手性药物催化β-酮酸酯不对称α-羟基化反应研究

以商业化易得的具有碱性氮原子的手性药物为有机催化剂,用于催化β-酮酸酯不对称α-羟基化反应,发现以噻吗洛尔或普萘洛尔为催化剂,反应对映选择性分别可达32%和18%.对噻吗洛尔和普萘洛尔进行结构修饰,合成了12个洛尔药物类似物,并考察了其催化效果,发现在优化的反应条件下,以30mol%(R)-1-叔丁胺基-3-(2-萘氧基)-2-丙醇(7f)为催化剂,20mol%β-环糊精为助催化剂,叔丁基过氧化氢为氧化剂,正己烷为溶剂,反应对映选择性最高可达57%,收率92%.不对称α-羟基化产物(S)-5-氯-2-羟基-1-茚酮-2-甲酸甲酯(2a)在乙酸乙酯中一次重结晶后,对映体光学纯度可达99%,收率68%.     

不对称催化氧化制备(S)-泮托拉唑

以(2S,3S)-N,N’-二苄基-酒石酸二酰胺和Ti(O-Pri)4形成的手性络合物为催化剂,枯烯过氧化氢为氧化剂,不对称催化氧化制备了(S)-泮托拉唑,转化率87%,纯化后的化学纯度>99.5%,光学纯度99.5%,硫醚含量<0.1%,砜含量<0.1%,其结构经1H NMR确证。     

(2S,5S)-1-氮-3-氧-2,4,4-三苯基二环[3.3.0]辛烷衍生物的合成及表征

从不对称催化反应问世以来,人们一直在寻找高效、廉价、易制备的手性催化剂。Himto Nakano等人用(S)-二苯基脯胺醇和2-二苯膦基苯甲醛合成了手性化合物(2S,5S)-1-氮-3-氧-2-二苯膦基苯-4,4-二苯基二环[3．3．0]辛烷,并与钯络合来催化不对称反应。     

光学活性反式1-(4-烷基环己基)醇的制备

用手性α-苯乙胺为拆分剂通过化学拆分以较好的收率制备了可作为手性液晶材料的光学活性反式1-(4-烷基环己基)醇,光学纯度达90%～＞99%.     

新型(S)-(α-萘取代)脯氨醇衍生物的合成及其催化二烷基锌与醛的不对称加成反应

以天然手性产物L-脯氨酸为原料,经酯化、氨基保护和格氏反应,得到一种新型光学活性的脯氨醇衍生物((S)-N-苄基-2-吡咯烷-α,α-二(α-萘基)甲醇1).1经过催化氢解,得到另一种光学活性脯氨醇衍生物((S)-2-吡咯烷-α,α-二(α-萘基)甲醇2).将1和2作为有机催化剂,用于催化二烷基锌和醛的不对称加成反应.分别考察了影响对映选择性的催化剂结构、催化剂用量、溶剂、反应温度等各种因素.结果表明,当催化剂用量为5%、溶剂为甲苯、反应温度为-10℃,1作催化剂时,所得仲醇的对映体过量达82?,产率高达100%.     

新型手性环状胺膦配体的设计合成及在酮的不对称还原中的应用

新型手性配体的设计合成是不对称催化研究的重要内容,其中手性胺膦配体因同时含有"软"的磷原子和"硬"的氮原子而具有丰富的配位化学性能和优秀的不对称诱导能力.本文总结了本研究组最近设计合成的手性环状胺膦配体的制备、表征及其在铁催化酮的不对称还原中的应用.手性1,2-环己二胺与双(2-甲酰基苯基)苯基膦通过[2+2]环缩合反应能够顺利获得手性22元环的亚胺膦配体21,该配体经Na BH4还原后生成大环胺膦配体22.利用手性大环胺膦配体22与Fe3(CO)12原位生成的催化体系,能够高活性、高对映选择性地实现包括杂环芳香酮在内50多种酮的不对称转移氢化和不对称氢化反应,其S/C(底物与催化剂的摩尔比)最高可达5000:1,产物手性芳香醇的光学纯度高达99%ee.     

