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酶催化的多米诺反应合成2H-1-苯并吡喃-2-酮衍生物

作　者: 王昌恒
导　师: 何延红
学　校: 西南大学
专　业: 有机化学
关键词: 2H-1-苯并吡喃-2-酮及其衍生物催化多功能性 Domino反应地衣芽孢杆菌碱性蛋白酶酶E
分类号: TQ253
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

生物催化合成方法研究是当前非常活跃的前沿领域,具有选择性高、条件温和、环保、反应过程简单等优点。最近,关于酶催化多功能性的研究新进展大大拓展了酶催化在有机合成中的应用范围,一些脂肪酶和蛋白酶被发展用来催化Aldol和Mannich等。发现和研究生物酶的新催化功能成为一个极具挑战性和吸引力的研究课题,并为绿色催化的发展提供了崭新的途径。一种有效率的合成方法是将很多个反应条件比较相似的反应结合起来一次性完成,并将上一反应得到的新官能团用于下一个反应,或是将上一个反应生成的活性中间体在适当的条件下直接进行下一步反应从而跨越了提取中间体产物这一繁杂,效率低下的环节,这就是多米诺反应。单个酶催化的单步反应已经有很多道,但是非常少的把单个酶催化多功能性和多米诺反应结合的例子,因此,把酶催化多功能性和多米诺反应结合是非常极具创新性的前沿领域。本文成功利用了单个酶的催化多功能性来催化多米诺反应。2H-1-苯并吡喃-2-酮及其衍生物具有良好的生物活性。具有抗炎、镇痛、抗菌、抗氧化、抗增殖、抗癌、调节中枢神经系统等功能,广泛应用于食品、药品、化妆品、农用化学品、香料、染料等领域；此外,其还可以作为合成苯并吡喃类、香豆酮类等化合物的中间体,所以2H-1-苯并吡喃-2-酮及其衍生物的合成研究引起了有机化学家和药物化学家的极大关注。但是,传统2H-1-苯并吡喃-2-酮及其衍生物的合成方法有很多缺点,如有剧烈的反应条件,需要大量的无机酸等。本论文提供一种在有机溶剂中通过酶催化多米诺Knoevenagel/transesterification反应合成2H-1-苯并吡喃-2-酮衍生物的方法。本论文的第二章讲述了利用水样醛衍生物与β-酮酯做底物通过碱性蛋白酶催化多米诺Knoevenagel/transesterification的反应合成2H-1-苯并吡喃-2-酮衍生物,并且系统研究了溶剂、水量、温度、投料比、酶的浓度、反应时间对反应的影响。论文选择了5种水杨醛衍生物与不同结构的β-酮酯作为碱性蛋白酶催化多米诺反应的底物,总共合成了14种2H-1-苯并吡喃-2-酮衍生物。本论文的第三章讲述了：利用水杨醛衍生物与β-酮酯做底物通过酶E催化多米诺Knoevenagel/transesterification的反应合成2H-1-苯并吡喃-2-酮衍生物,并且系统研究了溶剂、水量、温度、投料比、酶的浓度、反应时间对反应的影响。论文选择了7种水杨醛衍生物与不同结构的β-酮酯作为酶E催化多米诺反应的底物,总共合成了20种2H-1-苯并吡喃-2-酮衍生物。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章绪论  10-32
  1.1 2H-1-苯并吡喃-2-酮及其衍生物的生物活性  10-12
    1.1.1 抗氧化作用  10-11
    1.1.2 抗肿瘤活性  11
    1.1.3 抗HIV活性  11-12
    1.1.4 抗凝血作用  12
  1.2 合成方法  12-16
    1.2.1 离子液体的应用  13-14
    1.2.2 微波技术的应用  14
    1.2.3 固相合成方法  14-15
    1.2.4 金属离子催化  15-16
    1.2.5 固体酸催化剂的应用  16
  1.3 酶催化多功能性与酶促合成研究进展  16-18
    1.3.1 酶催化多功能性定义与分类  16-18
  1.4 催化多功能性酶在有机合成中的研究进展  18-29
    1.4.1 碳-碳链的形成  19-22
      1.4.1.1 Aldol反应  19
      1.4.1.2 Henry(nitroaldol)反应  19-20
      1.4.1.3 Knoevenagel反应  20-21
      1.4.1.4 Michael additions  21
      1.4.1.5 Mannich reaction  21-22
      1.4.1.6 Morita-Baylis-Hillman reaction  22
    1.4.2 碳-杂原子或杂原子-杂原子链的形成(C-Heteroatom andheteroatom-heteroatom bond formation)  22-26
      1.4.2.1 Markovnikov and anti-Markovnikov  22-23
      1.4.2.2 酶催化的Si-O缩合反应(Promiscuous siloxane bond formation)  23-24
      1.4.2.3 Domino反应  24-26
    1.4.3 氧化过程  26-28
      1.4.3.1 脂肪酶催化烯烃类环氧化反应  27
      1.4.3.2 脂肪酶催化的C=N键的氧化反应  27-28
      1.4.3.3 脂肪酶催化的芳香醇和乙酸盐类的氧化反应  28
    1.4.4 水解反应  28-29
  1.5 本论文研究的内容  29-32
第二章碱性蛋白酶催化2H-1-苯并吡喃-2-酮衍生物的合成  32-54
  2.1 结果与讨论  33-49
    2.1.1 酶的选择  34-35
    2.1.2 溶剂的优化  35-36
    2.1.3 含水量的优化  36-37
    2.1.4 温度的优化  37-38
