精准调控Baeyer-Villiger单加氧酶的底物选择性以避免拉唑亚砜的过氧化

氧化酶催化的分子功能化是非常具有吸引力的研究领域之一,其中,高度选择性氧化反应对手性分子的构建至关重要.大量研究集中在对氧化酶立体选择性和区域选择性的分子改造上,而由于底物选择性差引起的过度氧化问题长期被忽视.Baeyer-Villiger单加氧酶(BVMOs)是一类多功能的生物催化剂,可以在脂肪族或环状酮底物的羰基附近插入一个氧原子,具有较高的区域选择性.BVMOs还可以催化包括硫、氮和磷在内的杂原子的不对称氧化.由于其温和的反应条件和较好的对映选择性,BVMOs催化硫醚不对称氧化生成手性亚砜被认为是一种极具吸引力且绿色清洁的合成方法.BVMOs可以催化硫醚不对称氧化生成有价值的手性亚砜,但亚砜过氧化生成无用的副产物砜限制了其进一步应用.这种过度氧化的本质原因是BVMOs对底物选择性不足,导致目标产物亚砜被进一步氧化.本文建立了一个数学模型,将酶对硫醚和亚砜两种相似底物之间的特异性常数之比(kcat/Km)定义为酶对底物选择性.随后使用蛋白结构引导的底物通道工程方法精准调控了拉唑硫醚单加氧酶AcPSMO的底物选择性,成功地将亚砜的过氧化降至最低.酶促氧化奥美拉唑硫醚24h后,突变体F277L生成的副产物砜含量低于1%(mol/mol),而野生型的砜含量为65%.分子动力学模拟和量子力学/分子力学研究结果表明,黄素氢过氧化物(FADH-OOH)周围改变的氢键网络可以调节亚砜氧化的机制和活性.此外,重新设计的AcPSMO突变体也成功地应用于其它手性拉唑亚砜的可控合成.综上,本文开发的精确控制氧化酶底物选择性的方法对于提高其它杂原子生物氧化反应的底物特异性具有借鉴意义.

氨基酸DES催化3-苯基环丁酮的不对称Baeyer-Villiger氧化反应

以手性氨基酸与Br?nsted酸为原料合成了一系列新型酸性低共熔溶剂(DES)催化剂,以环境友好的H2O2为氧化剂,首次将DES应用于环酮的不对称Baeyer-Villiger氧化反应中。以3-苯基环丁酮为模板底物,探究了不同DES的催化活性,其中以L-亮氨酸(L-Leu)为氢键受体(HBA)、以H3PO4为氢键供体(HBD)合成的DES为最优催化剂。研究了HBA与HBD的比例、催化剂用量、氧化剂用量、反应温度、反应时间等对催化反应的影响。较佳条件:n(HBD)∶n(HBA)=4∶1,n(DES)∶n(H2O2)∶n(底物)=2.6∶7∶1,反应温度25℃,反应时间5 h。较佳条件下,苯基环丁酮转化率98.59%,苯基丁内酯产率78.08%,对映体过量百分数69.26%。水相中的DES经过干燥后可以重复使用,经过6次循环使用后催化活性有些许下降(DES在每次分离时有少量损失所致)。DES催化剂L-Leu/4H3PO4还可以用于其它环酮底物的B-V氧化反应,结果表明该催化剂具有较好的底物普适性。

SBA-15负载SnCl_(2)催化剂的制备及对环酮Baeyer-Villiger氧化反应的催化性能

分别采用初湿浸渍法(IWI)和一锅法,制备了SBA-15和氨基功能化SBA-15负载锡Lewis酸中心的JZ-SnCl_(2)/SBA-15,SnCl_(2)/SBA-15及SnCl_(2)/NH 2-SBA-15系列催化剂.采用FT-IR,XRD,XPS,N_(2)吸附-脱附及TGA,SEM和TEM等手段对催化剂的结构和形貌进行了表征.结果表明,SnCl_(2)的引入并没有改变载体SBA-15的介孔结构,孔道通畅.其中用IWI法制备的JZ-SnCl_(2)/SBA-15中同时存在Sn(Ⅳ)和Sn(Ⅱ)两种Lewis酸中心,而用一锅法制备的SnCl_(2)/SBA-15中的Sn元素则主要以Sn(Ⅳ)形态存在.在一锅法制备的催化剂中,Sn元素在分子筛基质中分布均匀,Sn原子进入介孔孔壁形成了Sn-O-Si网络,提高了催化剂的热稳定性和化学稳定性.催化实验结果显示,JZ-SnCl_(2)/SBA-15和SnCl_(2)/SBA-15对以H_(2)O_(2)为氧化剂的金刚烷酮Baeyer-Villiger(B-V)氧化反应具有优异的催化活性.在二氯乙烷溶剂中,微波辐照5 min和8 min后,两种催化剂的催化活性分别为99%和92%,内酯产物的选择性均为100%,而且分别经6次和10次循环使用后,活性仍能保持68%和88%,而内酯选择性基本不降低.

