（有机化学专业论文）磷酰化氨基酸酯的研究及硫醚不对称催化氧化的研究.pdf

本论文工作包括两部分内容。 摘要 第一部分： 在生命科学中，磷和氨基酸占有重要地位。目前，在生命过程中还未发现 4 i 含磷的生命体。n 一磷酰化氨基酸及其酯是天然氨基酸的含磷类似物，它们 作为最小的酶分子模型，其台成与性能研究引起广泛重视，是近代杂原子化 学研究领域的热点之一，且该类化合物还具有抑菌、抗肿瘤、杀虫以及抗植 物病毒的活性。磷酰化氨基酸酯上与磷原子相连的两个烷氧基不同以及氨基 上取代基的4 i 同将导致生物活性的巨大差异，同时薄荷环也是一种具有多种 生物活性的环。综合二者的结构特点和生物活性，本论文采用亚硫酰氯作为 氯代试剂，首次合成了一系列含有薄荷环的磷酰化氨基酸酯，并经红外光谱、 高分辨质谱、核磁共振谱对其进行充分的表征，对其在磷谱和质谱裂解上一 些特征规律进行了分析和总结。 存一系列新合成的磷酰化氨基酸酯类化合物中，发现其中之一的化合物 0 异丙基o ( 2 - 异丙基5 甲基) 环己基磷酰化一d 苯丙氨酸甲酯可以用重结 晶的方法将一对非对映异构体进行拆分。 本论文初步探讨了这一系列化合物的抗菌与抗肿瘤生物活性，结果表明 化合物3 a 3 k ( 除3 d 外) 都具有较强的抗r a 5 ( 人b 蘸拳巴瘤细胞) 生物活性， 它们的i c 5 0 值分别为1 2 6 ，1 4 4 ，1 8 5 ，2 0 6 ，2 6 9 ，2 9 7 ，5 1 3 ，2 9 6 ，5 0 8 ， 2 9 6u g m l ，而且化合物( 3 a ，3 b ，3 1 ) 还具有一定的抗k b ( 人口腔上皮癌细 胞) 和h e p j i i ( 肝癌细胞) 的生物活性，其i c s o 值分别为2 3 8 ，2 2 5 ，1 9 2u g m l 和2 1 9 ，1 6 1 ，1 0 2u g m l 。我们发现其活性随着r 取代基团的增大而减小， 而日对于3 j 和3 k3 h 和3 i 两对磷酰化氨基酸酯，d 型的活性远高于l 一型的 活性，这都为寻找具有更高活性的含磷化合物指明了方向。 第二部分： 光学纯的亚砜化合物具有广泛面重要的应用价值，它的用途分为三种：一是 手性中间体和辅剂；二是手性配体和催化剂：三是手性药物，如e s o m e p r a z o l e 。 手性催化是合成4 i 对称硫醚氧化的重要手段。现在卅i 对称亚砜化反应的催化 剂体系主要有t i 酒石酸酯、t i b i n o l ，t i 、m n 、v 的s a l e n 络合物，v 、f e 的 s c h i f r 碱络合物。 本论文首次制得结构确切的氨基醇的钒s c h i f f 碱络合物并应用于催化硫醚 氧化反应。较系统地考察了反应中底物的结构、氧化剂用量、反应时间等因素对 产率和对映选择性的影响，寻找到简单、廉价的钒s c h i f f 碱络合物催化体系并取 得r 较好的结果( 对于苯甲硫醚的催化可达到9 9 e e 和 4 0 的产率) 。 关键词：磷酰胺类衍生物；生物活性；对映选择性硫醚氧化；钒s c h i f f 碱络合物 a b s t r a c t t h e r ea r et w op a r t si nt h i st h e s i s p a r t i ： p h o s p h o r y lc o m p o u n d sa n da m i n oa c i dp l a yc r u c i a lr o l e si nl i f ec h e m i s t r y , n - p h o s p h o r y la m i n oa c i da n dp h o s p h o r y la m i n oa c i de s t e r sa r ep h o s p h o r o u sa n a l o g s t h e s ek i n do fc o m p o u n d sa l s oh a v et h ea c t i v i t i e so fa n t i - b a c t e r i a l ，a n t i c a n c e r , p e s t i c i d a la n da n t i v i r u so f p l a n t s kw a se x p e c t e dt h a tt h ed i f f e r e n ta l k y l o x yg r o u p si n n 。