酰化酶催化的醛酮缩合/加成/缩合环化多步串联方法及其催化机理

有机介质中酶催化反应多功能性的发现拓展了酶促方法在有机合成新应用，酶促多步串联方法建立将为高效、环境友好和经济的合成方法提供新选择；项目主要研究酰化酶单酶催化醛酮的缩合/Michael加成/成环多步串联的方法，深入认识酰化酶在有机介质中催化多功能性，特别是催化醛酮双组份缩合以及进一步进行多键的形成反应，建立酰化酶催化多步串联的合成方法；项目将系统研究酰化酶的类别、反应底物结构与双组份多键形成反应的催化活性关系，讨论有机介质等条件对酰化酶催化醛酮双组份反应多功能性的影响与调控；通过空白实验与对照实验、反应动力学研究、反应影响因素的考察、单酶催化醛酮双组份多键形成反应机理探讨，深入认识酰化酶的催化特性；并选择脂肪醛、芳香醛、含杂环醛与丙酮、丁酮和二酮等化合物反应，合成一类含有环己烯酮结构的化合物。

有机介质中多功能性酶催化的反应在有机合成领域中有重要的应用前景，特别是酶促多步串联的方法可以实现复杂化合物更加高效、环境友好和经济可行的合成。本项目围绕原定计划，主要完成了以下四部分的研究内容。其中第一部分研究了D-氨基酰化酶（D-aminoacylase，简写DA酶）在咪唑存在下催化芳香醛与酮的Claisen-Schmidt反应，该反应是多步合成环己烯酮过程的第一步，我们分别对酰化酶催化的Claisen-Schmidt反应的溶剂、酶种类、添加剂、反应温度、酶量、反应时间等多种因素与酶催化活性之间关系进行优化研究，并以不同的醛和酮作为起始底物，合成了15种具有较高顺反异构选择性的产物。第二部分研究了DA酶催化芳香醛与酮多步串联合成环己烯酮衍生物的反应，考察了多种反应条件与酶催化活性之间的关系，合成了15种环己烯酮的产物，并验证了D-氨基酰化酶/咪唑催化合成环己烯酮反应的机理。而第三部分则对环己烯酮衍生物的合成方法进行了扩展，项目组发现L-赖氨酸/咪唑催化体系也可以有效地合成环己烯酮衍生物，通过反应优化后，以较高的产率成功地合成了15种产物。第四部分研究是在认识酰化酶催化多组份反应合成环己烯酮反应的原理基础上，对其底物进行改变而发现的一类新反应。在DA酶催化醛、腈基乙酰胺及酮的三组份新反应中，通过对反应参数的合理调节，可以分别有效地合成二氢吡啶-2-酮衍生物、吡啶-2-酮衍生物、以及同时合成吡啶-2-酮衍生物和α-烷基腈衍生物。这几类产物在有机合成研究中都具有极高的应用价值。项目组对该系列反应进行了优化，并以扩展底物合成了40余种不同结构的吡啶酮衍生物和α-烷基腈衍生物。此外还设计了一系列实验来验证该多组分反应的过程和机理。. 经过三年努力，本项目已完成了预定的研究任务，已在《Advanced Synthesis & Catalysis》，《Amino Acids》，《Biochimie》等期刊上发表SCI论文11篇，获得国家发明专利授权3项，在国内外会议上做口头报告6篇。上述几类氨基酰化酶催化的多组分反应都是项目组最新发现的，这些反应都是水解酶催化的新功能，这些成果将进一步加深了人们对酶催化多功能性的认识，拓展酶促合成的应用。