酶-金属单原子复合催化剂在一锅法生物-化学反应的应用（英文）

酶催化与金属单原子催化结合,理论上可开发众多新的绿色化学合成反应,是催化科学的一个重要研究前沿方向.酶-金属单原子复合催化剂兼具酶和金属单原子催化剂的高效、高立体选择性等优点.目前已成功构建的单原子分散金属催化剂的载体一般为刚性的无机载体,利用柔性蛋白分子作为载体制备单原子分散金属催化剂的技术瓶颈问题在于蛋白分子具有柔性、构象易变的特点,并且氨基酸残基与金属原子之间的相互作用力较弱,蛋白分子表面的氨基酸残基难以与金属单原子稳定结合.针对这样一个关键技术瓶颈问题,我们建立了酶-金属单原子复合催化剂的光化学合成方法.本文研究酶-金属单原子复合催化剂在生物-化学一锅级联反应合成联苯类手性醇中的催化性能.联苯类手性醇是手性药物的重要中间体,通常通过多步化学法或生物-化学级联法制备.相比于多步化学法,利用生物-化学级联反应制备联苯类手性化合物具有反应条件温和、选择性高、环境友好等优点.采用光化学法合成脂肪酶-钯单原子复合催化剂(Pd₁/CALB-Pluronic),通过球差矫正扫描透射电镜和扩展X射线吸收精细结构表征复合催化剂的形貌.首先研究了Pd₁/...     

高对映选择性的有机催化的二氟烯醇硅醚与β,γ-不饱和-α-酮酸酯的不对称Mukaiyama-aldol反应

首次研究了二氟烯醇硅醚1与β,γ-不饱和酮酸酯2的反应.发现不论使用叔胺或叔胺-氢键给体双功能催化剂,均专一地发生Mukaiyama-aldol反应生成相应的叔醇3.利用手性氢化奎宁衍生的双功能脲催化剂11高对映选择性地实现了这一反应,为合成α-二氟烷基取代的手性叔醇提供了一种新方法.不同芳基取代的二氟烯醇硅醚以及γ位不同芳基取代的酮酸酯化合物均反应良好.在所考察的15个例子中,反应产率中等到良好(44%～81%),对映选择性中等到优秀(72%～96%).反应产物可方便转化为二氟烷基取代的手性二醇或三醇化合物.     

一种新颖海洋微生物酯酶的功能鉴定及其在D-乳酸甲酯制备中的应用（英文）

手性药物不同对映体往往表现出截然不同的生理活性和毒性,为了减少有毒副作用的对映体,并降低其生物活性,光学纯手性药物的合成一直是制药行业的研究热点.由于手性药物中间体是合成手性药物的重要构建模块,因此手性药物中间体的合成至关重要.手性乳酸及其酯是合成各类药物、农药和聚合物的重要中间体,在制药工业和材料工业中手性乳酸及其酯的制备非常重要.手性乳酸及其酯可以通过传统的有机化学合成和生物酶催化合成,通过有机化学合成法往往很难得到光学纯度较高的手性乳酸及其酯,而生物酶催化法可以得到光学纯的手性乳酸及其酯,同时避免了有机化学合成所导致的金属残留和环境污染等问题.生物酶法合成光学纯的乳酸及其酯可以通过脱氢酶不对称还原酮的前体得到,然而生物催化使用脱氢酶法需要价格昂贵的辅助因子,如NADH和NADPH.而另外一种生物催化方法是通过利用酯酶或者脂肪酶不对称水解外消旋的酯,从而得到光学纯度较高的手性中间体.目前市场上的L-乳酸甲酯价格不太昂贵,因为L-乳酸甲酯可以直接通过大发酵的方法取代有机化学法和酶法直接得到.然而D-乳酸甲酯不能使用廉价的发酵法直接得到,因而其价格昂贵.生物酶催化法可能会成为制备D-乳酸甲酯的主要方法,因为利用生物酶法可以得到光学纯度较高的D-乳酸甲酯.本文从西太平洋深海来源的微生物Pseudomonas oryzihabitans HUP022中克隆并异源表达了一种新颖酯酶PHE14.通过对酯酶PHE14的酶学性质鉴定表明,酯酶PHE14的最适反应底物为对硝基苯酚乙酸酯(C2),最适pH为9.0,最适温度为60°C.PHE14催化最适反应底物C2的活性达到293.07U/mg,Vmax和Km分别为200μM/(mg·min)和0.24mmol/L.酯酶PHE14对多种有机溶剂、表面活性剂和金属离子都具有非常好的耐受性.深海微生物酯酶PHE14对高浓度NaCl具有很好的耐受性,在4mol/LNaCl存在下,相对酶活力为71.4%.同时,酯酶PHE14能够催化消旋乳酸甲酯的不对称水解反应制备重要的手性化工产品—D-乳酸甲酯.与先前的一些酯酶拆分的报道不同,有机溶剂和表面活性剂对酯酶PHE14催化的动力学水解反应没有促进作用.而且,本研究是首次通过酶动力学水解拆分反应制备光学纯的D-乳酸甲酯.经过实验优化,在pH9.0和30°C的条件下,反应产物D-乳酸甲酯的对映体过量值和产率分别为99%和88.7%.深海微生物酯酶PHE14作为一种绿色生物催化剂,在多种工业的不对称合成中都具有非常好的应用潜力.     