p h o s p h o r y l a t e da m i n oa c i de s t e r sa n dd i f f e r e n ts u b s t i t u t eg r o u pi na m i n oa c i d s m i g h tc a u s ev a r i a t i o no nt h e i rb i o l o g i c a la c t i v i t y s i n c em i n ti sa c y c l i cc o m p o u n dw i t hm a n yk i n d so fb i o l o g i c a la c t i v i t y ，a s e r i e so fn - p h o s p h o r y l a t e da m i n oa c i de s t e r sc o n t a i n i n gt h em i n tr i n gw e r e s y n t h e s i z e d t h e i rs t r u c t u r e sw e r ec o n f i r m e db yi r ，1hn m r ，1 3 cn m r ，m s s p e c t r a i tw a sf o u n dt h a tt h e r ew e r es o m ec h a r a c t e r i s t i c sp r o p o t i e si nt h e i rm s a n d3 1 pn m r s p e c t r a i nt h i st h e s i s i ts h o w e dt h a tt h e s ee o m p o u n d s3 a 3 k ( e x p e c t3 d ) e x h i b i t e ds t r o n gc y t o t o x i c i t i e st o w a r d st h er a j ic e l l ( i c 5 0v a l u e s w a s1 2 6 ，1 4 ，4 ，1 8 5 ，2 0 6 ，2 6 9 ，2 9 ，7 ，5 1 3 ，2 9 ，6 ，5 0 ga n d2 9 6u g m l r e s p e c t i v e l y ) i na d d i t i o n ，s o m eo ft h e m ( 3 a ，3 b ，3 1 ) a l s os h o wm o d e r a t e c y t o t o x i c i t i e st o w a r d st h ek bc e l ll i n ew i t hi c 5 0v a l u e s1 4 4 u g m l ，1 2 6 u m la n d1 0 0u g m lr e s p e c t i v e l y ，a n dm o d e r a t ec y t o t o x i c i t i e st o w a r d st h e h e p j - i i c e l l ( i c 5 0v a l u e sw a s2 2 5u g m l ，2 3 8u g m l ，1 9 2u g m l ， r e s p e c t i v e l y ) i na d d i t i o n ，i tw a si n t e r e s t e dt of i n dt h a tt h ed i a s t e r e o m e r s ( r pa n ds p ) c o m p o u n d s2 - i s o p r o p o x y r 2 一i s o p r o p y l 一5 - m e t h y l c y c l o h e x y l o x y ) - p h o s p h o r y l - d - a m i n oa c i de s t e rc o u l db es e p a r a t e db yc r y s t a l l i z a t i o ni ne t o a ca n d c h 2 c 1 2 p a r t i i ： o p t i c a lp u r e s u l f o x i d e sh a v ei m p o r t a n t a p p l i c a t i o n t h e ya r eu s e da sc h i r a l i n t e r m e d i a t e s ，a u x i l i a r i e s ，c h i r a ll i g a n d s f o r c a t a l y s t sa n dc h i r nd r u g ss u c ha s e s o m e p r a z o l e c a t a l y t i ca s y m m e t r i co x i d a t i o no fs u l f i d e si st h eb e s tm o t h o df o rs y n t h e s i so f c h i r a ls u l f o x i d e sw i n lt h em e r i to fa t o m i ce c o n o m ya n dp r a c t i c e a l t h o u g hm a n y a d v a n c e sh a v eb e e na c h i e v e d ，m a n yc a t a l y s t sa r el i m i t e di n a l k y la r y l s u l f i