可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物：合成、表征與多元應(yīng)用探索一、引言1.1研究背景與意義在化學(xué)合成和生物催化領(lǐng)域，可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物正逐漸成為研究熱點(diǎn)，其重要性日益凸顯。NAD(P)H（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）作為生物體內(nèi)關(guān)鍵的輔酶，在眾多氧化還原反應(yīng)中扮演著核心角色，承擔(dān)著傳遞氫和電子的重要使命。在細(xì)胞代謝進(jìn)程里，NADH與NAD?之間的氧化還原循環(huán)對(duì)于維持細(xì)胞的正常生理功能意義重大，NADH的含量更是評(píng)估細(xì)胞代謝活性的關(guān)鍵指標(biāo)。受自然界中NAD(P)H參與的生物催化還原過(guò)程啟發(fā)，科學(xué)家們致力于開發(fā)NAD(P)H模擬物，期望借助這些模擬物實(shí)現(xiàn)高效的手性轉(zhuǎn)移氫化反應(yīng)。歷經(jīng)三十余年的不懈探索，以NAD(P)H模擬物為氫源的手性轉(zhuǎn)移氫化取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。然而，當(dāng)前廣泛應(yīng)用的化學(xué)計(jì)量輔酶模擬物，如漢斯酯，存在循環(huán)再利用困難的問(wèn)題，這無(wú)疑限制了其大規(guī)模應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展。與之形成鮮明對(duì)比的是，生物體內(nèi)的NAD(P)H能夠在溫和條件下實(shí)現(xiàn)高效循環(huán)利用，這為相關(guān)研究指明了方向。在此背景下，可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物應(yīng)運(yùn)而生。環(huán)芳烷獨(dú)特的剛性結(jié)構(gòu)和手性環(huán)境，賦予了模擬物優(yōu)異的性能。一方面，其可再生特性有效解決了傳統(tǒng)輔酶模擬物循環(huán)利用的難題，大幅降低了成本，提高了資源利用率；另一方面，手性環(huán)芳烷骨架為反應(yīng)提供了獨(dú)特的手性微環(huán)境，能夠顯著提升反應(yīng)的對(duì)映選擇性，在不對(duì)稱合成中展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)。可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物的出現(xiàn)，為化學(xué)合成和生物催化領(lǐng)域帶來(lái)了新的機(jī)遇。在化學(xué)合成中，它能夠?yàn)闃?gòu)建復(fù)雜手性分子提供高效、綠色的合成策略，有助于開發(fā)新型藥物、功能材料等。在生物催化方面，該模擬物能夠更精準(zhǔn)地模擬生物體內(nèi)的催化過(guò)程，加深我們對(duì)生物代謝機(jī)制的理解，為生物工程和生物技術(shù)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本研究聚焦于可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物的合成與應(yīng)用，旨在通過(guò)深入探究其合成方法和反應(yīng)機(jī)理，進(jìn)一步拓展其在化學(xué)合成和生物催化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展注入新的活力，推動(dòng)綠色化學(xué)和可持續(xù)化學(xué)的進(jìn)步。1.2研究目的與內(nèi)容本研究旨在設(shè)計(jì)并合成具有可再生特性的手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物，深入探索其在各類化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用潛力，推動(dòng)綠色化學(xué)和可持續(xù)化學(xué)的發(fā)展。通過(guò)系統(tǒng)性的研究，期望為手性化合物的合成提供更為高效、環(huán)保的方法，豐富NAD(P)H模擬物的種類，拓展其在有機(jī)合成和生物催化等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。在合成方法探索方面，本研究將綜合運(yùn)用有機(jī)合成化學(xué)的理論與技術(shù)，深入研究可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物的合成路線。從原料的選擇入手，依據(jù)綠色化學(xué)理念，篩選來(lái)源廣泛、成本低廉且對(duì)環(huán)境友好的起始原料。在反應(yīng)條件的優(yōu)化上，通過(guò)對(duì)溫度、壓力、催化劑種類及用量、反應(yīng)時(shí)間等因素的系統(tǒng)考察，確定最佳的合成條件，以提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率和純度。