羊毛-钯配合物催化反式-2-丁烯酸的不对称水合反应 Efficient Asymmetric Hydration of trans-2-Butenoic Acid Catalyzed by Wool-Palladium Complex

 羊毛-钯配合物作为一种生物高分子金属催化剂制备简单,性能稳定,具有很高的立体选择性. 它能有效地催化反式-2-丁烯酸水合,得到手性化合物(S)-(+)-β-羟基丁酸,其产率和光学收率分别为88.4%和93.0%. 钯的负载量、底物/催化剂比、反应温度和反应时间对产物产率和光学收率有很大的影响. 催化剂重复使用多次后,产物产率和光学收率没有明显变化.     

化学-酶法高选择性合成手性化合物的研究进展

利用生物酶高反应活性、高区域及立体选择性和催化反应条件温和等优点,酶催化拆分技术已应用于多种重要的手性化合物单一对映体的制备中。化学合成与酶催化联合,二者优势互补,使得手性化合物的制备原料易得、工艺简捷高效且环境友好,获得的手性单一对映体的光学纯度高,因此化学-酶联合催化技术越来越受到人们的关注,不断地被开发并应用于传统化学法不易制备的手性化合物的合成体系中。本文总结和评述了近年来国内外化学-酶催化技术合成醇类、胺类和氨基酸类以及其他手性化合物的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。     

叔醇的动力学拆分研究进展

手性叔醇结构广泛存在于生物活性物质、天然产物和药物分子中,实现其高效不对称催化合成具有重要意义.消旋醇的动力学拆分是一种合成高光学纯度手性醇的重要方法,然而由于叔醇α-碳上带三个不同的非氢取代基团,手性识别难度较大,因而发展高效且具有广泛底物适用性的叔醇动力学拆分方法具有较大的挑战.尽管如此,近年来非酶催化的叔醇的动力学拆分领域取得了快速的发展,一些新颖的不对称催化反应、催化体系被成功应用于叔醇的动力学拆分反应中.对叔醇动力学拆分反应进行了系统总结,分类介绍了这些反应的底物适用性、特点、机理以及局限等,并对该领域的未来发展进行展望.     

(S)-美托洛尔的不对称合成

用自制的(S,S)-Salen Co(Ⅲ)OAc催化剂水解动力学拆分外消旋环氧氯丙烷得到高光学纯的(S)-3-氯-1,2-丙二醇和较高光学纯的(R)-环氧氯丙烷。 以(S)-3氯-1,2-丙二醇为手性原料和4-(2-甲氧基乙基)苯酚缩合,再与氯化亚砜反应得环状亚硫酸酯,最后和异丙胺反应得(S)-美托洛尔,光学纯度大于99%。 另外以(R)-环氧氯丙烷为手性原料和4-(2-甲氧基乙基)苯酚反应,再与异丙胺作用得到(S)-美托洛尔,光学纯度大于92%。 (S)-美托洛尔的总收率为53.9%,结构经IR、1H NMR、13C NMR和MS测试技术确证。 该路线原料利用率高,拆分后的2种产物均能用于目标化合物的合成。     

