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，認為合成a-雙取代烯丙胺是“相當具有挑戰(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。