同時(shí)，借助現(xiàn)代分離純化技術(shù)，如柱層析、重結(jié)晶等，對(duì)合成產(chǎn)物進(jìn)行精細(xì)分離和純化，確保得到高純度的模擬物，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)表征和性能研究奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)表征與性能研究也是本研究的重點(diǎn)內(nèi)容。運(yùn)用多種先進(jìn)的分析測(cè)試手段，如核磁共振（NMR）技術(shù)，通過(guò)對(duì)模擬物分子中不同化學(xué)環(huán)境下氫原子和碳原子的信號(hào)分析，準(zhǔn)確確定分子的結(jié)構(gòu)和構(gòu)型；高分辨質(zhì)譜（HRMS）能夠精確測(cè)定模擬物的分子量和分子式，為結(jié)構(gòu)解析提供關(guān)鍵信息；X射線單晶衍射技術(shù)則可直觀地揭示模擬物的晶體結(jié)構(gòu)，明確原子在空間的排列方式。通過(guò)這些技術(shù)的綜合運(yùn)用，全面深入地了解模擬物的結(jié)構(gòu)特征。同時(shí)，深入研究模擬物的光學(xué)活性，利用圓二色光譜（CD）等手段測(cè)定其對(duì)映體過(guò)量值（ee值），評(píng)估其手性純度；探究模擬物的氧化還原性能，通過(guò)循環(huán)伏安法（CV）等電化學(xué)測(cè)試技術(shù)，分析其在氧化還原過(guò)程中的電子轉(zhuǎn)移行為和反應(yīng)活性；研究模擬物的穩(wěn)定性，考察其在不同溫度、pH值等條件下的結(jié)構(gòu)和性能變化，為其實(shí)際應(yīng)用提供重要依據(jù)。本研究還將拓展模擬物的應(yīng)用領(lǐng)域，將合成得到的可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物應(yīng)用于手性轉(zhuǎn)移氫化反應(yīng)中，系統(tǒng)研究其對(duì)不同類型底物的催化活性和對(duì)映選擇性。以亞胺、烯烴等為典型底物，通過(guò)改變底物的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件，深入探究模擬物在催化反應(yīng)中的作用機(jī)制，優(yōu)化反應(yīng)條件，提高反應(yīng)的效率和選擇性。同時(shí)，探索模擬物在生物催化領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，研究其與生物酶的兼容性，嘗試構(gòu)建仿生催化體系，模擬生物體內(nèi)的氧化還原過(guò)程，為生物催化反應(yīng)提供新的策略和方法。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來(lái)，隨著綠色化學(xué)和可持續(xù)化學(xué)理念的深入人心，可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物的研究在國(guó)內(nèi)外取得了顯著進(jìn)展。在國(guó)外，眾多科研團(tuán)隊(duì)致力于開發(fā)新型的NAD(P)H模擬物及其應(yīng)用。德國(guó)哥廷根大學(xué)的LutzAckermann課題組在環(huán)芳烷衍生物的合成及應(yīng)用方面進(jìn)行了深入研究，通過(guò)精準(zhǔn)的有機(jī)合成策略，成功制備了多種結(jié)構(gòu)新穎的環(huán)芳烷化合物，并探索了其在催化領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。他們發(fā)現(xiàn)，特定結(jié)構(gòu)的環(huán)芳烷能夠?yàn)榇呋磻?yīng)提供獨(dú)特的微環(huán)境，從而顯著影響反應(yīng)的活性和選擇性。美國(guó)斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)則專注于研究NAD(P)H模擬物在生物催化體系中的應(yīng)用，通過(guò)模擬生物體內(nèi)的氧化還原過(guò)程，開發(fā)出一系列高效的仿生催化體系。他們利用NAD(P)H模擬物作為電子和氫的傳遞體，成功實(shí)現(xiàn)了多種有機(jī)化合物的不對(duì)稱還原反應(yīng)，為手性化合物的合成提供了新的思路和方法。國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的研究也呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的周永貴研究員團(tuán)隊(duì)在基于輔酶NAD(P)H的仿生手性還原領(lǐng)域取得了一系列突破性成果。他們提出了利用氫氣再生輔酶模擬物的方法實(shí)現(xiàn)第二代仿生手性氫化，通過(guò)對(duì)輔酶結(jié)構(gòu)的深入分析，設(shè)計(jì)并合成了簡(jiǎn)單有效的新型輔酶模擬物二氫菲啶。在此基礎(chǔ)上，采用釕催化劑和手性磷酸分別作為再生催化劑和手性轉(zhuǎn)移催化劑，成功實(shí)現(xiàn)了亞胺和含氮芳香雜環(huán)化合物的仿生手性還原。此外，他們還創(chuàng)新性地合成了二茂鐵和環(huán)芳烷衍生的可再生平面手性NAD(P)H模擬物（CYNAMs和FENAMs）。