SBA-15负载硅钨酸催化环己酮Baeyer-Villiger氧化

采用浸渍法制备了H4O40SiW12/SBA-15催化剂,通过红外光谱、X射线衍射、N2吸附-脱附和透射电镜等方法对催化进行了表征.结果表明,H4O40SiW12能均匀分散于SBA-15的孔道中,催化剂仍保持载体的介孔结构和硅钨酸的Keggin型构.将催化剂用于环己酮的Baeyer-Villiger氧化反应中,考察了催化剂用量、温度和时间等对反应性能的影响.当催化剂用为10mg,在70oC反应8h时,环己酮转化率达86%,产物内酯选择性可达99%.同时,催化剂具有一定的重复使用性能.

含锡催化剂在Baeyer-Villiger氧化反应中的应用进展

综述了近年来含锡催化剂在Baeyer-Villiger反应(酮转化为相应的酯或内酯的反应)中的应用研究进展,分别介绍了Sn-β沸石、Sn-MCM-41、水滑石负载锡、坡缕石负载锡等非均相催化剂及锡的全氟化辛烷磺酰胺配合物、苯胺和苯甲醇取代的有机锡配合物等均相催化剂。由于非均相催化剂能回收重复利用,着重介绍了各种非均相催化剂的优缺点及催化作用机理。其中,Sn-β沸石由于具有较多的小孔,有利于Sn的嵌入,从而有效提高了反应的转化率,而Sn-MCM-41、水滑石负载锡、坡缕石负载锡等催化剂虽合成方法简单,但其活性均低于Sn-β沸石催化剂。

负载锑的水滑石催化环己酮Baeyer-Villiger氧化制ε-己内酯

通过浸渍法制备了负载Sb的镁铝水滑石类化合物Sb/HT ,用X射线衍射 (XRD)和热重 (TG)等技术对催化剂的结构进行了表征 ,研究了其对环己酮Baeyer Villiger(BV)氧化制ε 己内酯的催化性能 ,考察了催化剂制备条件和反应条件对催化活性的影响以及催化剂的再生性能 .结果表明 ,在乙腈作为溶剂的体系中 ,负载Sb的镁铝水滑石对环己酮氧化制ε 己内酯具有较高的催化活性 .在水滑石前驱体中镁 /铝摩尔比为 3,Sb含量为 1 5 %和焙烧温度为 4 5 0℃时制备的Sb/HT催化剂的催化活性最高 ,在 10ml乙腈和 14 0mmol30 %H2 O2 中于 70℃反应 4h后 ,环己酮的转化率达 4 2 % ,ε 己内酯选择性达 94 % .催化剂可多次再生重复使用 ,催化活性稳定 .

Baeyer-Villiger单加氧酶在有机合成中的应用

综述了Baeyer-Villiger单加氧酶在有机合成中的应用.较之传统的化学反应,氧化酶催化剂反应有较好的选择性、可控性和经济性.环己酮加氧酶是一种还原型辅酶I(NADPH)依赖型氧化酶,是最早被报道能够催化Baeyer-Villiger氧化的酶.这些重要反应产生了合成化学家很感兴趣的扩环产物.环己酮加氧酶也是有用的生物催化剂,由于辅酶再生的问题已被工程菌克服了,所以能像全细胞催化剂那样使用.对酮包括杂环酮进行Baeyer-Villiger氧化和动态动力学拆分,放大这种反应作为合成路线是很有前途的.

手性Salen-Cu(Ⅱ)和噁唑啉-Cu(Ⅱ)配合物催化2-苯基环己酮的不对称Baeyer-Villiger反应研究

对一系列手性Salen和唑啉配体与中心金属Cu(Ⅱ )的配合物催化 2 苯基环己酮的不对称Baeyer Villiger反应进行了研究 ,设计和合成了新型手性配体Ⅲ ,Ⅳ ,Ⅴ ,对配合物Ⅴ Cu(Ⅱ )进行了单晶X射线衍射分析 .并考察了助氧化剂、溶剂等对反应活性和选择性的影响 .