一种新颖海洋微生物酯酶的功能鉴定及其在 D-乳酸甲酯制备中的应用

手性药物不同对映体往往表现出截然不同的生理活性和毒性,为了减少有毒副作用的对映体,并降低其生物活性,光学纯手性药物的合成一直是制药行业的研究热点.由于手性药物中间体是合成手性药物的重要构建模块,因此手性药物中间体的合成至关重要.手性乳酸及其酯是合成各类药物、农药和聚合物的重要中间体,在制药工业和材料工业中手性乳酸及其酯的制备非常重要.手性乳酸及其酯可以通过传统的有机化学合成和生物酶催化合成,通过有机化学合成法往往很难得到光学纯度较高的手性乳酸及其酯,而生物酶催化法可以得到光学纯的手性乳酸及其酯,同时避免了有机化学合成所导致的金属残留和环境污染等问题.生物酶法合成光学纯的乳酸及其酯可以通过脱氢酶不对称还原酮的前体得到,然而生物催化使用脱氢酶法需要价格昂贵的辅助因子,如 NADH和 NADPH.而另外一种生物催化方法是通过利用酯酶或者脂肪酶不对称水解外消旋的酯,从而得到光学纯度较高的手性中间体.目前市场上的 L-乳酸甲酯价格不太昂贵,因为 L-乳酸甲酯可以直接通过大发酵的方法取代有机化学法和酶法直接得到.然而 D-乳酸甲酯不能使用廉价的发酵法直接得到,因而其价格昂贵.生物酶催化法可能会成为制备 D-乳酸甲酯的主要方法,因为利用生物酶法可以得到光学纯度较高的 D-乳酸甲酯.本文从西太平洋深海来源的微生物Pseudomonas oryzihabitans HUP022中克隆并异源表达了一种新颖酯酶 PHE14.通过对酯酶 PHE14的酶学性质鉴定表明,酯酶 PHE14的最适反应底物为对硝基苯酚乙酸酯(C2),最适 pH为9.0,最适温度为60°C. PHE14催化最适反应底物 C2的活性达到293.07 U/mg,Vmax和Km分别为200μM/(mg·min)和0.24 mmol/L.酯酶 PHE14对多种有机溶剂、表面活性剂和金属离子都具有非常好的耐受性.深海微生物酯酶 PHE14对高浓度 NaCl具有很好的耐受性,在4 mol/L NaCl存在下,相对酶活力为71.4%.同时,酯酶 PHE14能够催化消旋乳酸甲酯的不对称水解反应制备重要的手性化工产品— D-乳酸甲酯.与先前的一些酯酶拆分的报道不同,有机溶剂和表面活性剂对酯酶 PHE14催化的动力学水解反应没有促进作用.而且,本研究是首次通过酶动力学水解拆分反应制备光学纯的 D-乳酸甲酯.经过实验优化,在 pH 9.0和30°C的条件下,反应产物 D-乳酸甲酯的对映体过量值和产率分别为99%和88.7%.深海微生物酯酶 PHE14作为一种绿色生物催化剂,在多种工业的不对称合成中都具有非常好的应用潜力.     

化学-酶多步串联反应及其在高附加值手性化合物高效、绿色合成中的应用

与化学催化或酶催化合成相比,化学-酶相结合的多步串联反应是一种更简单、高效、经济的方法,兼具酶催化剂的高效、高选择性等优点,且合成原料价廉易得,合成工艺简捷高效,生产环境绿色友好,所得产品光学纯度高,使其在高附加值手性化合物的开发和合成方面得到了广泛的应用.近年来,化学家们通过改变催化剂和设计更为合理的反应方式,致力于将化学-酶催化反应条件变得更为容易,从而将其应用于更多反应领域.综述了近年来国内外化学-酶多步串联反应,如酶与金属催化、酶与有机催化、酶与新型反应技术等相结合多步串联合成手性醇类、环氧类、杂环类以及其他手性化合物的研究进展,并对该领域的发展趋势进行了展望.     

