有機催化及均相金催化策略在新型潛香物質(zhì)合成中的應用研究.pdf

1、香料的合成是精細有機合成化學的一個重要組成部分。能否掌握重要香料的研發(fā)和生產(chǎn)工藝，是香精香料行業(yè)企業(yè)核心競爭力的主要標志。本論文立足于研究新的有機化學合成方法，設計、合成新的具有青香、木香和花香型的香料分子，進行香味評估和篩選，并研究氣味與分子結構的關系，發(fā)展香料合成的新方法。
　　有機催化和均相金催化是當今兩個最活躍的化學研究領域之一。相應有機合成方法學的研究成果已經(jīng)成功地應用于復雜天然產(chǎn)物合成和藥物合成。人們對這兩個領域方法學

2、的不斷拓展和重要機理的理論研究使其逐漸成為重要的有機合成工具，并引起了工業(yè)界的廣泛重視。人們進行科學研究的目的在于探索自然和科學的奧秘，改善人類的生活，保護人類賴以生存的地球環(huán)境。本論文主要介紹了利用新型有機催化多組分串聯(lián)反應和新型均相金催化homo-Rautenstrauch重排反應合成潛香新分子，探索有機催化和金催化在香料工業(yè)界的應用，并分別對反應的機理進行了深入研究。主要內(nèi)容如下：
　　一、在論文的第一章，我們首先介紹了香料

3、化學的研究概況；然后，我們從有機催化和多組分串聯(lián)反應兩方面分別介紹了相應領域的研究背景，并分析了有機催化多組分串聯(lián)反應的合成策略，介紹了其在天然產(chǎn)物全合成等各個方面的應用；緊接著，我們介紹了均相金催化的背景，分析了均相金催化的特點并列舉了其在復雜天然產(chǎn)物全合成中的應用。
　　二、有機小分子催化的多組分串聯(lián)反應由于兼具了有機催化和多組分串聯(lián)的共同點，已經(jīng)成為高效多樣性導向合成構建復雜結構有機分子化合物庫和天然產(chǎn)物全合成中最理想的合成

4、策略之一。在論文的第二章，我們通過對反應條件進行篩選，創(chuàng)建了一個新穎的有機催化僅α-亞甲基化/Diels-Alder環(huán)加成串聯(lián)反應。該串聯(lián)反應以簡單的α，β-不飽和醛47，1，3-二烯44和甲醛為原料，通過對催化劑進行篩選和反應條件進行優(yōu)化，成功實現(xiàn)了二烯44在反應體系中捕獲原位生成的2-甲?；?1，3-二烯43發(fā)生交叉D-A反應，高選擇性的合成取代的環(huán)己烯醛類化合物41和42。對于富電子非環(huán)狀的二烯體44a-b，反應可以以較高的產(chǎn)率選

5、擇性地得到endo構型為主的D-A反應產(chǎn)物41；對于富電子環(huán)戊二烯44c-d，反應以中等的產(chǎn)率得到形式上是環(huán)戊二烯為親二烯體的D-A產(chǎn)物42，機理研究表明其很可能是通過一個D-A反應/Cope重排的串聯(lián)反應來進行的；當沒有二烯存在的條件下，使用檸檬醛47f為原料進行反應時，我們還實現(xiàn)了一個α-亞甲基化/分子內(nèi)烯反應的串聯(lián)反應。當我們試圖將反應拓展到二氫呋喃和二氫吡喃時，實驗的意外結果使我們成功地將該反應策略拓展用于一個有機催化的四組分水

6、解/α-亞甲基化/D-A串聯(lián)反應制備螺環(huán)半縮醛72，該反應對于非環(huán)狀的二烯是以endo選擇性為主，而對于環(huán)狀的二烯是以exo選擇性為主。該一鍋法策略可以很高效地合成螺環(huán)呋喃和螺環(huán)吡喃化合物，反應得到的螺環(huán)半縮醛72經(jīng)過簡單的化學轉化后，可以合成具有極品木香和龍涎香香氣的三環(huán)系化合物165和168。有機小分子催化的多組分串聯(lián)反應不需要額外的有機溶劑，在甲醛的水溶液中進行，具有一定“綠色化學”的特點；反應的底物非常簡單易得，適用范圍廣，具有

7、潛在的工業(yè)應用價值。
　　三、論文的第三章，我們研究了均相金催化homo-Rautenstrauch重排反應。該金催化重排反應具有高效、快速且反應條件溫和的特點，可以高效合成官能化的環(huán)己烯酮類化合物109和環(huán)戊烯基酮類化合物117。我們還合成了光學活性底物并用于研究手性轉移。通過對反應的條件進行篩選，實現(xiàn)了手性信息幾乎完全地轉移，合成了光學活性的環(huán)己烯酮(R)-118和甲基環(huán)戊烯基酮(R)-119；產(chǎn)物的絕對構型通過Raman光學

8、活性光譜進行了測定。新化合物的結構還通過IR、NMR、GC-MS和HRMS等方法進行了表征。均相金催化在近年來的快速發(fā)展使其已經(jīng)成為重要的有機合成工具。與此對應的是，均相金催化的反應機理，現(xiàn)在還處于發(fā)展的初期階段。我們回顧了四十年前人們關于“非經(jīng)典碳正離子”問題爭論的歷史，以及最近對于有機金中間體是“金卡賓”還是“金穩(wěn)定碳正離子”的爭論，結合機理研究特別是手性轉移的結果，對反應的機理進行了討論。光學活性底物的手性轉移結果表明，該反應在機

9、理上具有一定程度“非經(jīng)典碳正離子”中間體的性質(zhì)。在嘗試合成香芹酮的過程中，產(chǎn)物149和150的生成證明了“非經(jīng)典碳正離子”中間體的存在。
　　四、論文的第四章，我們研究了分子結構與香氣之間的關系。本論文研究工作中合成的許多新分子，與許多已知的香料具有非常相似的結構特征。所以，我們將上述合成的目標新分子，在進一步進行蒸餾提純?yōu)樾嵊X純后，由專業(yè)的調(diào)香師進行了香味評估。評香結果表明，本論文中合成的許多分子具有非常新穎的青香、草香和木香等