基本信息
- 项目名称：
- 多组分一锅法合成氨基膦酸酯和四氢苯并吡喃化合物
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本研究将有机小分子放在一锅中反应，通过选择合适的催化剂和反应条件，合成了结构复杂的具有生物活性的两类化合物氨基膦酸酯和四氢苯并吡喃化合物上述反应均具有操作简便、成本低廉、反应适用范围广、收率高以及环境友好等特点。催化剂可重复使用，基本无污染物排放，符合环保和产业化的要求。
- 详细介绍：
- 本研究将有机小分子放在一锅中反应，通过选择合适的催化剂和反应条件，合成了结构复杂的具有生物活性的两类化合物氨基膦酸酯和四氢苯并吡喃化合物：1) 制备了一种可以生物降解的固体酸催化剂—黄原胶磺酸，以黄原胶磺酸作催化剂在无溶剂条件下，羰基化合物、胺与亚磷酸酯在一锅中反应，合成了一系列氨基膦酸酯，催化剂可以重复使用；2) 以芳香醛、丙二睛和1,3-环己二酮为原料，用溴化锂作催化剂，一锅反应合成了四氢苯并吡喃衍生物，副产物仅为水，符合原子经济性的要求，反应在水溶液中进行，反应完后过滤产物，水和催化剂可重复使用，基本无污染物排放，符合环保和产业化的要求。上述反应均具有操作简便、成本低廉、反应适用范围广、收率高以及环境友好等特点，合成了50多个化合物，这些化合物经红外、核磁、质谱和元素分析确证了它们的结构。本方法具有选择性高、杂质少、中间产物不用分离等特点，为高效合成结构复杂的化合物提供了一个重要的途径，在有机和药物合成上具有重要的理论和实际应用价值。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本作品基于多组分一锅法反应具有降低能量消耗、节省时间、减少分离和纯化步骤、提高产品产率和改善反应选择性和环境友好等特点，结合绿色化学技术，通过多组分一锅反应合成了具有生理活性的氨基膦酸酯和四氢苯并吡喃两类化合物。上述反应均具有操作简便、成本低廉、反应适用范围广、收率高等特点。
科学性、先进性及独特之处
- 本项目利用多组分反应合成了两类具有生理活性的化合物，反应均具有绿色合成化学的一系列优点：即快速、反应条件温和、产率高、副产物少、原子经济性高、操作简洁、用水或不用溶剂、成本低廉、催化剂能回收重复使用以及环境友好等特点。
应用价值和现实意义
- 该作品将有机小分子放在一锅中反应，通过选择合适的催化剂和反应条件，合成了结构复杂的具有生物活性的两类化合物，这些方法具有选择性高、杂质少、中间产物不用分离等特点，为高效合成结构复杂的化合物提供了一个重要的途径，在有机和药物合成上具有重要的理论和实际应用价值。
学术论文摘要
- 该作品利用绿色化学技术合成了两类生物活性的化合物： 1) 制备了一种可以生物降解的固体酸催化剂—黄原胶磺酸，以黄原胶磺酸作催化剂在无溶剂条件下，羰基化合物、胺与亚磷酸酯在一锅中反应，合成了一系列氨基膦酸酯，催化剂可以重复使用。 2) 以芳香醛、丙二睛和1,3-环己二酮为原料，用溴化锂作催化剂，一锅反应合成了四氢苯并吡喃衍生物，副产物仅为水，符合原子经济性的要求，反应在水溶液中进行，反应完后过滤产物，水和催化剂可重复使用，基本无污染物排放，符合环保和产业化的要求。 上述反应均具有操作简便、成本低廉、反应适用范围广、收率高以及环境友好等特点，合成了50多个化合物，这些化合物经红外、核磁、质谱和元素分析确证了它们的结构。
获奖情况
- 发表论文2篇： 1) 孙同学等，Xanthan sulfuric acid as an efficient biodegradable and recyclable catalyst for the one-pot synthesis of α-amino phosphonates. Journal of the Chinese Chemical Society, 2010, 57 (6), 1315-1320； 2) 孙同学等，Lithium bromide as a mild, efficient and recyclable catalyst for the one-pot synthesis of tetrahydro-4H-chromene derivatives in aqueous media. Synthetic Communications, 2010, 40 (4), 587-594. 本作品荣获“挑战杯”校级特等奖； “挑战杯”省级一等奖。
鉴定结果
- 上述成果以论文形式发表，已被科学引文索引(SCI)收录。
参考文献
- 多组分反应参见：a) Ganem, B. Strategies for innovation in multicomponent reaction design. Acc. Chem. Res., 2009, 42, 463-472. b) Jiang, B.; Rajale, T.; Wever, W.; et al. Muliticomponent reactions for the synthesis of heterocycles. Chem. Asian. J., 2010, 5, 2318-2335. 氨基膦酸酯的合成可参见： Orsini, F.; Sello, G.; Sisti, M. Aminophosphonic acids and derivatives. synthesis and biological applications. Curr. Med. Chem., 2010, 17, 264-289. 四氢苯并吡喃的合成可参见：Dong, Z. H.; Liu, X. H.; Feng, J. et al. Efficient asymmetric synthesis of 4H-chromene derivatives through a tandem Michael addition-cyclization reaction catalyzed by a salen-cobalt(II) complex. Eur. J. Org. Chem., 2011, 137-142.
同类课题研究水平概述
- 氨基膦酸酯和四氢苯并吡喃等化合物均具有广泛的生理活性，氨基膦酸酯是α-氨基酸和拟肽水解中间产物的结构类似物，可用于酶抑制剂、抗肿瘤、抑菌、模拟肽及催化半抗原成为抗体等[1]。合成氨基膦酸酯的常用方法有Mannich型合成法等，由碱金属醇或Lewis酸催化亚磷酸酯与亚胺的亲核加成反应是最主要的方法。而以往报道的此类方法并不能由羰基化合物、胺及亚磷酸酯一步反应完成，有报道在反应体系中添加干燥剂能够得到较好的效果[2]。但是这些方法还需要用到有害的溶剂[3]。Kaupp等人报道了合成四氢苯并吡喃的新方法,其反应有它的缺点[4]。Hekmatshoar等以硒酸钠为催化剂, 在乙醇溶剂中合成了苯并吡喃衍生物[5]；Zhao等以碱性季铵盐为催化剂也合成了该类化合物[6]，这些传统的方法一般反应时间较长。本项目通过一锅反应合成了四氢苯并吡喃衍生物，反应在水溶液中进行，反应完后过滤产物，水和催化剂可重复使用，符合环保和产业化的要求；采用水作为绿色溶剂或在无溶剂条件使不同的三个化合物在一锅中进行，中间产物不用分离，黄原胶磺酸和溴化锂催化剂均能重复使用，黄原胶磺酸还易于生物降解，符合绿色化学的要求。与国内外相关工作比较，更具高效、简捷、原子经济性高和副产物少的特点，大大简化了工艺，体现了很好的技巧性和创新性。 [1] Naydenova, E. D etc. Amino Acids 2010, 38 (1), 23-30. [2] Orsini, F etc. Current Medicinal Chemistry 2010, 17 (3), 264-289. [3] Shinde, P. V etc. etrahedron Letters 2011, 52 (22), 2889-2892. [4] Kaupp, G etc. Tetrahedron 2003, 59 (21), 3753-3760. [5] Hekmatshoar, R etc. Catalysis Communications 2008, 9 (2), 307-310. [6] Zhao, L. Q etc. Chinese Journal of Organic Chemistry 2010, 30 (1), 124-127.