SO_4^(2-)/SnO_2-Fe_2O_3固体酸催化下的环酮Baeyer-Villiger氧化反应及缩合反应(英文)

采用共沉淀的方法制备了不同Fe掺杂量的SO42-/SnO2-Fe2O3固体超强酸催化剂.利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱,粉末X射线衍射(XRD),N2吸附-脱附实验(BET),热重(TG)分析和扫描电镜(SEM)等方法对样品进行了表征.考察了所得催化剂对4-叔丁基环己酮与乙二醇缩合反应的催化性能.实验结果表明,与未经过掺杂改性的SO42-/SnO2固体酸催化剂相比,改性后催化剂的催化性能得到了改善.研究了以Fe/Sn摩尔比为0.5的SO42-/SnO2-Fe2O3固体酸为催化剂,部分醛酮类化合物与乙二醇及1,2-丙二醇的缩合反应.考察了反应时间、催化剂用量等因素对反应的影响.同时,将所得催化剂应用于环酮Baeyer-Villiger氧化反应中,催化剂表现出良好的催化活性,且催化剂具有一定的循环使用性.

PEG6000-OSO_3H催化下酮类的Baeyer-Villiger氧化反应

制备了PEG6000负载氯磺酸催化剂（PEG6000-OSO3H）,利用FTIR、TG和元素分析方法对催化剂进行了表征。研究了以PEG6000-OSO3H为催化剂,质量分数30%的H2O2为氧化剂条件下,酮类的Baeyer-Villiger氧化反应,考察了溶剂、反应温度、反应时间、催化剂用量、氧化剂用量等因素对反应的影响,得到反应的最佳条件为：底物酮0.1 mmol,质量分数为30%的H2O20.3 mmol,催化剂用量10 mg,溶剂1,2-二氯乙烷3 mL,温度70℃,反应时间24 h。在该条件下,一些环酮类底物如2-金刚烷酮、环戊酮、环己酮、2-甲基环己酮、4-甲基环己酮和4-叔丁基环己酮等都可以在温和的条件下被氧化得到相应内酯,且反应具有89%~100%的底物转化率和80%~99%的内酯选择性。通过柱层析方法分离了产物,并进行了1HNMR和13CNMR波谱确证。

Sn掺杂MCM-41介孔分子筛催化环己酮Baeyer-Villiger氧化

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,氨水为碱源,采用水热法合成Si-MCM-41和Sn-MCM-41分子筛,利用X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射(UV-vis)对其进行表征,并系统考察了催化剂Sn的掺杂量、反应温度、催化剂用量、H_2O_2用量、反应时间和溶剂对环己酮Baeyer-Villiger氧化反应的影响。结果表明,Sn与Si物质的量之比为1/50的Sn-MCM-41分子筛具有较好的催化性能。以该分子筛为催化剂,1,4-二氧六环为溶剂,环己酮Baeyer-Villiger氧化合适的反应条件为H_2O_2与环己酮物质的量之比为2,Sn-MCM-41为环己酮质量的10%。在常压、70℃下反应4 h,环己酮的转化率为28.73%,ε-己内酯的选择性为58.92%。

三氟化硼及其硅胶负载物催化下酮类的Baeyer-Villiger氧化反应

考察了三氟化硼及其硅胶负载催化下30%H2O2对酮类的Baeyer-Villiger氧化反应.结果表明,两种催化剂都能在温和条件下催化酮类氧化得到相应的酯和内酯;小分子三氟化硼对2-金刚烷酮、环戊酮、2-甲基环己酮的催化氧化基本实现完全转化,产物内酯的选择性分别达到99%,99%和74%,其对链状的4-甲基-2-戊酮的氧化表现出较好的催化性能,相同条件下底物转化率和产物酯的选择性分别可达25%和99%;硅胶负载三氟化硼催化酮类Baeyer-Villiger氧化反应时,产物内酯的选择性很好,催化剂制备过程简单,并具有较好的重复使用性能.

离子液体催化环己酮Baeyer-Villiger氧化合成ε-己内酯研究型综合化学实验

设计了"离子液体催化环己酮Baeyer-Villiger氧化合成ε-己内酯"研究型综合化学实验,以设计合成的功能化离子液体为催化剂,催化H2O2氧化环己酮的Baeyer-Villiger反应合成ε-己内酯。通过该实验的教学,可以使学生掌握功能化离子液体和ε-己内酯的合成方法,掌握产物的结构表征和定量分析的一般方法,可以培养学生综合运用知识的能力、实践能力和创新思维。该实验集有机合成和仪器分析于一体,实用性和可操作性强,可作为有机化学研究型综合化学实验或开放性实验开设。

