路易斯酸堿催化的環(huán)加成、酮還原反應和蛋白酶體與肽反應的理論研究

1、A d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e d t oZ h e n g z h o u U n i v e r s i t yf o r t h ed e g r e e o f D o c t o rT h e o r e t i c a l S t u d y o n t h e C y c l o a d d i t i o n ，R e d u c t i o no fK e t o n

2、e P r o m o t e d b y L e w i s A c i d ／B a s e a n d t h e R e a c t i o n sb e t w e e n P r o t e a s o m e a n d P e p t i d e sB y D o n g h u i W e iS u p e r v i s o r ：P r o f ．M i n g s h e n g T a n gP h y s i

3、 c a l C h e m i s t r yT h e C o l l e g e o f C h e m i s t r y a n dM o l e c u l a r E n g i n e e r i n gJ u l y , 2 0 1 2 ，中文摘要中文摘要當今有機小分子催化( o r g a n o c a t a l y s i s ) 和酶催化反應的機理研究是理論化學領域的兩大重要組成部分。除去酶體系內的靜電環(huán)境和

4、氫鍵等作用，而只比較酶參與反應的幾個活性殘基的話，酶與有機小分子催化劑在化學反應中的作用并無不同。在不含過渡金屬元素的催化反應體系( 包括有機小分子催化和非金屬酶催化) ，催化劑可以被歸為四大類：即路易斯酸、路易斯堿、質子酸和質子堿。本論文從有機小分子催化和酶催化反應的理論研究中求同存異，首先按照催化劑在反應中所起的作用，對五個有機小分子催化反應進行分類并闡述其反應機理，隨后對一個重要的蛋白質降解酶( 蛋白酶體) 與肽的反應進行了理論研

5、究，發(fā)現(xiàn)參與反應的蛋白酶體的蘇氨酸殘基( T h r l ) 其實也是一個路易斯堿，這項研究為以后設計有機小分子催化劑來取代蛋白酶體提供了理論依據。本論文的第一章主要介紹有機小分子催化反應體系和酶反應體系的計算方法，并說明了有機小分子催化與非金屬酶催化反應的本質并無不同，因此可以在催化的機制上對它們進行類比，為以后借鑒酶催化來設計有機小分子催化劑提供了一條捷徑。本論文的第二至四章用密度泛函理論( D F T ) 的計算方法對五個有機小分

6、子催化反應做了深入的理論研究。1 ．路易斯酸三氟化硼( B F 3 ) 催化的烯酮．酮[ 2 + 2 + 2 1 環(huán)加成生成戊二酸酐的反應。本章用密度泛函理論方法研究了該反應的三條可能反應路徑，包括～條不含催化劑的反應路徑( 路徑一) 和兩條路易斯酸B F 3 催化的反應路徑( 路徑二和三) 。計算結果表明其中的一條催化反應路徑( 路徑二) 在這三條反應路徑中是能壘最低的，所以它應該是主要反應路徑。據我們所知，路易斯酸可以降低酮．烯酮[

7、 2 + 2 ] 環(huán)加成反應能壘的原N N 現(xiàn)在也沒有定論，為了弄清這一疑問，我們用了前線分子軌道( F M O ) 理論分析來解釋路易斯酸B F 3 到底是怎么使該反應更容易進行的。分析結果表明，除了前線軌道的對稱性和能隙的大小之外，前線分子軌道之間的重疊方式對環(huán)加成反應的能壘高低也有很強的影響。2 ．N H C 不對稱催化烯酮和N = N 雙鍵化合物的『2 + 2 ] 環(huán)加成反應。這種不對稱催化合成氮雜．B ．內酰胺反應的e e (