C-S键合成与选择性的调控方法研究

论文摘要

绿色合成方法的研究与发展是近十年化学合成的新热点。酶以及离子液体催化或者在无溶剂条件下进行的高选择性有机反应是绿色合成的重要途径。近年来酶催化、无溶剂、离子液体催化等方法的研究及其在合成结构新颖且具有生物活性的化合物中取得了重要成果,拓展了有机合成的应用,激发了人们探索绿色有机合成的新途径及其串联方法的研究的兴趣。论文发现了CAL-B酶催化形成C-S键的anti-Markovnikov加成反应的性质。主要研究了CAL-B酶催化脂肪酸乙烯酯与苄基硫醇等硫醇的anti-Markovnikov加成反应,通过无酶、失活酶、牛血清蛋白及活性位点抑制酶等实验表明anti-Markovnikov加成是CAL-B酶活性中心的催化行为。论文以anti-Markovnikov加成原理和脂肪酶的天然催化机理为基础,对脂肪酶催化的anti-Markovnikov加成的催化机理进行了研究和验证。论文选择了不同结构的羧酸乙烯酯与苄基硫醇等硫醇类化合物作为CAL-B酶催化加成的底物,合成了一系列β-酯基硫醚类化合物。论文研究了酶催化乙烯酯和硫醇反应的选择性调控方法。研究了乙烯酯和硫醇分子结构对anti-Markovnikov加成反应的影响。随脂肪酸乙烯酯链长的增加,乙烯酯反应活性降低。在50℃时商用的CAL-B酶具有较高的催化活性,得到的anti-Markovnikov和Markovnikov加合物都有较高的产率。并且,通过酶和有机介质的不同组合可以选择性的调控乙烯酯和硫醇之间Markovnikov加成（CAL-B+异丙醚）和anti-Markovnikov（CAL-B+二甲基甲酰胺）加成以及酰化反应。在CAL-B催化下,在二甲基甲酰胺溶剂中能够高选择性地发生酰化反应得到硫脂。同时考察了酶源、反应溶剂、反应温度、反应时间等各种因素对反应的产率以及选择性的影响。反应具有条件温和、选择性好、产率高等特点。论文研究了在无溶剂、无催化剂的条件下乙烯醚和硫醇之间的anti-Markovnikov加成反应,建立了一个快速简便高效的绿色合成方法,合成了一系列β-烷氧基硫醚类衍生物。论文发现了碱性离子液体[bmim]OH催化C-S键Michael加成反应的新活性。考察了硫醇以及α,β-不饱和羰基化合物的结构、反应条件等因素对反应的影响。反应在室温条件下进行,在2-20分钟内可以取得良好的收益率,离子液体也可以循环回收利用。建立了[bmim]OH常温快速催化C-S键Michael加成新方法,并提出了催化机理。论文研究了多步串联方法的新途径。使用碱性离子液体[bmim]OH催化Michael加成和酰化反应的串联方法,一锅法合成一系列七元内酯、内酰胺硫杂环化合物。考察了反应条件、底物的结构对串联反应的影响。论文合成了68种化合物,其中28种anti-Markovniov加成产物、6种Markovniov加成产物、4种酰化产物、24种Michael加成产物、6种苯并杂环产物,产物经1H-NMR、13C-NMR、FTIR、ESI-MS等手段表征分析和验证,其中36种为新化合物。