环己酮Baeyer-Villiger氧化合成ε-己内酯

通过共沉淀法制备了一系列金属氧化物及复合金属氧化物催化剂,并研究了其对双氧水体系中环己酮Baeyer-Villiger氧化合成ε-己内酯的催化性能。结果表明,在乙腈作为溶剂的体系中,MgO催化剂对环己酮Baeyer-Vil-liger氧化合成ε-己内酯具有最高的催化活性;在n(H2O2)∶n(MgO)∶n(环己酮)为9.6∶0.57∶1、70℃下反应6h,环己酮转化率达82.5%、ε-己内酯选择性达98.7%。

芳酮的Baeyer-Villiger反应机理及动力学研究

研究了用过氧马来酸作氧化剂时芳酮的 Baeyer- Villiger反应机理 ,结果表明其在惰性气体保护下的反应机理为自由基和离子型机理共存。根据这一机理 ,建立了相应的动力学模型 。

生物催化的Baeyer-Villiger氧化反应研究

生物转化具有底物选择性、立构选择性、化学选择性、对映选择性等一般化学反应中不具备的优点,在精细化工中占有很大的优势,其中Baeyer-Villiger氧化反应在生物转化中占有很重要的地位,产生的许多中间体或产物可以被用来生产多种化学产品和药物,在工业生物催化中有很好的应用前景。本文主要对生物转化中的Baeyer-Villiger氧化反应在利用酶或细胞作为催化剂时存在的问题和解决方法以及基因技术的运用近况进行了综述。

CoAl类水滑石催化Baeyer-Villiger氧化反应性能

以苯甲醛/O2体系为氧化体系,研究了CoAl类水滑石材料(Co2Al-LDH)催化酮类化合物Baeyer-Villiger氧化反应的性能。结果表明:Co2Al-LDH在Baeyer-Villiger氧化反应中具有优异的催化活性和底物适用性;以环己酮的氧化为例,在环己酮1 mmol、苯甲醛2 mmol、1,2-二氯乙烷2 mL、Co2Al-LDH 50 mg、O2流量10 mL/min、室温条件下反应6 h,环己酮的转化率和ε-己内酯的选择性均达到99%以上;催化剂重复使用5次后其活性与选择性未见明显降低,表明该催化剂具有较好的稳定性;在Baeyer-Villiger氧化反应中,Co2Al-LDH可能同时促进了苯甲醛向过氧苯甲酸的氧化及过氧苯甲酸与酮反应生成酯的过程,体现了双功能的催化特性。

AlPO_4-5负载溴化铝催化酮的Baeyer-Villiger氧化反应

以异丙醇铝为铝源,正磷酸为磷源,三乙胺作模板剂,采用水热反应合成了AlPO4-5分子筛。应用不同浓度氢溴酸对AlPO4-5分子筛进行化学剪裁,制备AlPO4-5-AlBr3催化剂。FESEM、XRD、N2吸附-脱附等表征结果表明,合成的AlPO4-5是规整的微孔六方棱柱,化学剪裁制备的担载型催化剂AlPO4-5-AlBr3依然保持规整的六方棱柱。催化氧化实验表明,质量分数30%双氧水作为氧化剂,在乙酸乙酯溶剂中,催化剂AlPO4-5-AlBr3对部分环酮具有较好的催化活性。

杂多酸催化环酮的Baeyer-Villiger氧化反应

以30%H2O2作为氧化剂,在温和条件下,考察了三种Keggin型结构的杂多酸催化环酮Baeyer-Villiger氧化反应的性能。结果表明,在选择的三种杂多酸中,硅钨酸表现出最高的催化性能,能使大多数环酮转化成相应的内酯,转化率可以达到90%。并且,在优化反应条件以后,有很好的选择性。催化剂重复使用三次以后,催化活性和选择性并没有明显的降低。在相同条件下,磷钨酸和磷钼酸也表现了良好的催化活性和选择性。利用核磁共振(NMR)对反应后的产物进行了表征。

介孔材料负载杂多酸催化环酮Baeyer-Villiger氧化反应研究

通过直接合成法一步得到了介孔分子筛负载硅钨酸系列催化剂:HSi W/SBA-15,HSi W/MCM-41,HSi W/MCM-48。综合运用FT-IR、XRD、SEM及TEM测试手段对所得催化剂样品的结构进行了表征,结果表明此类催化剂不仅保留了杂多酸的Keggin型结构,也保持了介孔分子筛规则的孔道结构,且杂多酸在载体上高度分散。将此类催化剂应用于环酮类底物的Baeyer-Villiger反应,考察了催化剂的催化性能,结果表明,此类催化剂可作为某些环酮Baeyer-Villiger氧化反应的良好催化剂,且此类催化剂的重复使用性能较好。