可见光催化嘌呤和醇脱氢偶联反应的研究

作     者：罗喆 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林东恩;康富春

授予年度：2022年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 10[医学] 

主      题：嘌呤 可见光催化 脱氢偶联 C-H活化 烷氧化 

摘      要：嘌呤及核苷骨架在生物和药物化学中具有广泛的运用,在医药领域占据重要的地位。例如8-烷氧基嘌呤类化合物抗病毒和抗血小板凝聚等方面具有潜在的活性,目前这类化合物仍采用传统合成方法:即先对嘌呤C-H经过卤化构成C-X(X为卤素)键,再经过芳香亲核取代历程,与甲醇钠反应实现亲核取代,得到8-甲氧基嘌呤类化合物。这样的合成方法存在反应条件苛刻,底物范围窄,反应时间长,产率低等缺陷。开发高原子经济性的绿色策略,高效地对嘌呤环进行衍生化,具有理论研究意义和潜在的应用价值。随着光催化的越来越成熟,光催化所具有的优异原子经济性、便捷性以及绿色高效性也被越来越多的人注意到,光催化通常可以避免传统合成中的导向基团以及预活化等步骤,使反应更加简洁。通过光催化,嘌呤结构修饰及其衍生物的合成有了更加高效的渠道,为非环核苷类药物的合成与应用提供了有效途径,为新抗肿瘤、抗病毒、抗菌药物的研究提供多样化的嘌呤分子库,并具有潜在的工业应用前景。本论文以醇类化合物为烷氧化试剂,在可见光和吖啶盐光敏剂的条件下基于嘌呤C-8位构筑C-O键,使嘌呤和醇一步脱氢氧化偶联得到8-烷氧基嘌呤类化合物,实现了该类化合物合成的原子经济性和过程经济性,合成出一系列8-烷氧基嘌呤类化合物。以6-甲氧基-9-苄基嘌呤和甲醇为底物,探索嘌呤C-8烷氧基化反应的最佳反应条件为:3.0mol%的10-甲基-9-均三甲苯基吖啶高氯酸盐(Acr-Mes Cl O)作为光催化剂,2.0当量三氟乙酸(TFA)作为添加剂,2.0 m L乙腈作为溶剂,在空气氛围中,室温下20 W蓝色LED灯照射反应18 h后,以93%的产率得到目标产物。该反应适用于含不同取代基的嘌呤和不同种类的伯醇、仲醇和脂环醇。共合成了20个新化合物,所有化合物都通过NMR、HR-MS、熔点等表征确定了结构。为了探究反应机理,本文开展了一系列控制实验、循环伏安法实验以及荧光淬灭实验,实验结果表明:1)6-甲氧基-9-卞基嘌呤可以把激发态光催化剂还原淬灭,而且添加剂TFA对此过程有促进作用;2)激发态的光催化剂的还原电位高于6-甲氧基-9-卞基嘌呤的氧化电位,所以6-甲氧基-9-卞基嘌呤能够被激发态光催化剂氧化;3)空气中的氧作为电子转移和质子转移的协同催化剂,最后生成的过氧化氢也在体系中被检测到。根据这些结果,本文提出了可能反应机理,为光催化嘌呤衍生化的工业化应用奠定了基础。