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生物催化是迄今为止人们所知的最高效和最具选择性的温和催化体系,也是一个典型的环境友好的催化体系。生物催化不仅可以得到纯度很高的产物,而且可以获得用常规方法难以合成的一些光学纯的手性化合物。林国强研究员(院士)课题组对很多生物催化剂进行了系统的筛选,深入地研究了糖苷酶、脂肪酶、羟氰化酶和氧化还原酶等催化的对映选择性反应,取得了一些具有特色的研究成果:(1)发现了一批新的生物催化剂,首次建立羟氰化酶微水相反应体系;(2)初步揭示了一些酶催化反应和手性识别的规律;(3)建立和发展了与手性药物相关的手性砌块的生物催化合成方法;(4)以及将对映选择性生物催化反应和化学转化反应相结合,合成了一些重要的具有生物活性的天然产物和类似物。有机催化反应使用低分子量的有机化合物来认识和模拟酶的催化活性和选择性,它们不需要金属,具有对水和氧气稳定、廉价、无毒以及高选择性等优点。将有机小分子催化和催化剂固载化相结合結合,从天然廉价的氨基酸设计并合成了一系列高效、可回收的高负载量的不溶性的聚苯乙烯负载手性磺酰胺和树枝状手性氨基醇配体。用于不对称碳碳键的形成反应、前手性酮的不对称硼氢化还原、醛的不对称烷基化、不对称Aldol反应和环氧化等反应中的应用;重点探讨了树状分子结构对催化性能的影响,得到了结构与性能关系的一些规律,初步探索了高分子催化体系的微环境效应。利用上述反应的方法学合成了几类关键的手性药物中间体。具体的研究内容如下:
1. 从植物及微生物中筛选,发现了一批新的生物催化剂,包括糖苷酶、脂肪酶、羟腈裂解酶等手性合成工具酶。一般认为糖苷酶能催化糖苷的水解反应,逆水解则不易进行,而我们建立了糖苷酶催化逆水解葡萄糖苷化反应体系并应用于药用价值的红景天苷的五保户基团的选择性合成中(Lin et al. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2004, 14, 2095)。该成果被有关糖的酶法合成综述(Natural Product Reports)中介绍。
2. 筛选出我国新疆的巴达木的羟氰裂解酶发展了一种可调节的微水粗酶催化醛的羟氰化高对映选择性反应体系, 首次使用酶催化方法立体选择性地合成氟甲砜霉素和甲砜霉素。该工作已多次在国际刊物的综述文献上被评价为优越的方法
3. 成功地应用生物催化与不对称化学反应结合,利用脂肪酶拆分的方法大量方便地合成手性双烯配体,将该配体用于铑催化亚胺不对称反应,以优良的产率和高对映选择性得到手性二芳基甲基胺(Lin et al. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 5336)。
4. 不对称催化反应应用的关键因素之一是手性催化剂的分离与回收。我们通过通过两步简单的反应合成高分子负载的手性磺酰胺配体。聚苯乙烯达到最大的取代程度负载量,Cl高达4.0–4.73mmol/g)。并建立了高分子负载手性磺酰胺配体库用于催化酮的不对称还原反应取得高的对映选择性。这类高分子催化剂在反应结束后经过简单的过滤、洗涤得到回收,具有催化剂与产物易于分离、回收等优点和未负载小分子催化剂相比,高分子催化剂的催化性能较为优越。对该反应的机理进行了探索。该类反应避免使用重金属催化剂污染的问题,是一种绿色还原的方法。
5. 设计并合成了一类催化活性位点在树状分子的核心或末端的高稳定性、高催化活性、高对映选择性的可回收和再利用树枝状手性氨基醇配体。重点研究了它们在硼烷对酮的不对称还原、烯烃的不对称环氧化、有机锌对炔醛的不对称加成-环化串联反应、不对称Michael加成、直接Aldol反应等不对称合成的重要反应中;探讨了树状分子结构对催化性能的影响,得到了结构-性能关系的一些规律;利用树状分子的溶解性主要起决于分子外围基团的特点,发展了均相催化-/液两相分离催化剂分离回收新方法。研究表明树状大分子催化剂表现出催化效应,即树状分子的引入使得催化性能得到提高。
2003年以来,已发表学术论文37篇,包括:J. Am. Chem. Soc. 2 篇,Org. Lett. 5篇,J. Org. Chem. 3 篇,Synlett 3篇,Tetrahedron ,Tetrahedron Lett. 6 篇。
在人才培养方面,已有19位研究生博士毕业,8位硕士毕业,目前在培博士生7名,硕士生2名,博士后2名,职工14名。
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