论文目录

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 酶催化在有机合成中的应用

1.2 无溶剂技术在有机合成中的应用

1.3 离子液体在有机合成中的应用

1.4 本论文的研究目的与内容

参考文献

第二章新型含硫化合物合成方法与催化技术研究进展

2.1 硫醇的合成

2.2 硫醚类化合物的合成

2.2.1 金属催化硫醚类化合物的合成

2.2.2 自由基法合成硫醚类化合物

2.2.3 酸催化硫醚类化合物的合成

2.2.4 离子液体催化硫醚类化合物的合成

2.2.5 酶催化硫醚类化合物的合成

2.2.6 有机小分子催化硫醚类化合物的合成

2.2.7 水分子催化硫醚类化合物的合成

2.3 硫杂环化合物的合成

2.4 硫酯的合成

2.5 连硫化合物的合成

2.6 亚砜的合成

2.7 磺酸的合成

参考文献

第三章基于乙烯酯的酶催化C-S键合成和选择性调控

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂

3.2.2 实验仪器与方法

3.2.3 脂肪酸乙烯酯的制备

3.2.4 酶催化C-S键形成的反应

3.2.5 合成化合物的表征数据

3.3 CAL-B酶催化形成C-S键的anti-Markovnikov加成反应

3.3.1 醋酸乙烯酯和苄基硫醇的anti-Markovnikov加成反应

3.3.2 CAL-B酶催化anti-Markovnikov加成活性的验证

3.3.3 CAL-B酶催化anti-Markovnikov加成的影响因素

3.4 CAL-B酶的循环利用

3.5 CAL-B酶催化的机理

3.6 酶催化乙烯酯和硫醇形成C-S键的选择性调控

3.6.1 醋酸乙烯酯和苄基硫醇anti-Markovnikov加成反应的选择性

3.6.2 醋酸乙烯酯和苄基硫醇Markovnikov加成反应的选择性

3.6.3 醋酸乙烯酯和苄基硫醇酰基化反应的选择性

3.6.4 酶源影响醋酸乙烯酯和苄基硫醇反应的化学选择性

3.6.5 介质影响醋酸乙烯酯和苄基硫醇反应的位置选择性

3.6.6 底物结构对anti-Markovnikov加成反应选择性的影响

3.6.7 底物结构对Markovnikov加成反应选择性的影响

3.6.8 影响乙烯酯和硫醇酰化反应选择性的因素

3.7 小结

参考文献

第四章基于乙烯醚的免催化C-S键合成与选择性调控

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验试剂

4.2.2 实验仪器及方法

4.2.3 免催化C-S键合成的反应

4.2.4 合成化合物的表征数据

4.3 乙烯醚和硫醇免催化anti-Markovnikov加成反应

4.3.1 乙基乙烯醚和苄基硫醇anti-Markovnikov加成反应

4.3.2 介质对anti-Markovnikov反应的影响

4.3.3 温度对anti-Markovnikov反应的影响

4.3.4 底物结构对anti-Markovnikov加成反应的影响

4.4 乙烯醚和硫醇加成反应的选择性调控

4.4.1 丁基乙烯醚和苄基硫醇选择性anti-Markovnikov加成反应

4.4.2 温度对乙烯醚和硫醇反应的选择性的影响

4.4.3 摩尔比对乙烯醚和硫醇反应选择性的影响

4.4.4 丁基乙烯醚和苄基硫醇选择性Markovnikov加成反应

4.4.5 乙烯醚和其它硫醇的选择性的Markovnikov加成反应

4.5 乙烯醚和硫醇加成的放大实验

4.6 乙烯醚和硫醇加成反应的机理

4.7 小结

参考文献

第五章基于丙烯酸酯的碱性离子液体催化C-S键合成与选择性调控

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 实验试剂

5.2.2 实验仪器及方法

5.2.3 碱性离子液体催化硫醇的Michael加成反应

5.2.4 合成化合物的表征数据

5.3 离子液体的制备

5.4 碱性离子液体催化丙烯酸酯和硫醇的Michael加成反应

5.4 1 丙烯酸酯和苄基硫醇的Michael加成反应

5.4.2 反应条件对Michael加成反应的影响

5.4.3 底物结构对Michael加成反应的影响

5.5 碱性离子液体的回收利用

5.6 碱性离子液体催化Michael加成反应的机理

5.7 丙烯酸乙烯酯和硫醇的选择性Michael反应

5.7.1 甲基丙烯酸乙烯酯和苯硫酚的选择性Michael反应

5.7.2 底物结构对丙烯酸乙烯酯和硫醇Michael加成的影响

5.8 丙烯酸乙烯酯与带亲核性基团的硫醇直链加成反应

5.8.1 甲基丙烯酸乙烯酯和邻氨基苯硫酚直链加成

5.8.2 丙烯酸乙烯酯和其它带亲核性基团的硫醇直链加成

5.9 丙烯酸乙烯酯与带亲核基团的硫醇的成环反应

5.9.1 甲基丙烯酸乙烯酯和巯基乙醇的成环反应

5.9.2 甲基丙烯酸乙烯酯和巯基乙醇的成环反应的时间影响

5.9.3 甲基丙烯酸乙烯酯和巯基乙醇的成环反应的介质影响

5.9.4 底物结构对成环反应的影响

5.10 小结

参考文献

第六章总结

附图

攻读博士学位期间的论文

致谢

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