手性吡哆醛/吡哆胺催化剂的发展及其仿生催化α-酮酸的不对称转氨化研究

This project will focus on the development of chiral pyridoxal/pyridoxamine catalysts and their applications into biomimetic asymmetric transamination of α-Ketoacids. As an important co-enzyme, Vitamin B6 family including pyridoxal (PL), pyridoxamine (PM), and their phosphate derivatives (PLP and PMP) display highly powerful catalysis capabilities in biological systems. However, the catalysts based on vitamin B6 have rarely been reported yet and their application in asymmetric catalysis still awaits development. On the other hand, amino acids are a class of biologically and chemically significant moleculars. It would be of great interest and highly practical to develop new and efficient methods for the synthesis of chiral amino acids. Enzymatic transamination is the main process to generate amino acids in biological systems and vitamin B6 functionalizes as the co-enzyme in the biological process. It is exactly under the backgroud that we started the research and proposed the project. On the basis of early investigation, we plan to synthetically optimize the stuctures of chiral pyridoxals and pyridoxamines to develop more efficient catalysts for biomimetic asymmetric transamination of α-keto acids in the project. The importance of the research includes: (1) development of a class of novel chiral organocatalytic system inspired by vitamin B6 and successful application of the catalysts into asymmetric catalysis; (2) to realize and develop chiral-pyridoxal/pyridoxamine-catalyzed asymmetric transamination and to contribute an attractive, direct, and efficient method for the synthesis of optically active amino acids; (3) to provide more useful information for further understanding biological transamination process.

本项目致力于手性吡哆醛/吡哆胺催化体系的发展及其仿生催化α-酮酸不对称转氨化的研究。Vitamin B6，即吡哆醛/吡哆胺及其磷酸酯衍生物，在生物体内是一种非常重要的辅酶，有强大催化功能，但基于Vitamin B6的催化体系很少报道，它在不对称催化中的应用更有待发展。另外，氨基酸是一类非常重要的化合物，发展手性氨基酸的合成方法有重要意义和实用价值，氨基酸在生物内主要通过转氨化合成，转氨酶的辅酶正是吡哆醛/吡哆胺。正是在这样的背景下，本项目发展和优化新型手性吡哆醛/吡哆胺催化体系，并第一次实现手性吡哆醛/吡哆胺仿生催化α-酮酸的不对称转氨化。项目的执行有三方面的意义：(1) 发展手性吡哆醛/吡哆胺催化体系并实现它们在不对称催化中的应用；(2) 实现吡哆醛/吡哆胺仿生催化α-酮酸的不对称转氨化，发展手性氨基酸的高效、绿色的新合成方法；(3)该研究有助于进一步深入理解生物转氨化过程。

Vitamin B6，即吡哆醛/吡哆胺及其磷酸酯衍生物，在生物体内是一种非常重要的辅酶，有强大催化功能，但基于Vitamin B6的催化体系很少报道，它在不对称催化中的应用更有待发展。另外，氨基酸是一类非常重要的化合物，发展手性氨基酸的合成方法有重要意义和实用价值，氨基酸在生物内主要通过转氨化合成，转氨酶的辅酶正是吡哆醛/吡哆胺。正是在这样的背景下，本项目发展和优化新型手性吡哆醛/吡哆胺催化体系，实现吡哆醛/吡哆胺仿生催化α-酮酸、α-酮酰胺、三氟甲基酮的不对称转氨化。利用α-酮酸的不对称转氨化, 可以61-98% 的产率最高91%的ee值得到手性非天然的α-氨基酸，α-酮酰胺的转氨化产物手性多肽最高ee值可以达99%，手性底物dr值可以高达99：1，三氟甲基酮的转氨化产率最高达98%，最高ee值可以达95%，为手性氨基酸、手性多肽、手性α-三氟甲基胺的制备提供了一种高效、绿色的新合成方法。通过手性吡哆醛催化体系实现了羰基催化的新型催化模式，利用发展的手性吡哆醛催化体系实现了甘氨酸酯的仿生不对称Mannich 反应和不对称共轭加成反应，催化剂能像酶一样在含水体系中催化甘氨酸酯对亚胺的不对称加成，高活性、高对映选择性地得到一系列手性的,-二氨酸酯类化合物，产物的对映选择性（99% ee）和非对映选择性（dr > 20:1）都很优秀，是合成手性α，β-二氨酸衍生物的一种非常有效的方法。利用发展的手性吡哆醛催化体系实现了甘氨酸酯对α，β-不饱和酯的不对称共轭加成反应，可高效的合成手性焦谷氨酸类衍生物。发展的羰基催化模式是一种与烯胺催化过程相反的催化策略，它用羰基化合物（醛或酮）来催化伯胺的α-官能团化，实现由简单的伯胺一步合成各种重要的、结构更加复杂的胺类化合物。作为一种新的催化模式，它将带来一系列新的转化。