绿色溶剂与高效催化剂——D-木糖酸催化合成二氢嘧啶酮/硫酮类化合物

作为生物质精炼和制浆工业副产物----木聚糖类半纤维素，来源广泛却未合理高效利用。近年来，华南理工大学孙润仓教授、彭新文副教授一直致力于该类生物质资源的高值转化利用研究。D-木糖酸作为半纤维素的重要衍生物之一，具有环境友好性、生物兼容性、无毒及可降解性等优点，可以克服目前催化剂设备腐蚀、避免贵金属使用及排放造成污染环境的弊端。众所周知，高效、经济、环保的催化反应是实现绿色化学的重要途径。组合化学反应具有操作简单、反应连续及高原子经济性等优点，在药物合成、组合化学、天然产物合成和材料科学等领域备受关注。

图1 D-木糖酸催化二氢嘧啶酮/硫酮类化合物、5-苯基-1[(4-甲氧基苯基)-氨基]-1H-吡咯-2(5H)-酮和12-苯基-9,9-二甲基-8,9,10,12-苯并[a]吨-11-酮化合物（左图）及其反应机理（右图）

最近，彭新文副教授及硕士研究生马纪亮朝这个目标迈进了一步，他们通过三组分反应----以醛、β-羰基类化合物和脲或硫脲为底物合成了二氢嘧啶酮/硫酮类化合物。研究发现，在此反应中芳香醛类化合物反应活性最高，产物最高产率达到93%；不论芳香醛上的取代基是吸电子基团还是供电子基团，其与β-羰基类化合物和尿素缩合均能得到较高的产率；而脂肪醛参与的此反应相对于芳香醛来说，产率相对偏低，这可能是在反应过程中芳香醛类化合物可形成稳定的共轭体系过渡态所致。他们提出了D-木糖酸有助于苯甲醛和脲首先生成酰基亚胺正离子中间体，然后与乙酰乙酸乙酯发生缩合反应得到一个开链的酰脲，经过进一步环化、脱水得到3,4-二氢嘧啶-2（1H）-酮的反应机理。另外，在本研究中D-木糖酸良好的催化活化性能通过合成5-苯基-1[(4-甲氧基苯基)-氨基]-1H-吡咯-2(5H)-酮和12-苯基-9,9-二甲基-8,9,10,12-苯并[a]吨-11-酮化合物均被再次证明。

图2 生物质资源木聚糖类半纤维素降解氧化制备D-木糖酸

图3 D-木糖酸催化Biginelli反应制备二氢嘧啶酮类化合物可作为药物的前驱体

图4 D-木糖酸催化Biginelli反应制备的二氢嘧啶酮类化合物

图5 D-木糖酸催化合成5-苯基-1[(4-甲氧基苯基)-氨基]-1H-吡咯-2(5H)-酮

图6 D-木糖酸催化合成12-苯基-9,9-二甲基-8,9,10,12-苯并[a]吨-11-酮化合物

该方法具有反应条件温和、操作简便、环境友好和收率高等优点。与使用传统的催化剂和溶剂合成二氢嘧啶酮/硫酮类化合物的方法相比，该方法使用的D-木糖酸扮演着弱酸催化剂和绿色溶剂的双重角色，提高了生物质资源利用率及化学反应原子经济性，在合成方面具有广泛的应用前景。此外，彭新文副教授带领的研究小组继续开展了此类催化剂催化碳水化合物转化为糠醛、羟甲基糠醛等平台化合物方面的研究工作。

该研究成果发表于《Green Chem.》上。

http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/GC/C5GC01727K

原文标题：D-xylonic Acid: A Solvent and Effective Biocatalyst for Three-component Reaction