基于电化学介导亚砜叶立德的偕二硒化反应合成新型有机硒化合物的研究

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背景:硒(selenium,Se)是瑞典化学家约恩斯·雅各布·贝泽利厄斯于1817年发现的一种对人类和动物都必不可少的元素。由于硒在地壳中的含量很低(0.05 ppm),因此被视为一种微量元素。硒以有机和无机两种形式存在,无机形态包括元素硒、金属硒化物和硒酸盐;有机形态则是硒与碳(甲基化合物、硒氨基酸、硒蛋白)结合或硒与碳(硒蛋氨酸、硒半胱氨酸)共价结合的化合物。通过查阅相关报道,我们发现有机硒化物通常比无机硒化物毒性小,且常见于生物样品中,此外,有机硒化物在生物医药领域发挥着越来越重要的作用,如抗肿瘤、抗癌、抗炎等,因此,开发一些有效构筑新型有机硒化物的新策略就显得尤为重要。传统合成有机硒化合物的主要方法通常需要昂贵的过渡金属、当量的外加氧化剂或者其他环境不友好的化学试剂,然而随着合成化学的高速发展,环境问题也开始逐渐严重化,在这种背景下,开发一些新型、绿色且高效地合成有机硒化物的新策略成为了现今的热点之一。近年来,一些新兴的合成策略开始进入化学家们的视线,其中电化学策略由于其独特的优势,广受众多科研工作者们的关注。硫叶立德——具有被一个相邻的正硫离子所稳定的负碳离子结构,根据其化学结构可分为四类:硫叶立德、亚砜叶立德、磺酰叶立德和亚磺酰叶立德。此类化合物常作为烷基化反应或者酰基化反应的底物,所生成的产物通常具有更高的稳定性和实用性,此外,该类化合物还在环氧化、氮化、重排和烯化反应中具有较为广泛的应用。因此,我们尝试基于电化学氧化策略这一新型的反应模式,以亚砜叶立德和二硒醚为底物,高效构建一系列具有潜在药用价值的偕二硒化合物。目的:1、从具有羧酸基团的化合物出发,构筑一系列亚砜叶立德化合物;同时合成一系列具有不同电子效应取代基的二硒醚类底物,并对这些化合物进行简单的结构确证。2、以电化学氧化策略这一反应模式,尝试实现亚砜叶立德与二硒醚底物的硒化反应,并对反应进行优化,以较为优良的收率得到一系列有机硒化物。3、将以上合成策略应用于一些具有生物活性的药物分子衍生结构,高效构建一系列具有潜在药用价值的有机硒化合物,并对这些化合物进行稳定性和实用性的考察。方法:1、通过对羧酸底物的酰氯化,并将其进一步与三甲基碘化亚砜进行偶联,构筑不同取代基的亚砜叶立德底物。通过核磁共振、高分辨质谱对所合成的产物进行结构表征。2、非分隔反应槽为容器,石墨作为阳极,铂作为阴极,四丁基碘化铵作为电解质,通过对亚砜叶立德和二硒醚底物在常温下进行恒流电解,构筑一系列偕二硒化合物,并通过控制实验和自由基捕捉实验对反应的机理进行深入探讨。结果:我们以电化学氧化策略为关键技术,合成不同官能团取代的31种偕二硒化合物,为构建潜在抗肿瘤药物的先导化合物库提供了绿色、高效的合成途径和化合物基础。这些化合物均通过核磁共振和高分辨质谱对所合成的产物进行结构表征,此外,通过探究我们发现在空气氧化条件下也可以实现这些化合物的构筑,因此我们分别以两种不同的反应条件对构筑这些化合物进行了一个对比,最终发现电化学氧化策略优于空气氧化策略。并且在电氧化条件下,该反应还可以通过“一锅法”,从羧酸原料出发实现克级规模的制备,以63%的收率得到目标产物。通过一系列的机理实验探究,我们也在一定程度上对该反应的机制有了大致的思路。结论:基于电化学策略可以稳定、有效且环境友好地构筑一系列偕二硒化合物,且该电化学反应策略可以兼容不同官能团取代的亚砜叶立德底物以及不同取代基的二硒醚化合物;然而,在空气氧化作用下,虽然标准底物也可以实现相对较高收率的目标产物生成,但在对其进行普适性考察时表现出了较差的结果,因此电化学策略相对优于空气氧化策略。此外,基于电化学条件下的克级实验结果显示该电氧化策略具有潜在的应用价值。综上所述,我们以电化学氧化策略为关键技术,合成了不同官能团取代的31种偕二硒化合物,为构建潜在抗肿瘤药物的先导化合物库提供了绿色、高效的合成途径和化合物基础。
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