一个具有相反光学选择性的新颖海洋 GDSL脂肪酶MT6用于（S）-1-苯基乙醇制备

1-苯乙醇是一种重要的手性药物中间体,并且(S)-1-苯乙醇和(R)-1-苯乙醇均具有应用价值.怎样获得光学醇的1-苯乙醇是药物合成中的重要问题.传统的化学合成手段不仅反应过程复杂,而且反应条件剧烈,对环境污染严重,因此生物催化方法越来越受到重视.脂肪酶和酯酶以其出色的立体选择性和温和的反应条件而被广泛用于手性药物的拆分制备.但是之前的一些研究发现脂肪酶和酯酶大都对(R)-1-苯乙醇及其衍生物有选择性,而我们发现并鉴定的脂肪酶 MT6的立体选择性则与这些脂肪酶/酯酶完全相反,具体体现在以下两个方面：(1) MT6能够特异地催化(S)-1-苯乙醇和乙酸异丙烯酯的转酯反应,生成(R)-1-苯乙醇;(2) MT6能够选择性地水解(S)-乙酸苏合香酯,生成(S)-1-苯乙醇.可见,利用 MT6催化的转酯反应和水解反应可以巧妙地进行(S)-1-苯乙醇和(R)-1-苯乙醇的制备. MT6来源于深海放线菌Marinactinospora thermotolerans SCSIO 00652,属于 GDSL家族脂肪酶第 II类群,这一类群的脂肪酶绝大多数来自微生物.有关 GDSL家族脂肪酶在手性拆分中的应用研究非常少.我们之前报道了 MT6的克隆、表达、纯化及转酯拆分反应,本文重点考察了 MT6通过水解反应制备(S)-1-苯乙醇的条件,优化了酶促水解拆分反应温度、有机共溶剂、pH、离子强度、酶用量、底物浓度、反应时间以及底物侧链长度等参数.研究发现,在反应体系中加入一定量的有机共溶剂能够大大提高产物(S)-1-苯乙醇的光学纯度,其中添加二氯甲烷获得的结果最为理想,可以将产物光学纯度从43%提高到89%,E值从2.84提高至22.82.经过优化,最佳反应温度为40°C,共溶剂二氯甲烷浓度为5%(体积分数),反应缓冲液为0.1 mol/L Tris-HCl (pH =7.0),酶用量为150 mg/mL,底物为15 mmol/L乙酸苏合香酯,反应时间控制在12 h.在此条件下,制备的(S)-1-苯乙醇的光学纯度可达97%,转化率可达28.5%,E值为95.9.此外,还比较了侧链长度不同的1-苯基乙醇酯对水解反应的影响,结果表明1-苯基乙醇酯的侧链长度可极大影响光学选择性和产率.在反应条件相同时, MT6催化侧链长度为4个碳的丁酸-1-苯乙酯水解,生成(S)-1-苯乙醇的光学纯度仅为50%.利用 AutoDock软件进行分子对接,结果显示长侧链的1-苯基乙醇酯离活性中心 His230的咪唑基较远,可能是导致酶立体选择性低的重要原因.值得注意的是,海洋微生物来源的 GDSL脂肪酶 MT6在水解反应和转酯反应中均表现出与一些已知脂肪酶/酯酶相反的立体选择性,因而具备进一步开发和应用价值.所制备的(S)-1-苯乙醇的光学纯度为97%,可以通过和转酯反应相结合的方式进一步提高产物的光学纯度和转化率.     

叔胺硫脲催化的2,5-二羟基-1,4-二噻烷与氮叔丁氧羰基醛亚胺的不对称[3+2]环化反应

以双功能手性叔胺硫脲作为催化剂,用于催化2,5-二羟基-1,4-二噻烷与氮叔丁氧羰基(N-Boc)醛亚胺的不对称[3+2]环化反应.实验结果表明,在10%(摩尔分数)手性催化剂的作用下,反应底物均能高产率地转化成目标产物,并且得到高达95%的对映选择性和7∶1的非对映选择性,实现了一系列含有四氢噻唑骨架的双手性中心化合物的合成.     

