咪唑啉盐转移一碳单元反应的量子化学研究

用量子化学从头算与PM3相结合的方法对叶酸辅酶模型——2-甲基-1-乙酰基咪唑啉盐向邻苯二胺转移一碳单元的反应进行了理论研究.结果表明,由于咪唑啉环有两种开环方式,反应可以通过两条互相竞争的途径完成,得到相同的产物.每一条途径都经历了6个反应步骤,包括两种反应物的结合,质子转移,五元环的断裂,苯并咪唑衍生物的形成,再次质子转移和最终产物的生成.上述反应的每一条途径中,两次质子转移过渡态的能量较高,说明该反应存在一般酸碱催化作用,与酶催化甲酸氧化态一碳单元转移的实验结果一致.     

3,4,4-三甲基-1-乙酰基咪唑啉盐向邻苯二胺转移一 碳单元反应的理论研究

用PM3-MO半经验方法对叶酸辅酶模型化合物3,4,4-三甲基-1-乙酰基咪唑啉盐向邻苯二胺转移一碳单元的反应进行了理论研究。结果表明,咪唑环有两种开环方式,该反应可能通过两种途径实现,每一种途径都经历了六个反应步骤,包括两次质子转移步骤,其中第二次质子转移是限速步骤。优化计算了所有步骤的中间体和过渡态的结构,各个中间体和过渡态具有不同的构型,构象和能量。     

3,4,4-三甲基-1-乙酰基咪唑啉盐向邻苯二胺转移一 碳单元反应的理论研究

用PM3-MO半经验方法对叶酸辅酶模型化合物3,4,4-三甲基-1-乙酰基咪唑啉盐向邻苯二胺转移一碳单元的反应进行了理论研究。结果表明,咪唑环有两种开环方式,该反应可能通过两种途径实现,每一种途径都经历了六个反应步骤,包括两次质子转移步骤,其中第二次质子转移是限速步骤。优化计算了所有步骤的中间体和过渡态的结构,各个中间体和过渡态具有不同的构型,构象和能量。     

5,10-CH+-THF向邻苯二胺转移一碳单元反应的理论研究

叶酸辅酶在酶催化的一碳单元转移过程中具有重要的作用,已有大量的实验及实验模拟对其生物学功能进行了研究分析.本文用PM3半经验方法对5,10-CH⁺-THF向邻苯二胺转移一碳单元的反应进行了理论研究.结果表明,5,10-CH⁺-THF中的咪唑啉环有两种开环方式,从而使得该反应可以通过两种途径实现,每一种途径都经历了6个反应步骤,其中包括限制速度的两次质子转移步骤.优化计算了每个步骤所有可能的中间体和过渡态的结构和能量,并通过比较分析得到了各反应阶段的最优中间体和过渡态结构.     

2，3－二甲基－1－对氯苯磺酰基咪唑啉盐与邻氨基苯酚反应的量子化学研究

用量子化学方法对叶酸辅酶模型化合物2，3－二甲基－1－对氯苯磺酰基咪唑 啉盐与邻氨基苯酚的反应进行了理论研究。结果表明，咪唑啉环有两种开环方式， 反应可以通过两种途径实现，得到较稳定的中间体或者实现一碳单元的完全转移。 通过优化计算所有步骤的中间体和过渡态的结构可知，各个中间体和过渡态具有不 同的构型、构象，有些过程的构象变化是进行下一步反应所必需的，在所有过程中 质子转移步骤过渡态的能量最高，是反应的限速步骤。     

四氢叶酸模型化合物咪唑啉盐的基团转移反应

合成了2种四氢叶酸辅酶模型化合物咪唑啉盐7和8. 它们与双官能团亲核体作用, 分别完全转移了3个和5个碳单元; 化合物7与单官能团亲核体作用, 部分转移了3个碳单元; 以部分转移产物化合物17作为四氢叶酸甲醛态模型, 与胺类反应实现了带硝基的4个碳单元的完全转移; 并研究了模型化合物7的还原反应. 这些反应模拟并扩展了四氢叶酸辅酶在生物体内转移一碳单元的功能, 产生了几种新的合成方法和试剂, 可以应用于有机合成中.     