    2.1.5 酶量的优化  38-39
    2.1.6 投料比的优化  39-40
    2.1.7 反应时间的影响  40
    2.1.8 水杨醛衍生物与β-酮酯发生的多米诺的Knoevenagel/intramoleculartransesterification反应  40-49
      2.1.8.1 水杨醛与β-酮酯发生的多米诺的Knoevenagel/intramoleculartransesterification反应  41-42
      2.1.8.2 5-甲氧基水杨醛与β-酮酯发生的多米诺的Knoevenagel/intramolecular transesterification反应  42-43
      2.1.8.3 5-氯水杨醛与β-酮酯发生的多米诺的Knoevenagel/intramoleculartransesterification反应  43
      2.1.8.4 5-硝基水杨醛与β-酮酯发生的多米诺的Knoevenagel/intramoleculartransesterification反应  43-44
      2.1.8.5 2-羟基-1-萘醛与β-酮酯发生的多米诺的Knoevenagel/intramoleculartransesterification反应  44-45
      2.1.8.6 结果与讨论  45-46
      2.1.8.7 BLAP活性中心催化多米诺的Knoevenagel/intramoleculartransesterification反应验证  46-47
      2.1.8.8 BLAP催化多米诺的Knoevenagel/intra-molecular Transesterification的机理探索  47-48
      2.1.8.9 结论  48-49
  2.2 实验部分  49-54
    2.2.1 实验试剂和仪器  49-50
    2.2.2 2H-1-苯并吡喃-2-酮衍生物的合成步骤  50-51
      2.2.2.1 优化条件试验步骤  50-51
      2.2.2.2 水杨醛衍生物与β-酮酯发生的多米诺的Knoevenage #1/intramolecular transesterification反应的试验步骤  51
    2.2.3 试验数据  51-54
第三章酶E催化2H-1-苯并吡喃-2-酮衍生物的合成  54-72
  3.1 结果与讨论  54-67
    3.1.1 溶剂的优化  54-55
    3.1.2 含水量的优化  55
    3.1.3 温度的优化  55-56
    3.1.4 投料比的选择  56-57
    3.1.5 反应时间的影响  57-58
    3.1.6 水杨醛衍生物与β-酮酯发生的多米诺的Knoevenagel/intramoleculartransesterification反应  58-65
      3.1.6.1 水杨醛与β-酮酯发生的多米诺的Knoevenagel/intramoleculartransesterification反应  58-59
      3.1.6.2. 5-甲氧基水杨醛与β-酮酯发生的多米诺的Knoevenagel/intramolecular transesterification反应  59-60
      3.1.6.3. 5-氯水杨醛与β-酮酯发生的多米诺的Knoevenagel/intramoleculartransesterification反应  60-61
      3.1.6.4 5-硝基水杨醛与β-酮酯发生的多米诺的Knoevenagel/intramoleculartransesterification反应  61-62
      3.1.6.5 2-羟基-1-萘醛与β-酮酯发生的多米诺的Knoevenagel/intramoleculartransesterification反应  62
      3.1.6.6 3-甲氧基水杨醛与β-酮酯发生的多米诺的Knoevenagel/intramolecular transesterification反应  62-64
      3.1.6.7 4-甲氧基水杨醛与β-酮酯发生的多米诺的Knoevenagel/intramolecular transesterification反应  64-65
    3.1.7 酶E活性中心催化多米诺的Knoevenagel/intramoleculartransesterification反应验证  65-66
    3.1.8 结论  66-67
      3.1.8.1 醛的电子效应的影响  66
      3.1.8.2 醛的空间位阻的影响  66-67
      3.1.8.3 β-酮酸酯活性的影响  67
  3.2 实验部分  67-72
    3.2.1 实验试剂和仪器  67
    3.2.2 2H-1-苯并吡喃-2-酮衍生物的合成原理与步骤  67-69
      3.2.2.1 溶剂优化试验步骤  68
      3.2.2.2 含水量优化试验步骤  68
      3.2.2.3 温度优化试验步骤  68
      3.2.2.4 投料比优化试验步骤  68-69
      3.2.2.5 优化后酶E催化Knoevenagel/intramolecular transesterification多米诺反应的实验步骤  69
    3.2.3 试验数据  69-72
参考文献  72-76
附录1:部分样品图谱  76-92
附录2:学校期间发表的文章  92-94
致谢  94

酶催化的多米诺反应合成2H-1-苯并吡喃-2-酮衍生物

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