一个具有相反光学选择性的新颖海洋GDSL脂肪酶MT6用于(S)-1-苯基乙醇制备（英文）

1-苯乙醇是一种重要的手性药物中间体,并且(S)-1-苯乙醇和(R)-1-苯乙醇均具有应用价值.怎样获得光学醇的1-苯乙醇是药物合成中的重要问题.传统的化学合成手段不仅反应过程复杂,而且反应条件剧烈,对环境污染严重,因此生物催化方法越来越受到重视.脂肪酶和酯酶以其出色的立体选择性和温和的反应条件而被广泛用于手性药物的拆分制备.但是之前的一些研究发现脂肪酶和酯酶大都对(R)-1-苯乙醇及其衍生物有选择性,而我们发现并鉴定的脂肪酶MT6的立体选择性则与这些脂肪酶/酯酶完全相反,具体体现在以下两个方面:(1)MT6能够特异地催化(S)-1-苯乙醇和乙酸异丙烯酯的转酯反应,生成(R)-1-苯乙醇;(2)MT6能够选择性地水解(S)-乙酸苏合香酯,生成(S)-1-苯乙醇.可见,利用MT6催化的转酯反应和水解反应可以巧妙地进行(S)-1-苯乙醇和(R)-1-苯乙醇的制备.MT6来源于深海放线菌Marinactinospora thermotolerans SCSIO 00652,属于GDSL家族脂肪酶第II类群,这一类群的脂肪酶绝大多数来自微生物.有关GDSL家族脂肪酶在手性拆分中的应用研究非常少.我们之前报道了MT6的克隆、表达、纯化及转酯拆分反应,本文重点考察了MT6通过水解反应制备(S)-1-苯乙醇的条件,优化了酶促水解拆分反应温度、有机共溶剂、pH、离子强度、酶用量、底物浓度、反应时间以及底物侧链长度等参数.研究发现,在反应体系中加入一定量的有机共溶剂能够大大提高产物(S)-1-苯乙醇的光学纯度,其中添加二氯甲烷获得的结果最为理想,可以将产物光学纯度从43%提高到89%,E值从2.84提高至22.82.经过优化,最佳反应温度为40°C,共溶剂二氯甲烷浓度为5%(体积分数),反应缓冲液为0.1 mol/L Tris-HCl(p H=7.0),酶用量为150 mg/m L,底物为15 mmol/L乙酸苏合香酯,反应时间控制在12 h.在此条件下,制备的(S)-1-苯乙醇的光学纯度可达97%,转化率可达28.5%,E值为95.9.此外,还比较了侧链长度不同的1-苯基乙醇酯对水解反应的影响,结果表明1-苯基乙醇酯的侧链长度可极大影响光学选择性和产率.在反应条件相同时,MT6催化侧链长度为4个碳的丁酸-1-苯乙酯水解,生成(S)-1-苯乙醇的光学纯度仅为50%.利用Auto Dock软件进行分子对接,结果显示长侧链的1-苯基乙醇酯离活性中心His230的咪唑基较远,可能是导致酶立体选择性低的重要原因.值得注意的是,海洋微生物来源的GDSL脂肪酶MT6在水解反应和转酯反应中均表现出与一些已知脂肪酶/酯酶相反的立体选择性,因而具备进一步开发和应用价值.所制备的(S)-1-苯乙醇的光学纯度为97%,可以通过和转酯反应相结合的方式进一步提高产物的光学纯度和转化率.     

手性酒石酸酯对不对称环氧化反应动力学拆分DL-1-十四烯-3-醇的催化选择性

利用Sharpless不对称环氧化反应动力学拆分二级烯丙醇DL-1-十四烯-3-醇,研究了不同手性酒石酸酯催化剂[酒石酸乙酯(DET)、酒石酸异丙酯(DIPT)、酒石酸环己酯(DCHT)以及酒石酸环十二酯(DCDT)]对该反应的催化选择性,拆分所得的烯丙醇的光学纯度有一定差异,从90%到99?.     

手性有机小分子催化剂6,7-二氢-5H-吡咯并[1,2-a]咪唑的合成 ——介绍一个大学有机化学综合实验

介绍一个由科研成果转化形成的综合有机化学实验——一类手性双环咪唑类亲核有机小分子催化剂的合成及结构表征。该合成实验以咪唑和丙烯醛为原料,在催化量的乙酸存在下,合成手性双环咪唑醇外消旋体。然后利用固定化酶Nov435对该外消旋体进行乙酰化动力学拆分获得光学纯双环咪唑醇酯及醇类化合物。最后通过测定熔点、旋光度、红外(IR)光谱、核磁共振(~1H NMR、~(13)C NMR)和高分辨质谱仪(HRMS)对产物结构进行表征,并利用高效液相色谱仪(HPLC)对光学纯双环咪唑醇酯及醇类化合物的光学纯度进行了测定。本实验涵盖了合成、结构表征和光学纯度测定等实验技能训练及动力学拆分及不对称催化酶促反应等专业知识的学习,不仅有益于提高学生的综合实验能力,也可以开拓学生的视野。