d e s t h e r e f o r e ，n e wk i n d s o fs u b s t r a t e sn e e dt ob ed e v e l o p e d t h u s ，e n a n t i o s e l e c t i v e s u l f o x i d e c t i o ni sa ni m p o r t a n tp r o j e c tt ob ef u r t h e rs t u d i e d i nt h i st h e s i s t h es t r u c t u r e - d e f i n e da m i n oa l c o h o ld e r i v e dv a n a d i u ms c h i f fb a s e c o m p l e x e sw e r es y n t h e s i z e d a n de n a n t i o s e l e c t i v es u l f o x i d a t i o n k i n e t i cr e s o l u t i o n c a t a l y z e db yt h e s es i m p l e ，c h e a pv a n a d i u mc o m p l e x e sh n da c h i e v e db e t t e rr e s u l t s t h es u l f o x i d ep r e d o m i n a n ti nt h e ( s ) 一f o r mw a so b t a i n e du pt o9 9 e ea sw e l la s4 0 y i e l d k e y w o r d s ：p h o s p h o - a m i n a t e ；b i o l o g i c a la c t i v i t i e s ；e n a n t i o s e l e c t i v es u l f i d eo x i d a t i o n ； v a n a d i u ms c h i f f b a s ec o m p l e x e s 厦门大学硕，i ：学位论文 第一部分不对称磷酰化氨基酸及其酯的合成 及活性检测 第一章前言 在生命化学中，磷和氨基酸具有重要地位。目前，在生命过程中还未发现 不含磷的生命体。在人体中磷的含量大约占元素总量的1 ，占d n a 分子量的9 1 。 磷之所以是生命过程中的重要元素，是因为绝大多数酶的催化反应是以它们的 磷酰化和去磷酰化来调控的；生物体所需能量的基本储存单元a t p 参与了生命化 学过程中的几乎每一个反应，新陈代谢过程常以含磷衍生物为中间体而进行。而 氨基酸是与生命起源和生命活动密切相关的蛋白质的基本组成单位，是合成人 体激素、酶和抗体的原料：参与人体新陈代谢和各种生理活动，在生命中显示特 殊作用2 。j 下是考虑到氨基酸是前生命化学进化中的关键分子，而磷对现存生命 活动调控起中心作用，故此我们把磷和氨基酸的有机结合物一磷酰化氨基酸作为 研究对象。经过2 0 多年的研究表明，生命起源可能与n 一磷酰化一a 一氨基酸有密 切关系，并提出了磷酰化氨基酸是核酸和蛋白质共起源的学晚。 1 1n - 磷酰化氨基酸的性质 1 1 1n - 磷酰化氮基酸的化学性质 磷酰化氨基酸具有多种多样的化学反应性质，和普通氨基酸相比，n 一磷酰化 氨基酸具有更多的化学反应活性，能够在温和条件下发生一系列生物有机化学反 应，如能够发生自身活化成肽3 、成酯4 ，并能发生类似于真核生物细胞核中m r n a 的磷上酯交换反应5 ，且当氨基酸侧链上有羟基时( 如s e r t h r ) ，会发生n o 的磷酰基转位反应6 ，7 ( 如f 嘻1 ) 。另外，n 磷酰化氨基酸还能与核苷的核糖上的 c i s2 3 d i o l 发生酯交换反应，而把核苷转化为核苷酸8 。 厘门大学硕j ：学位论文 o _ |r r 材、2 = h c 。h r ”o h 磷上酯 叟换 r ”o h 酯化反应 r n h 2 c h c o o h 成肽反麻 r = c h 2 0 h o rc h ( o h ) c h 3 n o 迁移反应 o 【ir 骺t _ , 艮n h c ih c 。h o | ir r u 艮n h c 【h c 0 0 掣 o l i r o o ) p o c h 2 c h c 。h n h 2 f i g 1 n 一磷酰氨基酸的典型化学反应性质 更为有意义的是，n 一磷酰化氨基酸的反应活性随着氨基酸侧链的变化 而变化9 。氨基酸侧链上的细微差别，都将引起n 一磷酰化氨基酸性质上的 显著差异。例如，n 磷酰化一d 氨基酸能够自身活化发生各种反应，而n 一磷 酰化一b 一氨基酸却不能够自身活化。同样，n 磷酰化丝氨酸具有非常活泼的 化学反应活性，很容易发生成肽、成酯等反应。但是，与丝氨酸仅有一个 原子差别的n 一磷酰化半胱氨酸的反应活性则大大降低。n 磷酰化天冬氨酸 的羧基对其性质有活化作用，而与其仅有一个c h 2 差异的n 磷酰化谷氨酸 的羧基却没有类似的作用。