甲基酮香料的仿生合成新方法研究

四氢叶酸辅酶在生物体内的作用是转移不同氧化态的一碳单元, 当一碳单元处于甲酸氧化态时, 活性部位是具有五元环状结构的咪唑啉环. 模拟四氢叶酸辅酶转移一碳单元的反应, 以苯并咪唑甲基碘盐作为四氢叶酸辅酶甲酸氧化态模型, 以格利雅试剂甲基碘化镁作为接收一碳单元的亲核试剂, 将甲酸氧化态的一碳单元转移给甲基碘化镁, 成功合成了三种重要的甲基酮香料甲基己基酮、甲基壬基酮和甲基十一烷基酮, 其结构用元素分析, 1H NMR, IR和MS等方法进行了表征, 并对反应机理和反应条件进行了讨论, 为甲基酮香料提供了一种仿生合成新方法.     

碘化1-甲基-2-异丙基(或丙基)-3-苯磺酰基咪唑啉的合成及基团转移反应

合成了新的四氢叶酸辅酶(THF)模型化合物碘化1-甲基-2-异丙基-3-苯磺酰基咪唑啉(5a)和碘化1-甲基-2-丙基-3-苯磺酰基咪唑啉(5b),研究了其反应性能.结果表明,化合物5与双官能团亲核体邻苯二胺或邻氨基苯酚反应,完全转移了4个碳的异丁基和正丁基单元,基于此探索了合成2-取代苯并咪唑及2-取代苯并唑的新方法;化合物5a与单官能团亲核体胺类反应部分转移了4个碳的异丁基单元,生成不同基团取代的N,N,N'-三取代乙二胺盐;化合物5a在Na BH4作用下可发生还原反应,在Na OH水溶液中可发生水解反应,也可与碳负离子基团(硝基甲基负离子或二腈基甲基负离子)发生亲核加成反应,生成了3类不同基团取代的N,N,N'-三取代乙二胺衍生物,探索了此类化合物的简易合成方法.这些反应模拟了四氢叶酸辅酶在生物体内转移一碳单元的功能,并将其扩展到4个碳原子单元,获得了可应用于有机合成的新方法和新试剂.     

甲基取代的甲酸态的四氢叶酸辅酶模型的合成及其取代碳单元转移反应

以乙二胺和乙酰胺为原料,经4步反应合成了碘化1,2-二甲基-3-间(或对)-硝基苯磺酰基咪唑啉(2a,2b),以2a和2b作为甲基取代的甲酸态四氢叶酸辅酶模型,同单亲核中心的氮亲核体(对甲苯胺,对甲氧基苯胺等)和碳亲核体(丙二腈)反应得到次乙基单元(CH₃-C>)转移的中间体产物;与双亲核中心的亲核体(邻苯二胺,邻氨基酚)反应得到次乙基单元完全转移的产物。     

一种新型四氢叶酸辅酶模型的合成和性能研究

5,6,7,8-四氢叶酸辅酶(简称THF)在生物合成和代谢过程中的作用是传递一碳单元,除二氧化碳外,相应于甲醇、甲醛和甲酸各氧化态的一碳单元均由THF辅酶传递.THF辅酶的仿生化学研究是当前生物有机化学研究中一个较为活跃的领域.将THF辅酶模型作为被转移的功能团化的一碳单元的载体,与各类亲核试剂作用,用来合成杂环、稠环化合物和生物碱,反应可在温和条件下高效地进行,这在有机合成化学方面有着非常重要的意义.我们课题组在这方面做了大量的研究[1,2],合成了一系列模型化合物,并将其应用于仿生有机合成,得到了一些杂环、稠环化合物[3].在以前研究的基础上,我们又合成了一种新的甲酸氧化态的THF模型化合物:碘化1,2-二甲基-3-对甲氧基苯基咪唑啉盐.     

