手性天然氨基酸衍生α-重氮膦酸酯的制备及其氢化反应

摘要

选择性C-H键官能团化是近年来有机化学的研究热点，此类反应为合成很多天然产物、药物分子以及生物活性分子提供了便捷有效的手段。重氮化合物是一类非常重要而且常用的卡宾前体，其反应活性较高，在光照、加热或过渡金属催化下会脱除一分子氮气产生相应的自由卡宾或金属卡宾，进而发生一系列的化学转换，例如：环化反应，X-H（X=C, N, O, S, Si等）键插入反应，1,2-氢迁移反应，基于叶立德形成的反应等，从而非常有效地构建出各种复杂结构的化合物分子。近年来，对α-重氮碳酸酯的反应性质研究较为透彻，然而对于α-重氮膦酸酯的研究则相对匮乏。众所周知，磷元素在生命活动过程中起着十分重要的作用，有机磷化合物具有广泛的药物和生物活性，β-氨基膦酸作为β-氨基酸的含磷类似物，研究者发现其具有抗病毒、抗菌、植物生长调节活性、除草以及酶抑制等活性，引起了科学家广泛的研究兴趣，因此对于这类化合物的合成成为研究热点。
　　为了有效合成β-氨基膦酸类化合物，探讨新的合成方法以及合成结构更加新颖的β-氨基膦酸衍生物，本文作者以天然氨基酸为起始原料，合成了一系列结构新颖的α-重氮膦酸酯，利用重氮化合物的特有反应实现结构新颖β-氨基膦酸衍生物的合成。主要开展了以下研究工作：
　　1.以不同的手性天然氨基酸为起始原料，经过五步或六步反应合成了14个α-重氮膦酸酯类化合物（2a-2n），进一步在5％Pd-C催化下通过氢化还原反应得到14个β-氨基膦酸酯（3a-3n），通过1H NMR、13C NMR、31P NMR、高分辨质谱和质谱对28个化合物进行了表征。
　　2.通过旋光度的测定，计算出28个化合物的比旋光度值，其中，不论手性氨基酸的旋光性为左旋还是右旋，所得化合物α-重氮膦酸酯的旋光性均为左旋；而β-氨基膦酸酯类化合物的旋光性和初始原料手性天然氨基酸的旋光性保持一致。
　　3.β-氨基膦酸酯的较佳合成条件为以异丙醇为溶剂，催化剂5％Pd-C的用量为20％mol，添加剂冰乙酸的加入量为60％mol，氢气环境下室温反应2h。
　　4.在β-氨基膦酸酯类化合物ee值探索实验中发现L-丙氨酸衍生的β-氨基膦酸二乙酯的ee值为94.5％。

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第一章 文献综述

1.1 卡宾的化学概述

1.1.1 卡宾的化学分类

1.1.2 卡宾前体

1.2 重氮化合物分解产生金属卡宾反应概述

1.2.1 催化分解重氮化合物产生金属卡宾的催化剂

1.2.3环丙烷化和环丙烯化反应

1.2.4 基于叶立德形成的化学转化

1.2.5 环化反应

1.2.6 偶联反应

1.2.7 1,2-氢迁移反应

1.2.8 重氮化学反应途径存在的不可预料性

1.3 立题思想

第二章 实验部分

2.1 试剂与仪器

2.1.1主要原料及试剂

2.1.2 仪器

2.2 一系列手性天然氨基酸衍生的α-重氮膦酸酯的制备

2.2.1 L-丙氨酸衍生的α-重氮膦酸二乙酯(2a)的合成（1）合成路线：

2.2.2 L-丙氨酸衍生的α-重氮膦酸二甲酯（2b）的合成

2.2.3 L-丙氨酸衍生的α-重氮膦酸二异丙酯(2c)的合成

2.2.4 L-丙氨酸衍生的α-重氮膦酸二正丁酯(2d)的合成（1）合成路线：

2.2.5 L-苯丙氨酸衍生的α-重氮膦酸二甲酯(2e)的合成

2.2.6 L-苯丙氨酸衍生的α-重氮膦酸二乙酯(2f)的合成

2.2.7 L-苯丙氨酸衍生的α-重氮膦酸二异丙酯(2g)的合成

2.2.8 L-苯丙氨酸衍生的α-重氮膦酸二正丁酯(2h)的合成

2.2.9 L-缬氨酸衍生的α-重氮膦酸二乙酯(2i)的合成

2.2.10 L-亮氨酸衍生的α-重氮膦酸二乙酯(2j)的合成

2.2.11 L-异亮氨酸衍生的α-重氮膦酸二乙酯(2k)的合成

2.2.12 L-酪氨酸衍生的α-重氮膦酸二乙酯(2l)的合成

2.2.13 L-甲硫氨酸衍生的α-重氮膦酸二乙酯(2m)的合成

2.2.14 L-赖氨酸衍生的α-重氮膦酸二乙酯(2n)的合成

2.3 一系列β-氨基膦酸酯的制备

2.3.1 L-丙氨酸衍生的β-氨基膦酸二乙酯（3a）的合成（1）合成路线：

2.3.2 L-丙氨酸衍生的β-氨基膦酸二甲酯（3b）的合成

2.3.3 L-丙氨酸衍生的β-氨基膦酸二异丙酯(3c)的合成

2.3.4 L-丙氨酸衍生的β-氨基膦酸二正丁酯(3d)的合成

2.3.5 L-苯丙氨酸衍生的β-氨基膦酸二乙酯(3e)的合成

2.3.6 L-苯丙氨酸衍生的β-氨基膦酸二甲酯(3f)的合成

2.3.7 L-苯丙氨酸衍生的β-氨基膦酸二异丙酯(3g)的合成

2.3.8 L-苯丙氨酸衍生的β-氨基膦酸二正丁酯(3h)的合成

2.3.9 L-缬氨酸衍生的β-氨基膦酸二乙酯(3i)的合成

2.3.10 L-亮氨酸衍生的β-氨基膦酸二乙酯(3j)的合成

2.3.11 L-异亮氨酸衍生的β-氨基膦酸二乙酯(3k)的合成

2.3.12 L-酪氨酸衍生的β-氨基膦酸二乙酯(3l)的合成

2.3.13 L-甲硫氨酸衍生的β-氨基膦酸二乙酯(3m)的合成

2.3.14 L-赖氨酸衍生的β-氨基膦酸二乙酯(3n)的合成

2.4 化合物旋光性表征

2.5β-氨基膦酸酯ee值的探索实验

第三章 结果与讨论

3.1α-重氮膦酸酯类化合物的合成

3.1.1α-重氮膦酸酯合成路线可行性研究

3.1.2α-重氮膦酸酯类化合物的表征

3.1.3α-重氮膦酸酯类化合物旋光性实验

3.2 系列β-氨基膦酸酯类化合物的合成

3.2.1β-氨基膦酸酯类化合物合成较佳条件的筛选

3.2.2β-氨基膦酸酯类化合物结构表征

3.2.3β-氨基膦酸酯类化合物旋光性研究

3.3β-氨基膦酸酯ee值探索实验

第四章 结论

参考文献

发表论文和科研情况

致谢

附录