磷酰化氨基酸的化学性质表明通过氨基酸的磷 酰化可以完成通常在生物体内才能实现的聚合成肽、合成蛋白质和核酸等 一系列复杂的生化反应，这揭示了磷的生命化学本质是磷酰基的主动参与 以及其它官能团精密调控的协调过程，进而提出了“磷是生命化学过程的 调控中心”的学术观点。同时，解释了为什么从简单的单细胞或病毒到复 杂的人类的蛋白骨架皆是由伐氨基酸而非b ，v 等氨基酸组成的1 0 。 1 1 2n 磷酰化氨基酸的生化性质 hooch平眦吣c hr l chn 冒驴 r 厦门大学硕： 学位论文 n 磷酰化氨基酸除了其多样的化学性质之外，还具有广泛的药理和生 物活性”t1 2 。它 f j 在免疫、医药、农药、保健、化妆品、生物技术等领域有着 广阔的应用前景。1 9 0 1 年b e c h h o l d 用p o c l 3 处理白蛋白得到了蛋白磷酸酯，1 9 1 4 年首次将氨基酸磷酰化，1 9 4 5 年得到了人工合成的磷酰肽许多磷酰化氨基酸 和肢对于磷钙缺乏症、神经衰弱、皮肤病、镇痛、降压等方面都有很好的疗效。 如n 一磷酰化天冬氨酸的盐可以用来治疗神经衰弱和体虚，n - 磷酰化组氨酸和n 磷酰化赖氨酸的盐有防衰强心的功效，n 磷酰化氨基酸对胰蛋白酶具有一定的 抑制活性，并且，箕抑制效果随着氨基酸种类的不同而不同：其中二丁基丙氨 酸具有最好的抑制活性1 3 。李向红，麻远等还利用n 磷酰化氨基酸与r n a 和d n a 作用，发现部分n 磷酰化氨基酸( 磷酰化组氨酸、磷酰化半胱氨酸等1 对r n a 和d n a 均有切害0 作用，在此基础上可望将其发展成种人工酶， l5 此外，磷酰化氨基酸所体现出的生命进化的最小分子模型，对解释一一些生命 现象、了解酶的作用机制和探讨生命起源等具有重要意义，同时在生物技术、医 药等领域也展示着越来越广阔的应用前景。其中在酶的抑制剂研究中作为酶过渡 态类似物，在免疫催化抗体的研究中作为半抗原是其它物质难以取代的。某些氨 基( 酸) 磷酸盐已应用于治疗磷钙缺乏症、神经衰弱及皮肤病，许多磷酰小肽是很 有用的镇痛、降压药。 1 1 3n 磷酰化氮基酸的结构是其性质的决定因素 由n 磷酰氨基酸的性质可以看出，n 磷酰化氨基酸的性质与其结构有 着很大的关系。实际上，n 一磷酰化氨基酸中的磷酰基对氨基酸的结构效应 起一个放大的作用。进一步的研究表明，这种结构差异的放大是通过磷酰 基的参与，形成一个五元环的五配位磷酸与羧酸的混酐的过渡念来完成的。 n 一磷酰化氨基酸的反应活性与其对应的五配位磷中间体的稳定性及反应 活性密切相关。对于不同种类的n 磷酰化氨基酸，它们形成五配位磷中i 铷 体的能力不同，由此导致其活性的不同。对于拥有不同侧链的n 一磷酰化a 氨基酸，其侧链官能团与五配位磷中心的作用则导致了其活性上的差异。 厦门大学硕士学位论文 1 2 有机磷立体化学研究进展 1 2 1 磷与生命化学1 6 磷在生命起源及生命进化过程中起着关键作用，越来越多的事实证明，“磷 是生命的中心元素，对生命化学的整个过程起着关键的调控作用”。诺贝尔奖获 得者，著名化学家l t 0 d d 指出：“磷是寻找生命的唯一标识”，“哪晕有生命哪里 就有磷”。7 。在历届诺贝尔奖获得者的研究工作中，至少有七次与磷化学有关，五 次是与核酸化学有关。1 9 4 7 年c o i l 在糖原酵解研究中，发现磷酸化酶有活性非 活性两种形式；1 9 7 1 年s o u t h e r l a n d 发现了第二信使环磷腺苷( c a m p ) 的作用； 1 9 8 9 年c e c h 发现的r i b o z y m e ：1 9 9 2 年f i s h e r 及k r e b s 发现蛋白质可逆磷酸化； 以及1 9 9 4 年g i l m a n 和r o d b e l l 发现g 蛋白的信号传导机制。由此可见，磷在生 命化学中的作用越来越受到世界各国生命科学家的重视。 1 2 2 有机磷立体化学基本类型 磷是第三周期第五主族元素，外层有3 个未成对电子和5 个3 d 轨道，因此 可形成多种配位形式的化合物，即为一六配位化合物1 8 。从立体化学角度看， 只有三、四、五、六配位化合物可以存在立体异构体1 9 ( f i g 2 ) 。 a p 、c b p ( 3 ) d f 卜、： b e 、d a 一卜 b f a ，、e b c p ( 4 )p15)p(6) f i g 2 有机磷立体异构体的类型 r 、。r 、1 0 7 ，p o h 一一、ph r 2 r ； f i g 3 三配位磷化合物的立体异构体 我们知道对于n 原子柬说，当nl 接有三个不同取代基时，并不能表现出 4 厦门大学硕士学位论文 立体异构差异。因为n 原子的原子半径比较小，可以自由翻转，两种异构体处 在互动状态之中。而对于磷原子则不同，它的原子半径较大，当联有较大取代基 时，原子不能自由翻转，能够观察到两种异构体的存在，其中比较典型的代表就 是亚磷酸酯类化台物( f i g 3 ) 。早在7 0 年代初，荷兰生物化学家h p b e n s c h o p 等人悖就成功地分离了一系列亚磷酸酯的对映异构体。 