六～八元瓜环与咪唑[4,5-f]-1'''',10''''-菲咯啉衍生物的相互作用

合成了2-苯基-咪唑[4,5-f]-1',10'-菲咯啉和对二甲氨基-2-苯基-咪唑[4,5-f]-1',10'-菲咯啉两种咪唑[4,5-f]-1',10'-菲咯啉衍生物,并经过一、二维核磁共振谱以及质谱方法的验证.利用1H NMR、质谱以及紫外可见分光光度法,考察了以六～八元瓜环为主体,咪唑[4,5-f]-1',10'-菲咯啉衍生物为客体的作用体系,以及形成的主客体包结配合物的结构特征.研究结果表明三种瓜环均与2-苯基-咪唑[4,5-f]-1',10'-菲咯啉发生相互作用,客体以较小的苯基一端穿过瓜环内腔直至苯基部分和菲咯啉部分分别露置在瓜环的两个端口外,特别是八元瓜环能容纳两个客体分子.而对二甲氨基-2-苯基-咪唑[4,5-f]-1',10'-菲咯啉仅能与七及八元瓜环相互作用,作用模式与前者相同.     

1,2-二甲基咪唑啉的合成及表征

对1,2-二甲基咪唑啉的合成进行了详细研究. 以甲胺水溶液和2-溴乙胺氢溴酸盐(1)为原料进行反应, 在两种原料物质的量之比为5∶1, 缓缓回流12 h的条件下, 得到N-甲基乙二胺(2), N-甲基乙二胺经过乙酸化得到N-甲基-N,N′-二乙酰基乙二胺(3), 然后, N-甲基-N,N′-二乙酰基乙二胺和氧化钙在高温下关环得到1,2-二甲基咪唑啉(4). 并对所得到的产物1,2-二甲基咪唑啉经元素分析, 1H NMR, IR和GC-MS得到了表征.     

Merrifield树脂负载的固相法合成1-氨基-2,4-咪唑二酮

设计了两条新的固相有机合成路线合成了1-氨基-2,4-咪唑二酮化合物4. 一条是由Merrifield树脂负载的羟基苯甲醛1a～1c和氨基脲反应得到缩氨基脲树脂2a～2c, 再在乙醇钠存在下和氯乙酸乙酯成环, 经盐酸切割得到1-氨基-2,4-咪唑二酮; 另一条是将Merrifield树脂用二甲基亚砜氧化氯甲基末端醛化后, 与氨基脲反应得到负载的缩氨基脲6, 经环化、切割得到目标产物4. 这两种方法中用1 mol/L的盐酸代替三氟乙酸作为切割剂, 产物单一、操作简便、可定量反应, 是合成1-氨基-2,4-咪唑二酮化合物的新方法.     

四氢叶酸辅酶模型的合成及甲基取代的一碳单元转移反应

本文报道了甲基取代的甲酸态的四氢叶酸辅酶模型--碘化1, 2-二甲基-3-对氯苯磺酰基咪唑啉的合成。研究了模型与单官能团亲核体(苯胺、对氯苯胺、对硝基苯胺)和双官能团亲核体(邻苯二胺、邻氨基酚、乙二胺)作用, 转移甲基取代的一碳单元的反应。     

核酸化学研究——Ⅱ.N-羧酰咪唑在酰化核糖核苷酸上的应用

N-羧酰咪唑作为酰化试剂单独与核糖核苷酸吡啶盐反应时,主要形成核糖核苷-2',3'-环磷酸或其与羧酸的混合酸酐,但是当有N,N'-二环已基吗福啉碳酰胺亚胺或无水氢氧化四乙基铵存在时,不仅可以抑制核苷酸的2',3'-环磷酰化,而且大大加快了核糖羟基和杂环氨基的酰化反应速度和反应的完全程度.羧酰咪唑试剂已应用于各种核糖核苷酸的乙酰化、异丁酰化、苯甲酰化反应.与羧酸酐和苯甲酰氰相比较,本试剂的优点在于反应速度快,副反应少,产物纯,得率高.根据产物的分离和鉴定以及³¹ P 脉冲核磁共振谱的变化初步证明,当苯甲酰咪唑与3'-尿核糖核苷酸吡啶盐在二甲基甲酰胺中反应时,一般情况下先迅速形成核苷酸-苯甲酸的混合酸酐,然后转化为核苷-2',3'-环磷酸,再进一步完成5'-羟基的苯甲酰化.若有N,N'-二环已基吗福啉碳酰胺亚胺或氢氧化四乙胺存在时,则核糖核苷酸的杂环氨基和核糖部分上的羟基都发生酰化,而且形成混合酸酐但不出现环核苷酸.     

