有機(jī)催化及均相金催化策略在新型潛香物質(zhì)合成中的應(yīng)用研究.pdf

1、香料的合成是精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)的一個(gè)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(jìng)爭(zhēng)力的主要標(biāo)志。本論文立足于研究新的有機(jī)化學(xué)合成方法，設(shè)計(jì)、合成新的具有青香、木香和花香型的香料分子，進(jìn)行香味評(píng)估和篩選，并研究氣味與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，發(fā)展香料合成的新方法。
　　有機(jī)催化和均相金催化是當(dāng)今兩個(gè)最活躍的化學(xué)研究領(lǐng)域之一。相應(yīng)有機(jī)合成方法學(xué)的研究成果已經(jīng)成功地應(yīng)用于復(fù)雜天然產(chǎn)物合成和藥物合成。人們對(duì)這兩個(gè)領(lǐng)域方法學(xué)

2、的不斷拓展和重要機(jī)理的理論研究使其逐漸成為重要的有機(jī)合成工具，并引起了工業(yè)界的廣泛重視。人們進(jìn)行科學(xué)研究的目的在于探索自然和科學(xué)的奧秘，改善人類的生活，保護(hù)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(jī)催化多組分串聯(lián)反應(yīng)和新型均相金催化homo-Rautenstrauch重排反應(yīng)合成潛香新分子，探索有機(jī)催化和金催化在香料工業(yè)界的應(yīng)用，并分別對(duì)反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)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(xué)的研究概況；然后，我們從有機(jī)催化和多組分串聯(lián)反應(yīng)兩方面分別介紹了相應(yīng)領(lǐng)域的研究背景，并分析了有機(jī)催化多組分串聯(lián)反應(yīng)的合成策略，介紹了其在天然產(chǎn)物全合成等各個(gè)方面的應(yīng)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(diǎn)并列舉了其在復(fù)雜天然產(chǎn)物全合成中的應(yīng)用。
　　二、有機(jī)小分子催化的多組分串聯(lián)反應(yīng)由于兼具了有機(jī)催化和多組分串聯(lián)的共同點(diǎn)，已經(jīng)成為高效多樣性導(dǎo)向合成構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)有機(jī)分子化合物庫(kù)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(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行篩選，創(chuàng)建了一個(gè)新穎的有機(jī)催化僅α-亞甲基化/Diels-Alder環(huán)加成串聯(lián)反應(yīng)。該串聯(lián)反應(yīng)以簡(jiǎn)單的α，β-不飽和醛47，1，3-二烯44和甲醛為原料，通過對(duì)催化劑進(jìn)行篩選和反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，成功實(shí)現(xiàn)了二烯44在反應(yīng)體系中捕獲原位生成的2-甲酰基-1，3-二烯43發(fā)生交叉D-A反應(yīng)，高選擇性的合成取代的環(huán)己烯醛類化合物41和42。對(duì)于富電子非環(huán)狀的二烯體44a-b，反應(yīng)可以以較高的產(chǎn)率選

5、擇性地得到endo構(gòu)型為主的D-A反應(yīng)產(chǎn)物41；對(duì)于富電子環(huán)戊二烯44c-d，反應(yīng)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(jī)理研究表明其很可能是通過一個(gè)D-A反應(yīng)/Cope重排的串聯(lián)反應(yīng)來進(jìn)行的；當(dāng)沒有二烯存在的條件下，使用檸檬醛47f為原料進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，我們還實(shí)現(xiàn)了一個(gè)α-亞甲基化/分子內(nèi)烯反應(yīng)的串聯(lián)反應(yīng)。當(dāng)我們?cè)噲D將反應(yīng)拓展到二氫呋喃和二氫吡喃時(shí)，實(shí)驗(yàn)的意外結(jié)果使我們成功地將該反應(yīng)策略拓展用于一個(gè)有機(jī)催化的四組分水

6、解/α-亞甲基化/D-A串聯(lián)反應(yīng)制備螺環(huán)半縮醛72，該反應(yīng)對(duì)于非環(huán)狀的二烯是以endo選擇性為主，而對(duì)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(yīng)得到的螺環(huán)半縮醛72經(jīng)過簡(jiǎn)單的化學(xué)轉(zhuǎn)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(jī)小分子催化的多組分串聯(lián)反應(yīng)不需要額外的有機(jī)溶劑，在甲醛的水溶液中進(jìn)行，具有一定“綠色化學(xué)”的特點(diǎn)；反應(yīng)的底物非常簡(jiǎn)單易得，適用范圍廣，具有

7、潛在的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
　　三、論文的第三章，我們研究了均相金催化homo-Rautenstrauch重排反應(yīng)。該金催化重排反應(yīng)具有高效、快速且反應(yīng)條件溫和的特點(diǎn)，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(xué)活性底物并用于研究手性轉(zhuǎn)移。通過對(duì)反應(yīng)的條件進(jìn)行篩選，實(shí)現(xiàn)了手性信息幾乎完全地轉(zhuǎn)移，合成了光學(xué)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(duì)構(gòu)型通過Raman光學(xué)

8、活性光譜進(jìn)行了測(cè)定。新化合物的結(jié)構(gòu)還通過IR、NMR、GC-MS和HRMS等方法進(jìn)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(jī)合成工具。與此對(duì)應(yīng)的是，均相金催化的反應(yīng)機(jī)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(guān)于“非經(jīng)典碳正離子”問題爭(zhēng)論的歷史，以及最近對(duì)于有機(jī)金中間體是“金卡賓”還是“金穩(wěn)定碳正離子”的爭(zhēng)論，結(jié)合機(jī)理研究特別是手性轉(zhuǎn)移的結(jié)果，對(duì)反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了討論。光學(xué)活性底物的手性轉(zhuǎn)移結(jié)果表明，該反應(yīng)在機(jī)

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(jié)構(gòu)與香氣之間的關(guān)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(jié)構(gòu)特征。所以，我們將上述合成的目標(biāo)新分子，在進(jìn)一步進(jìn)行蒸餾提純?yōu)樾嵊X純后，由專業(yè)的調(diào)香師進(jìn)行了香味評(píng)估。評(píng)香結(jié)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