五配位及六配位磷统称为高配位磷化合物。早在1 9 6 8 年，w e s t h e i m e r 在研 究环磷化合物水解时就提出了的反应是经过五配位过渡态的假设，后来发现许多 有机磷化学反应都涉及到五配位甚至六配位磷作为中间体或过渡态的反应机理。 在生命过程中许多内源活性物质在激活，转化过程中同样以五配位磷作为过渡态 2 0 ，并且在反应过程中存在着手性选择和立体构型的转化。七十年代fr a m i r e z 合成了一系列五配位磷化合物，并提出了五配位磷化合物的两种立体构型( f i g 4 ) 。一种是以s p 3 d x 2 y 2 杂化形成五个6 键，以四方锥体结构存在：另一种则是 以s p 3 d 孑杂化形成三角双锥结构( t b p 型) ，其中后一种构型为五配位化合物的 主要构型”。近年来一系列具有稳定结构的高配位化合物不断合成出来。1 9 9 0 年r m m o f i a r t y 等人为了研究神经药物的催化抗体，合成了几种五配位磷化合 物，并得到了单晶结构2 ( f i g 5 ) 。稳定的六配位化合物也可以得到单晶2 2 ( f i g 6 ) 。 t b p 夕 s p f i g 4 五配位化合物的两种构型 卜卜 一 厦门大学琐士学位论文 筘x ! 汕c 0i邺冀l 0 呲 拼吃i 沁i 电 为、吼 h 3 拿卢h a o ：一卜i q ，、f f f i7 、 1 、， 1 a ，2 b1 b 2 a f i g 5 五配位磷催化抗体 h 3 拿卢h s 。吖 ，t 、 f 卜f f h 3 e 卢h 3 o d h i q ： f ，t、 f p f f i g 6 六配位磷化合物 南开大学元素所的刘纶祖等人合成了一系列稳定的p h 五配位化合物，并进 行了结构与3 1 p n m r 化学位移、反应性、稳定性关系等多方面研究( f i g 7 ) 2 3 。 赵玉芬课题组的王倩等人通过硅醚化的l 一氨基酸与磷酰氯反应得到了一系列五 配位化合物的非对映异构体( f i g 8 ) 。有关高配位磷化合物立体异构体的研究， 今后将会有更大的进展。 0 7 7 4 、 r 70 p h0 、 n k t i ll 、 ：6 h f i g 7 6 o h o + 一r o p n h j j 、飞j 、d o s i m e 3 f i g 8 o ， o 日 r p o 辟 厦门大学硕士学位论义 四配位磷化合物的立体异构体是最常见的一种形式。从六十年代起，人们 就对此类化合物的立体构型、异构体分离方法及生理活性进行了大量的研究1 9 。 到了七十年代，已经掌握了o 一烷基硫代膦酸的拆分方法2 4 ，以此为手性源( c h i r a l p o l l ) 合成了一系列具有旋光活性的有机磷化合物，并制定了这些化合物的生物 活性差别。有关有机磷化合物的不对称合成也开始出现，特别是一些具有药用价 值的化合物如氨基膦酸、磷肽、磷杂环化合物等不断被合成出来2 5 , 2 6 。有关最近 研究情况见1 3 4 。 1 2 3 有机磷立体化学与生物活性 有机磷立体化学的研究一直是与其生理活性紧密相联的。实验结果表明，大 部分有机磷立体异构体，表现出较大的活性差异。以有机磷杀虫剂为例，两种异 构体在对胆碱酯酶的抑制强度、抑制速度，以及对动物的毒性( l d 5 0 ) 和解毒速 度等方面都存在很大的差异2 7 ( 表1 ) 。 表l 有机磷农药立体异构体与生理活性 化合物药理作用差别 o 一乙基，s 一( 乙硫基乙基) 杀虫剂杀虫活性 乙基硫代膦酸酯。 s p ( - ) r p ( + ) 6 - 1 0 倍 o 乙基s 一苯基二硫杀虫剂 s p ( - ) i 岫( + ) 1 2 倍 代乙基膦酸酯 苯硫磷杀虫剂 s p 毒性高，杀虫活性低 r p 毒性低，杀虫活性高 p r o f e r l f o s杀虫剂 毒性r p ( ) s p ( + ) 3 8 倍 s u l p r o f o s 杀虫剂r p ( ) s p ( + ) 4 倍 m a l a t h i o n杀虫毒性d l s a t i n神经毒抑制a c h e 速度 s p ( 一) r p ( + ) 1 0 4 倍 s o m a n神经毒抑制a c h e 速度 p ( - ) p ( + ) 1 0 4 倍 厦门人学硕士学位论文 神经性军用毒剂如沙林( s a t i n ) ，梭曼( s o m a n ) ，v x 等均含有磷手性中心， 它们在生理活性方面表现出的差异一直在吸引着世界各国军事化学家的兴趣，并 希望在此方面有新的突破，得到立体专一陡的高毒化合物以用于军事目的。同时 也进一步促进了人们对胆碱酯酶( a c h e ) 的结构及选择性催化机理进行更深入 的研究2 3 。 1 2 4 有机磷立体化学研究最新进展 由于有机磷化合物的立体异构体具有特殊的、专一性的生理作用机制，并存 在着很大的生物活性差异，目前已经广泛地应用在医药、农药等方面的研究上， 从而也成为了磷化学研究的主要热点之一。