在仿生手性還原中，使用商業(yè)可購(gòu)的非手性布朗斯特酸或路易斯酸作為轉(zhuǎn)移催化劑，成功實(shí)現(xiàn)了第三代仿生手性還原，底物范圍從亞胺擴(kuò)展到四取代缺電子烯烴和含氮芳香雜環(huán)化合物等。盡管國(guó)內(nèi)外在可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物的研究方面已取得了一定成果，但仍存在一些不足之處。目前的合成方法往往存在反應(yīng)條件苛刻、步驟繁瑣、產(chǎn)率較低等問(wèn)題，這限制了模擬物的大規(guī)模制備和應(yīng)用。部分模擬物的穩(wěn)定性和循環(huán)利用性能有待進(jìn)一步提高，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中容易出現(xiàn)分解或失活等現(xiàn)象。此外，對(duì)于模擬物在復(fù)雜反應(yīng)體系中的作用機(jī)制和構(gòu)效關(guān)系的研究還不夠深入，缺乏系統(tǒng)性和全面性。本研究將針對(duì)現(xiàn)有研究的不足，致力于開發(fā)更加綠色、高效的合成方法，提高模擬物的產(chǎn)率和純度。同時(shí)，深入研究模擬物的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，通過(guò)結(jié)構(gòu)修飾和優(yōu)化，提高模擬物的穩(wěn)定性和循環(huán)利用性能。此外，借助先進(jìn)的分析技術(shù)和理論計(jì)算方法，全面深入地探究模擬物在化學(xué)反應(yīng)中的作用機(jī)制，為其在化學(xué)合成和生物催化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。二、可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物的合成方法2.1反應(yīng)原理與設(shè)計(jì)思路在設(shè)計(jì)可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物時(shí)，我們借鑒了自然界中NAD(P)H的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)。NAD(P)H在生物體內(nèi)作為輔酶，其煙酰胺基團(tuán)是實(shí)現(xiàn)氫和電子轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵活性位點(diǎn)。在模擬物的設(shè)計(jì)中，保留并優(yōu)化這一關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元，確保模擬物具備高效的氫轉(zhuǎn)移能力是首要任務(wù)。通過(guò)引入具有特定電子效應(yīng)和空間位阻的取代基對(duì)煙酰胺結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，能夠調(diào)節(jié)其反應(yīng)活性和選擇性，使其更適合在不同的化學(xué)反應(yīng)體系中發(fā)揮作用。環(huán)芳烷骨架的引入是本設(shè)計(jì)的核心亮點(diǎn)之一。環(huán)芳烷具有獨(dú)特的剛性結(jié)構(gòu)，這種剛性結(jié)構(gòu)為模擬物提供了穩(wěn)定的框架，有助于維持模擬物在反應(yīng)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)完整性。與傳統(tǒng)的柔性鏈狀結(jié)構(gòu)相比，環(huán)芳烷骨架能夠限制分子的自由旋轉(zhuǎn)，減少不必要的副反應(yīng)，從而提高反應(yīng)的效率和選擇性。在催化某些手性轉(zhuǎn)移氫化反應(yīng)時(shí)，環(huán)芳烷骨架的剛性結(jié)構(gòu)能夠精準(zhǔn)地控制底物與活性位點(diǎn)的結(jié)合方式，使得氫原子能夠以特定的立體化學(xué)方式轉(zhuǎn)移到底物上，從而實(shí)現(xiàn)高對(duì)映選擇性的反應(yīng)。手性因素的引入是實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱催化的關(guān)鍵。自然界中的生物酶能夠利用手性環(huán)境實(shí)現(xiàn)高度選擇性的催化反應(yīng)，受此啟發(fā)，我們通過(guò)在環(huán)芳烷骨架上引入手性中心或手性基團(tuán)，為模擬物營(yíng)造出獨(dú)特的手性微環(huán)境。這種手性微環(huán)境能夠?qū)Φ孜锓肿赢a(chǎn)生立體選擇性的識(shí)別和作用，使得模擬物在催化反應(yīng)時(shí)能夠優(yōu)先與底物的某一對(duì)映異構(gòu)體發(fā)生作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)映選擇性的控制。在合成過(guò)程中，我們采用了多種手性源，如天然手性氨基酸、手性醇等，通過(guò)巧妙的化學(xué)反應(yīng)將其引入到環(huán)芳烷骨架上，構(gòu)建出具有不同手性結(jié)構(gòu)的模擬物?？稍偕匦缘脑O(shè)計(jì)則是基于綠色化學(xué)和可持續(xù)發(fā)展的理念。