1,3-二取代-2-硫代咪唑啉-4-酮的合成

1-苯甲酰基-3-芳基硫脲与氯乙酰氯反应合成了1-芳基-3-苯甲酰基-2-硫代咪唑啉-4-酮,与二氯乙酰氯反应合成了1-芳基-3-苯甲酰基-5-氯-2-硫代咪唑啉-4-酮,与三氯乙酰氯反应时仅得到了硫脲的分解重组产物苯甲酰基芳胺.产物结构经红外光谱、核磁共振谱和高分辨质谱表征.     

六～八元瓜环与咪唑[4,5-f]-1',10'-菲咯啉衍生物的相互作用

合成了2-苯基-咪唑[4,5-f]-1',10'-菲咯啉和对二甲氨基-2-苯基-咪唑[4,5-f]-1',10'-菲咯啉两种咪唑[4,5-f]-1',10'-菲咯啉衍生物, 并经过一、二维核磁共振谱以及质谱方法的验证. 利用¹H NMR、质谱以及紫外可见分光光度法, 考察了以六～八元瓜环为主体, 咪唑[4,5-f]-1',10'-菲咯啉衍生物为客体的作用体系, 以及形成的主客体包结配合物的结构特征. 研究结果表明: 三种瓜环均与2-苯基-咪唑[4,5-f]-1',10'-菲咯啉发生相互作用, 客体以较小的苯基一端穿过瓜环内腔直至苯基部分和菲咯啉部分分别露置在瓜环的两个端口外, 特别是八元瓜环能容纳两个客体分子. 而对二甲氨基-2-苯基-咪唑[4,5-f]-1',10'-菲咯啉仅能与七及八元瓜环相互作用, 作用模式与前者相同.     

四氢叶酸辅酶结构和性能的模拟及取代一碳单元转移反应的研究

本工作模拟了四氢叶酸辅酶的结构和反应性能, 合成了模型化合物碘化1, 2-二甲基-3-对甲氧苯磺酰基咪唑啉, 研究了模型化合物与单官能团亲核体、双官能团亲核体相作用, 以甲酸、甲醛氧化态转移取代一碳单元[≡C-CH~3, =C(CH~3)CH~2NO~2]的反应, 部分反应生成了咔啉类生物碱衍生物和其它杂环类化合物。     

甲基取代的甲酸态的四氢叶酸辅酶模型的合成及其取代碳 …

以乙二胺和乙酰胺为原料，经４步反应合成了碘化１，２－二甲基－３－间（或对）－硝基苯磺酰基咪唑啉（２ａ，２ｂ）以２ａ和２ｂ作为甲基取代的甲酸态四氢叶酸辅酶模型，同单亲核中心的氮亲核体（对甲苯胺，对甲氧基苯胺等）和碳亲核体（丙二腈）反应得到次惭基单元（ＣＨ３－Ｃ≤）转移的中间体产物，与双亲核中心的亲核体（邻苯二胺，邻氨基酚）反应得到次乙基单元完全转移的产物。     

环钯化苯基咪唑啉-卡宾络合物的合成及催化Suzuki反应研究

以间硝基苯甲酸或苯甲酸和(S)-缬氨醇为起始原料,室温反应制得酰氨基醇1a和1b,在亚硫酰氯存在下,酰胺基醇与对甲苯胺关环反应得到苯基咪唑啉化合物2a和2b.通过对苯基咪唑啉配体2进行钯化反应、1,3-二苄基苯并咪唑盐解聚,得目标产物环钯化苯基咪唑啉-卡宾络合物3a和3b.通过1H NMR,13C NMR,IR,MS和元素分析等手段对新化合物3a和3b进行了表征.进一步通过单晶X射线衍射对3a进行了结构确证,络合物3a晶体结构表明该化合物通过分子间氢键形成一维链状结构.催化性能考察发现,络合物3a在萘硼酸和碘代甲氧基萘的Suzuki偶联反应中表现出较好的催化活性.