目前的研究重点主要体现在以下三个 方面： ( 1 ) 有机磷化合物的不对称合成； ( 2 ) 立体异构体的分离方法研究； ( 3 ) 结构与生物活性关系研究。 n 氨基膦酸及其膦肽类化合物具有很强的生物活性，可以用在除草剂、杀虫、 杀菌剂以及抗癌、抗高血压等药物上。此方面的研究主要表现在一氨基膦酸的不 对称合成及结构筛选上，最近几年报导了一系列关于此方面的不对称合成的方法 2 9 。s t i n g 等人3 0 报道了以n 保护的膦甘氨酸为原料通过与麻黄碱反应得到非对 映体经色谱分析分离后可以立体专一地合成出一系列手性氨基膦酸( f i g 9 ) 。南 开元素所陈茹玉引等人也合成了系列膦肽类化合物，并测定了生理活性。 某些磷杂环化合物具有一定的抗癌活性，此类化合物的不对称合成也是目前 研究的一个方向。最近陈茹玉等人3 2 合成了一系列具有除草活性和抗癌活性的磷 杂环化合物( f i g 1 0 ) 。他们用天然l 酒石酸为原料进行磷杂环化台物的不对称 合成，可以分别得到具有p ，c 两个手性中心的化合物的四个光学异构体。此类 化合物具有一定的抗癌活性，并且副作用较小。 厦门大学硕士学位论文 b：hnh：c娶c，tt。!掣?h二3ci ，f p h 。、p 、u r0 盛讪洲亡紫 f i g 9 手性氨基磷酸的合成 一0 r c i 、& 2 c i d ) r o 、，斥p ( a ) e t a n k c n r o r s 0 h r o 、p ，满 l i a i h 4 r ：e t ，n p r ，i p r ，n - b u i - b u ，n - p e n t ，b e n z y f i g 1 0 手性磷杂环化合物的合成 ( c ) 寡核苷酸类化合物的立体异构体研究是有机磷不对称合成的另一个重要分 支。将核糖作为手性源，与磷原子定向联结成寡核苷酸同样具有一定的生理活性 3 3 ，3 4 ( f i g 1 1 ) 。 有机磷化合对映体拆分是研究异构体结构性质及生理活性的基础。六十年 代，就有报导用生物碱分离硫代磷酸的化学拆分方法2 4 。到了七十年代以后其它 分离方法陆续出现，如利用立体异构体对某种酶的抑制速度差异而产生的生化拆 分方法3 5 ，利用手性填料在气相和高效液相色谱上直接分离对映体等3 6 ，使分离 技术更加完善和多样化。今年来，南开元素所唐除痴等人3 7 较系统地研究了硫代 磷酸的化学拆分方法以及在反应过程中的立体构型转化，得到一系列立体专一性 的有机磷化合物( f i g 1 2 ) 。胡秉方等人3 8 用联萘二酚为手性试剂合成了磷酰胺 类化合物并通过重结晶方法得到了两个非对映构体。赵国辉等人3 9 也利用化学方 法成功地分离了甲氟膦酸特己酯( 梭曼) 的四个光学异构体，并制定其生理活性 9 卜 守 ! d b 叱 ，拶 吼 a t | ， 一 、k a 旷 ， a c 厦门人学硕， j 学位论立 差异。闰庆金”，4 0 曾选择了l 一缬氨酸( ) ，l 异亮氨酸( 1 1 e ) 及p 环糊精( p c d ) 三种化学键合的手性固定相在h p l c 上成功地分离了含磷手性中心及含碳、磷两 手性中心的光学异构体，并进行了少量制备。这也从另一个方面说明氨基酸的手 性对磷的手性具有识别的能力。 等。 型。 h o 有机磷立体化学还应用在其它有机反应中，如w i t t i g 反应，a r b o z a v 重排等 手性磷试剂作为手性源进行反应的不对称诱导也是当前有机反应的常见类 所以，有机磷立体化学的研究具有广泛的应用价值。 r 一蕙譬斗。 x ：冀i 羚oh 秘 1 ，o 寸f 夕、r o 一。飞 o a c f i g 1 1f i g 1 2 1 3 薄荷醇的药用价值 薄荷醇( 也称薄荷脑，m e n t h o l ，m ) 为唇形科植物薄荷( m e n t h aa r v e n s i s ) 的主要 成分，是一类具有三个不对称碳原子的环状萜醇。左旋薄荷醇是天然存在最广泛 的具有特有香味的天然产物，它作为香料广泛用于口腔卫生产品如牙膏、口香糖 等；在药物上，是止痒剂、防腐剂和冷却剂的组成部分。非常有趣的是，薄荷醇 和尼古丁往往共存于烟草制品中，如嚼用烟草和薄荷卷烟。研究二者之间的作 用表明，薄荷醇能够有效地降低尼古丁诱发的舌苔发炎。 此外，薄荷醇还是i 临床上应用较为广泛的一种萜类物质。它既可内服，又可 外用。近年来，薄荷醇作为一种价格低廉且安全有效的外用透皮促进剂，已被证 实4 卜4 3 ，它对多种药物的经皮吸收具有显著的促进作用，对某些药物的促透效果 甚至优于氮酮4 4 。因此，有望作为一种透皮吸收促进剂被广泛应用，使其药用价 值得到进一步的提升”。 厦门人学硕士学位论文 1 4 课题提出 n 一磷酰化氨基酸及其酯是天然氨基酸的含磷类似物，它们作为最小的酶分子 模型，其合成与性能研究引起广泛重视，是近代杂原予化学研究领域的热点之一， 且该类化合物还具有抑菌、抗肿瘤、杀虫以及抗植物病毒的活性。磷酰化氨基酸 酯上与磷原予相连的两个烷氧基不同以及氨基上取代基的不同将导致生物活性 的巨大差异，薄荷环也是一种具有多种生物活性的环。 