建C-C鍵、C-雜鍵主要反應類型之一。我們采用灰色鏈霉菌蛋白酶在溶劑中催化1,3-二羰基化合物與馬來酰亞胺之間Michael反應,合成具有兩個相鄰手性中心的化合物。該反應拓展了灰色鏈霉菌蛋白酶在有機合成中的應用,且反應的普適性較好。通過Michael反應合成了25個化合物,其中18個為新化合物,最高收率達91%。
【關鍵詞】：酶催化多功能性 α-豬胰淀粉酶 灰色鏈霉菌蛋白酶 Michael反應 Michael/環(huán)化串聯(lián)反應
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O621.251
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 第一章 緒論8-21
• 1.1 酶多功能性簡介8
• 1.2 酶催化多功能性在有機合成中的應用8-14
• 1.3 環(huán)丙烷類化合物的文獻綜述14-16
• 1.4 二氫吡喃化合物的文獻綜述16-20
• 1.5 課題研究的前景和意義20-21
• 第二章 α-豬胰淀粉酶催化串聯(lián)反應合成硝基環(huán)丙烷化合物21-43
• 2.1 前言21
• 2.2 結果與討論21-31
• 2.3 實驗部分31-32
• 2.4 結論32-33
• 2.5 α-豬胰淀粉酶的活力測定33-35
• 2.6 產物表征及分析35-43
• 第三章 灰色鏈霉菌蛋白酶催化合成二氫吡喃化合物43-76
• 3.1 前言43-44
• 3.2 結果與討論44-52
• 3.3 實驗部分52-54
• 3.4 結論54-55
• 3.5 產物表征及分析55-76
• 第四章 灰色鏈霉菌蛋白酶催化的Michael加成反應76-96
• 4.1 前言76-77
• 4.2 結果與討論77-85
• 4.3 實驗部分85-87
• 4.4 結論87-88
• 4.5 產物表征及分析88-96
• 參考文獻96-103
• 附錄：部分化合物圖譜103-159
• 碩士期間科研成果159-160
• 致謝160

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4 吳R，

本文編號：758983