摘要：

五配位磷是生命过程中的反应过渡态和中间体,N-磷酰化氨基酸自组装成肽也经过五配位磷的中间体,研究含有氨基酸的五配位磷意义重大,研究五配位磷化合物立体化学互变异构的热动力学性质有助于进一步揭示生命体内酶的手性催化机理.我们设计合成系列氨基酸五配位双螺环磷烷作为研究生命体内五配位磷化合物的模型. 本论文采用新的一锅法合成系列氨基酸双螺环五配位磷烷(P-AAs).由于P-AAs非对映异构体容易发生互变,因此分离十分麻烦.本论文首次结合正相硅胶柱层析法与多次重结晶法成功分离获得9种氨基酸双螺环五配位磷非对映异构体.P-AAs原子数目很多(特别是芳香碳),本论文通过核磁,高分辨质谱及X-射线衍射等手段进行结构鉴定.由于目前仍无法得到4a,4b,5a,5b的单晶,但系列P-AAs的31P{H}NMR谱图相似,本论文结合量子化学计算进一步确定了31P{H}NMR的耦合常数与五配位磷绝对构型的内在关系,最终关联确定出化合物4a,5a,4b,5b的绝对构型. 在研究P-AAs的电喷雾质谱碎片裂解反应中发现,[P-AAs+H]+与[P-AAs+Na]+的气相反应性质有很大的不同.在[P-AAs+H]+的碎片反应中,(1)同位素(15N和2H)标记技术与高分辨FTICR-MSn在新型离子的结构确定中起了关键性作用,同时发现了小自由基丢失;(2)与其它P-AAs不同的是P-Gly,P-Ala的P-O键比P-N键更容易断开,这可能揭示了磷酰转移反应中P-N,P-O键的选择性裂解.在[P-AAs+Na]+的碎片反应中,P-N键比P-O键更容易断.此外,应用量子化学方法计算了产物离子及碎片反应的相对吉布斯自由能(G),并解释了碎片反应机理.在一定程度上P-AAs的ESI-MSn可以模型研究磷酰基转移酶活化位点的P-N,P-O键裂解. P-(L)Phe(4a,4b)的热动力学性质研究采用核磁共振方法.在常温条件下,4a,4b溶液缓慢互变异构最终平衡,4a与4b的互变是可逆一级反应,且其正逆反应速率常数几乎相等.4a在8种不同溶剂中都发生立体化学异构且速率不同;在苯溶剂中4a/4b的平衡比发生了明显变化;在丙酮,四氢呋喃及吡啶溶剂中出现了另外两种非对映异构体4a′与4b′,且4a′,4b′在丙酮中的比例最高.在不同温度下,平衡常数变化不大;反应速率随温度的变化十分明显;当温度为-50C时,体系仍能克服能垒发生假旋转互变异构,由此可见互变反应能垒不是很高;同时也求出了4a,4b正逆反应的速率常数及热力学参数. P-(L)Phe非对映异构体在不同溶剂中互变的机理并不相同.氯仿溶剂中的互变异构可 能经过Turnstile旋转过程;丙酮溶剂中的互变异构可能经过M3旋转过程;此外,互变异构过程也可能经过四配位内盐的中间体. 本论文运用固体CD光谱(Circular Dichroism)研究氨基酸五配位磷化合物P-AAs的浓度效应并对其进行绝对构型关联,此外运用液体CD研究P-Phe在不同溶剂中的稳定性,发现非对映异构体在溶液中会发生构型互变,最后达到平衡.相同化合物的固体,液体CD光谱并不相同且cotton效应也不完全一样. 由于我们研究的五配位磷化合物含有生命体内的-氨基酸,因此这与生命体内磷酰基转移反应的五配位磷中间体更接近.研究五配位磷的立体化学异构,如P-Phe在不同溶剂环境中的互变,在一定程度上可以模拟生命体内酶经过的五配位磷过渡态在不同生理环境下发生的手性催化过程,即调控五配位磷N,O原子的亲顶性及五配位磷的/构型,从而调控催化反应的立体化学选择性.

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