综合二者的结构特点和生物活性，本论文设计合成一系列含有薄荷环的磷 酰化氨基酸酯类化合物，初步测试它们的生物活性以及研究生物活性与物质立体 结构之间的对应关系。设计用红外光谱、高分辨质谱、核磁共振谱等手段对这一 系列磷酰化氨基酸酯化合物进行充分的表征，并对其在磷谱和质谱上一些特征规 律进行分析和总结。另外，本论文还设计通过一些手性拆分手段对磷酰化氨基酸 酯的非对映异构体进行拆分。 厦门人学硕士学位论文 第二章不对称磷酰化氨基酯的研究 在生命科学中，磷和氨基酸占有重要地位。目前，在生命过程中还未发现不 含磷的生命体1 。n 一磷酰化氨基酸及其酯是天然氨基酸的含磷类似物，它们作为 最小的酶分子模型，其合成与性能研究引起广泛重视，是近代杂原子化学研究领 域的热点之一2 5 且该类化合物还具有抑菌、抗肿瘤、杀虫以及抗植物病毒的 活性6 。磷酰化氨基酸酯上与磷原子相连的两个烷氧基不同以及氨基上取代基的 不同将导致生物活性的巨大差异，薄荷环也是一种具有多种生物活性的环7 一。 综合二者的结构特点和生物活性，我们合成了一系列含有薄荷环的磷酰化氨基 酸酯，并发现该类化合物具有很强的抗肿瘤生物活性。另外，由于薄荷醇和氨基 酸均是手性化合物，所以对产物的合成分离纯化鉴定以及抗肿瘤生物活性均产生 了一定的影响， 2 1 m 异丙基0 - ( 2 异丙基一5 甲基) 环己基磷酰化氨基酸酯的合成 2 1 1 实验部分 2 1 1 1 试剂 ( + ) 薄荷醇购于北京舒伯伟公司。 乙酸乙酯：分析纯，无水c a c l 2 干燥，蒸馏后使用。 三氯化磷：分析纯的三氯化磷重蒸，收集7 6 7 7 馏出物。 三乙胺：分析纯的三乙胺先加氢氧化钾干燥过夜，过滤，再加入钠珠和二 苯甲酮，回流至溶液呈深紫色，取出馏出物。 二氯甲烷：加氯化钙干燥过夜，过滤，然后加入五氧化二磷回流3 小 时，常压蒸馏，得沸点为3 9 。c 馏份，在有分子筛的棕色瓶中避光保存。 氨基酸：i ，一型氨基酸均购自北京百泰生化技术公司，分析纯；d 一型氨基酸 均购自张家港化昌药业有限公司，分析纯。 柱层析用硅胶：2 0 03 0 0 目，青岛海洋化工集团生产。 t l c ：采用g f 2 5 4 薄层硅胶预制板，烟台市化学研究所出品。 其它试剂为圉产分析纯，使用的蒸馏水为重蒸水。 厦门大学硕。i ：学位论文 2 1 1 2 仪器 核磁共振谱：pn m r 由b r u k e ra c 的4 0 0 m 核磁共振仪测得，以8 5 h 3 p 0 4 为外标，测量温度为室温( 2 2 ) ；1 i t n m r ，1 3 c n m r 由b r u k e r 的4 0 0 m 核磁仪测得，c d c l 3 为溶剂，t m s 为内标。 质谱：e s i m s m s 在b r u k e re s q u l r e - 3 0 0 0p l u s 电喷雾离子阱质谱仪上测 得； 高分辨质谱：h r - m s 在w a t e r sm i c r o m a s sq t o fm i c r o 质谱仪上测得f 由郑 州大学提供1 。 红外：i r 由n i c o l e ta v a t a r3 6 0f t - i r 计记录，溴化钾压片。 旋光：【口】d 2 0 值由p e r k i n e l m e r3 4 1a u t o m a t i cp o l a r i m e t e r 测定。 称量天平为上海天平仪器厂j a 2 0 0 3 电子天平，灵敏度l m g 。 德国h e i d o l p h 旋转蒸发仪。 s h b i i i 循环水式多用真空泵。 2 1 1 3 反应方程式与步骤( f i g 1 ) 一， 一? c i o h o c 、0 + p c ! 死i + 一 | c l 躞百h 2 nc 舞hc o c 吖h 3 一、r0 ，。 、c i 衄羽2 、，jh jc h c h 3 2 、 j 一+ ? 、唾j6 ，、一op h 9 、，+7 h n eco c h 3 r 3 a - 3 f oo op 謦 9 h nc co c h 3 r r = a ) c h 3 ；c ) c h ( c h 3 ) 2 ；e ) c h 2 c h ( c h 3 ) 2 ； r = b ) c h 3 ；d ) c h ( c h 3 ) 2 ；g ) c h 2 p h ； o c 0 2 p j ) c h c o o c h 3 ；j ) c h 2 0 h ；i ) c h c o o c h 3 ；k ) c h 2 0 h ； 1 ) h 2 c ( 、_ _ ， o h f i g 1 l3 一 厦门人学硕= ：学位论文 2 1 1 3 1 化合物1 的合成 磁力搅拌条件下，向冷却至0 的装有1 3 7g ( 1 0 0m m 0 1 ) 的三氯化磷和 2 0m l 二氯甲烷的5 0m l 的单口烧瓶中分批加入1 5 6 9 ( 1 0m m 0 1 ) 的( + ) 薄荷 醇，反应约6 小时。旋蒸除去溶剂及过量的三氯化磷，在油泵上干燥约1 小时， 有无色液体生成。接着将该无色液体用2 0m l 的二氯甲烷溶解，冰浴条件下将 醇解试剂( 叔丁醇：异丙醇= 1 ：1 ) 2 0m l ( 2 5m m 0 1 ) 慢慢滴加其中。