酶催化的串聯(lián)Bis-Michael和水中無催化劑合成螺環(huán)氧化吲哚類化合物的綠色合成方法研究.pdf

1、綠色化學(xué)又被稱為環(huán)境友好化學(xué)，清潔化學(xué)，無害化學(xué)，即用化學(xué)的方法去停止或者減少對人類的生存環(huán)境，身心健康等有害的原料，催化劑，試劑，溶劑等的生產(chǎn)和使用，把污染扼殺在搖籃之中。所以綠色化學(xué)是一種治本，治根的對策，一直以來都是化學(xué)學(xué)科的前沿科學(xué)之一。
　　酶是生物體內(nèi)高效專一的綠色催化劑，自從Klibanov發(fā)現(xiàn)酶可以在有機(jī)溶劑中保持活性以來其在有機(jī)合成領(lǐng)域就越來越得到化學(xué)家們的重視。在有機(jī)合成過程中所使用的酶一般都是通過商業(yè)途徑所購

2、得，而酶在工廠化生產(chǎn)和制備過程中會添加各種鹽及其他添加劑來保持酶的穩(wěn)定性，但同時也影響了酶的純度。因此，我們嘗試著對酶進(jìn)行重組表達(dá)。在本論文的第二章我們對豬胃蛋白酶在pET28a中進(jìn)行了嘗試性的重組和表達(dá)純化。通過對包括不同破碎方法等各種的嘗試最終得到了純的豬胃蛋白酶原。但是測試發(fā)現(xiàn)，所得的豬胃蛋白酶幾乎沒有活性，所以進(jìn)一步的方法改進(jìn)尚在進(jìn)行中。
　　酶能夠催化其非天然底物發(fā)生反應(yīng)的能力叫做酶的催化多功能性。酶在有機(jī)溶劑中不僅能夠

3、很好的催化有機(jī)反應(yīng)，而且還展現(xiàn)出了如高的立體選擇性，廣泛的底物適應(yīng)性，溫和的反應(yīng)條件等優(yōu)異的特性。如今，越來越多的研究證明酶的催化多功能性并不是單純的個例，而是一種普遍存在的現(xiàn)象。目前酶的催化多功能性已經(jīng)在aldol反應(yīng)，Michael反應(yīng)，Mannich反應(yīng)，Henry反應(yīng)，Biginelli反應(yīng)等多種反應(yīng)中取得相當(dāng)不錯的研究進(jìn)展。含季碳中心的化合物因為具有特殊的立體化學(xué)和生物學(xué)活性，所以一直是一個很熱門的研究方向，雖然在季碳中心的合

4、成方面已經(jīng)有了一些很不錯的方法，但是有些在其合成過程中使用的催化劑，溶劑等不符合綠色化學(xué)的要求，所以探究安全，環(huán)境友好的生物催化劑來催化Bis-Michael加成以構(gòu)建季碳中心仍有必要。本論文第三章我們研究了淀粉葡糖苷酶催化的Bis-Michael反應(yīng)形成季碳中心化合物，通過對溶劑、含水量、底物投料比、時間、溶劑總體積、酶量和溫度等條件優(yōu)化后進(jìn)行底物普適性研究，含有不同取代基的底物均能夠順利地參與到反應(yīng)中，我們得到了12個目標(biāo)產(chǎn)物，收率

5、最高達(dá)到了92%，非對映選擇性高達(dá)99：1，通過單晶X射線確定了產(chǎn)物的構(gòu)型，在整個反應(yīng)過程中所有獲得的產(chǎn)物均是反式環(huán)己酮衍生物（通過1H NMR測定）。同時我們也進(jìn)一步實施了對照實驗，在此基礎(chǔ)上提出了可能的反應(yīng)機(jī)理。
　　在水介質(zhì)中無催化劑的反應(yīng)一直以來都是化學(xué)家們關(guān)注的對象，水作為反應(yīng)溶劑的一種，具有廉價易得，綠色環(huán)保和可持續(xù)的優(yōu)點。在本論文第四章我們就研究了在SDS和水形成的膠束中自發(fā)的Knoevenagel/環(huán)化反應(yīng)合成螺環(huán)

6、氧化吲哚類化合物，在對溶劑，溫度，反應(yīng)時間及SDS用量等條件優(yōu)化后我們對底物的適應(yīng)性進(jìn)行了研究，不同類型的底物均能夠很好的參加到反應(yīng)中去，我們得到了13個目標(biāo)產(chǎn)物，收率最高達(dá)到94%。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合文獻(xiàn)我們同時提出了可能的反應(yīng)機(jī)理。
　　脯氨酸及其衍生物作為天然的有機(jī)小分子催化劑與其他的催化劑相比有著自己獨特的優(yōu)勢：無毒無害，不含金屬離子，對環(huán)境沒有危害，價格低廉易得到，穩(wěn)定性好等。在最后一章我們探究了脯氨酸和血晶素共同作用下的