西安交通大學(xué)：破解碳酸酯高效利用難題

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碳酸酯可由環(huán)氧乙烷與二氧化碳反應(yīng)生成，碳酸酯的高效利用能促進(jìn)作為潛在石油碳源替代品之一的二氧化碳的化學(xué)轉(zhuǎn)化，具有重要的戰(zhàn)略意義。近日，《中國科學(xué)報》記者采訪西安交通大學(xué)前沿科學(xué)技術(shù)研究院教授郭武生時了解到，他以碳酸酯及其衍生物為原料，實現(xiàn)了系列具有挑戰(zhàn)性的藥物分子及中間體的高效合成，拓展了碳酸酯及衍生物的化學(xué)應(yīng)用，推進(jìn)了多取代烯烴的立體選擇性合成及烯丙基化學(xué)的發(fā)展。

烯丙胺是合成化學(xué)及藥物化學(xué)中非常重要的基本單元。烯丙基親核取代是合成烯丙胺最常用的方法。郭武生告訴記者，如何利用烯丙基化學(xué)高效構(gòu)建重要的藥物中間體手性a-雙取代烯丙胺，具有巨大挑戰(zhàn)。同時，對于鈀催化的烯丙基親核取代反應(yīng)，胺更易進(jìn)攻位阻較小的烯丙基鈀端位碳生成線狀產(chǎn)物，如何引導(dǎo)胺進(jìn)攻位阻較大的烯丙基鈀間位碳是合成手性a-雙取代烯丙胺支狀產(chǎn)物的關(guān)鍵。

于是，郭武生帶領(lǐng)團(tuán)隊分別以環(huán)狀、線狀碳酸酯為原料，利用氫鍵誘導(dǎo)等策略，成功實現(xiàn)a-雙取代烯丙胺的不對稱合成;苯酚也適用于該體系合成手性烯丙基芳香醚。烯丙基芳香胺的研究在發(fā)表當(dāng)月入選JACS。美國科學(xué)院院士、日本化學(xué)會主席Hisashi Yamamoto連續(xù)兩次將該系列工作作為近期研究亮點加以介紹，認(rèn)為合成a-雙取代烯丙胺是“相當(dāng)具有挑戰(zhàn)的”，并指出郭武生用“非常簡單的新方法”實現(xiàn)了a-雙取代烯丙胺的合成。

多取代烯烴片段是另一種廣泛存在于天然產(chǎn)物及藥物分子中的基本單元。如何構(gòu)建立體構(gòu)型單一，實現(xiàn)立體選擇性合成多取代烯烴是該類研究的關(guān)鍵科學(xué)難題。作為烯烴的一類，烯丙醇是合成甘油、丁二醇、增塑劑和工程塑料的重要化工原料。研究多取代烯丙醇新骨架的立體選擇性合成，不僅能促進(jìn)其在工業(yè)生產(chǎn)中的新應(yīng)用，同時也為多取代烯烴的立體可控合成提供借鑒意義。

郭武生以烯丙基環(huán)狀碳酸酯為原料，利用催化脫羧形成六元環(huán)鈀中間體的策略，抑制了立體異構(gòu)體副產(chǎn)物的形成，實現(xiàn)了立體選擇性合成多取代烯丙醇或胺。該研究被選為JACS封面重點報道，評價認(rèn)為，該類反應(yīng)是全合成的精巧工具，該體系適用于包括水在內(nèi)的不同親核試劑，在立體選擇性合成多取代烯丙醇方面具有極強(qiáng)的普適性，將推動立體選擇性合成多取代烯烴的發(fā)展。

同時，郭武生還觀察到，胺基甲酸酯類化合物在農(nóng)藥和醫(yī)藥領(lǐng)域有著十分重要的應(yīng)用，也可作為合成聚氨酯的單體，合成聚氨酯2017年全球產(chǎn)量達(dá)1800萬噸。環(huán)狀碳酸酯胺化是合成胺基甲酸酯的最佳途徑且無廢棄物生成。然而，芳香胺的親核性較差，如何實現(xiàn)環(huán)狀碳酸酯的芳香胺化開環(huán)生成胺基甲酸酯是尚未解決的關(guān)鍵科學(xué)難題。通過研究，郭武生相繼合成了手性g-雙取代氨基酸、順式和反式胺基甲酸酯及其衍生物，并合成了治療T細(xì)胞淋巴瘤藥物Vorinostat、肌肉松弛劑Carisoprodol、癲癇治療藥物Felbatol衍生物等藥物分子。