o 下搅 拌1 小时，然后缓慢滴加饱和的碳酸氢钠溶液中和反应生产的酸p h 值至7 ，分 液，水相用二氯甲烷萃取多次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥后过滤，旋蒸除 去溶剂，得粗产物2 2 6g 。硅胶柱层析分离( 乙酸乙酯：石油醚= 5 ：1 ) ，得到 淡黄色液体1 9 5g 。产率7 4 4 。 2 1 1 3 2 化合物2 的合成 把l _ 3 1g ( 5r e t 0 0 1 ) 的化合物1 溶于1 5m l 的二氯甲烷中，在冰浴条件下， 缓慢滴加亚硫酰氯0 4m l 到混合液中，用质谱跟踪直至原料峰消失，大约1 0 小时。旋蒸除去溶剂，得淡黄色油状物2 。 2 1 1 3 3 化合物3 的合成 把化合物2 ( 约1 3 0 叠) 溶于1 5m l 二氯甲烷中，并加入约6m m o l 的氨基 酸甲酯，磁力搅拌，在冰浴条件下缓慢滴加三乙胺( 4m l ) 到混合液中j 氨基 酸甲酯的盐酸盐逐渐溶解，反应约1 小时。旋蒸除去溶剂，加入适量的水使三乙 胺盐完全溶解，再加入3 0m l 乙酸乙酯，分液。水相用乙酸乙酯i ( 1 5 m l x 3 ) 萃取， 再用二氯甲烷( 1 5 m l ) 萃取一次，合并有机相，无水硫酸钠干燥、过滤，旋蒸除去 溶剂，得化合物3 。 2 1 2 反应机理 根据文献报道1 2 的方法，用a b u z o v 反应制备得到磷中心不对称的氢亚磷酸 二酯1 。然后用亚硫酰氯进攻形成磷酰氯，再加入氨基酸甲酯和三乙胺的条件下 制备得到o 一异丙基o - - ( 2 一异丙基一5 一甲基) 环己基磷酰化氨基酸甲酯，根据文献报 道1 2 其反应的机理可能按照如下所描述的反应机理进行( f i g 2 ) ： 4 厦门人学硕上学位论文 ? ? 【q _ i ， r ：f + s o z c l z 、h 1 - 1 2 0 - t o 、o op h o or4 - 2 r c 1 o t ， o + h 2 nc h c i i o c h 3 一- p r o d u c t + l t c i r f i g 2 以前的磷酰化氨基酸酯的合成方法2 ，3 ，”，都没有分离出中间产物，所得 的副产物多，不易提纯。而此法反应原料便宜易得，条件温和，副产物少，且直 接得到中间产物，所得的磷酰化氨基酸酯易提纯，产率高，是合成简单磷酰胺类 衍生物的重要方法之一。 2 1 3 不对称亚磷酸酯及不对称磷酰化氨基酸酯的波谱表征 2 1 3 1 不对称甄磷酸酯及不对称磷酰化氨基酸酪的波谱数据 1 1o 一异丙基o ( 2 异丙基一5 一甲基) 环己基亚磷酸酯 无色液体，产率：9 2 1 ， 【。 d 2 0 一5 7 0 瞳1 0 0 ，c h c l3 ) 3 1 p n m r ( 8 1m h z ，c d c l 3 ) 矗5 1 7 ，4 4 0 ； 1 i n m r ( 5 0 0m h z ，c d c l 3 ) 毋7 7 6 7 7 2 ( 1 h ，m ，p h ) ，4 5 6 4 5 0 ( 1 h ，m ， ( o c 8 ( c h 3 ) 2 ) ，3 8 50 n ，d d ，j j 一11h z ，j 2 = 2 3h z ，c f i 。”l o b 。y 1 ) ，2 2 3 2 1 5 ( 2 h ，m ， c h c y 。i o h e w l ，c h ( c h 3 ) 2 ) ，1 4 7 1 1 8 ( 7 h ，m ，c h c y c l o b e x y i ，3 c h 2 c y c i 。h e x y l ) ，0 9 8 0 8 1 ( 1 8 h ，m ，6 c h 3 ) ； ”cn m r ( 1 2 5m h z ，c d c l a ) 蘸7 7 7 8 ( c 1 0 h e x y l ) ，7 0 ，6 9 ( o c h ) ，4 8 2 0 ，4 3 2 0 ( 2 c 。v 。i o h 。、y 1 ) ，3 3 8 l ( h ( c h 2 ) 3 ) ，3 1 4 2 ，2 5 6 7 ，2 5 4 3 ( 3 c c y c l o h e x y l ) ，2 3 9 1 ，2 3 7 5 ，2 2 7 3 ， l5 。lj。 帕 缸靠n c c o 。p 飞。一 卜 哆功 cp h + o ，沈k、 一 。一弋丫 卜 、誓 酞 厦门大学硕十学位论文 2 0 7 5 ，1 5 5 4 ( 5 c h 3 ) ； e x a c tm a s sf o rc 1 3 h 2 8 0 3 p + ：2 6 3 1 7 7 6m z ；h r m s ：2 6 3 1 7 8 2m z ( m + 盯) 。 3 a ) o 异丙基一o ( 2 一异丙基5 甲基) 环己基磷酰化一l 一丙氨酸甲酯， 白色固体，产率：8 4 5 ， 口 d 2 0 一5 4 3 ( c1 0 0 ，c h c l 3 ) ； ”pn m r ( 8 1m h z c d c i