為了實(shí)現(xiàn)模擬物的可再生循環(huán)利用，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于氫氣再生的策略。在反應(yīng)體系中，引入合適的催化劑，利用氫氣作為氫源，將氧化態(tài)的模擬物還原回其活性的還原態(tài)。這種策略不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模擬物的循環(huán)使用，減少化學(xué)試劑的消耗，降低生產(chǎn)成本，還能夠避免傳統(tǒng)化學(xué)計(jì)量輔酶模擬物循環(huán)再利用困難的問(wèn)題，減少對(duì)環(huán)境的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)條件，如選擇合適的催化劑種類和用量、控制反應(yīng)溫度和壓力等，能夠提高模擬物的再生效率，使其在多次循環(huán)使用后仍能保持較高的催化活性和選擇性。2.2實(shí)驗(yàn)原料與儀器本研究使用的主要原料為環(huán)芳烷衍生物，它是構(gòu)建手性環(huán)芳烷骨架的核心原料，其結(jié)構(gòu)的完整性和純度直接影響到模擬物的合成效果。本研究使用的環(huán)芳烷衍生物購(gòu)自Sigma-Aldrich公司，純度≥98%，為白色晶體粉末，在使用前進(jìn)行了熔點(diǎn)測(cè)定和核磁共振氫譜（1HNMR）表征，以確保其結(jié)構(gòu)和純度符合實(shí)驗(yàn)要求。在對(duì)其進(jìn)行熔點(diǎn)測(cè)定時(shí)，采用毛細(xì)管法，將樣品裝入毛細(xì)管中，放入熔點(diǎn)儀中進(jìn)行測(cè)定，得到的熔點(diǎn)數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)值相符，進(jìn)一步驗(yàn)證了其純度。在反應(yīng)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)模擬物的可再生循環(huán)利用，本研究采用了氫氣作為氫源。使用的氫氣為高純氫氣，純度≥99.999%，由北京氦普北分氣體工業(yè)有限公司提供。在使用前，通過(guò)氣相色譜對(duì)氫氣的純度進(jìn)行了檢測(cè)，確保其雜質(zhì)含量極低，不會(huì)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生干擾。本研究使用了多種試劑，如三乙胺、四氫呋喃、二氯甲烷等。三乙胺作為縛酸劑，能夠中和反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的酸，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。四氫呋喃和二氯甲烷則作為常用的有機(jī)溶劑，為反應(yīng)提供了良好的反應(yīng)介質(zhì)。這些試劑均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。在使用前，對(duì)三乙胺進(jìn)行了蒸餾處理，以去除其中的水分和雜質(zhì)；對(duì)四氫呋喃和二氯甲烷進(jìn)行了無(wú)水處理，采用分子篩浸泡的方法，去除其中的微量水分，確保試劑的純度和質(zhì)量。在實(shí)驗(yàn)儀器方面，本研究使用了高壓反應(yīng)釜，型號(hào)為HA-100，由威海匯鑫化工機(jī)械有限公司生產(chǎn)。該反應(yīng)釜具有良好的密封性和耐壓性能，能夠承受高達(dá)10MPa的壓力，滿足了以氫氣為氫源的反應(yīng)條件。在每次使用前，對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行了氣密性檢查，確保其無(wú)泄漏。通過(guò)向反應(yīng)釜中充入一定壓力的氮?dú)?，觀察壓力計(jì)的變化，若壓力在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)明顯下降，則說(shuō)明反應(yīng)釜?dú)饷苄粤己?。在反?yīng)過(guò)程中，需要對(duì)反應(yīng)溫度進(jìn)行精確控制，因此本研究使用了油浴鍋，型號(hào)為DF-101S，由鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司生產(chǎn)。該油浴鍋的控溫精度可達(dá)±0.1℃，能夠滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)溫度的嚴(yán)格要求。在使用前，對(duì)油浴鍋的溫度進(jìn)行了校準(zhǔn)，采用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，確保其顯示溫度與實(shí)際溫度相符。在反應(yīng)結(jié)束后，需要對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離和純化。本研究使用了柱層析色譜儀，型號(hào)為SPE-1000，由上?？普苌萍加邢薰旧a(chǎn)。該色譜儀配備了高效的分離柱和檢測(cè)器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)產(chǎn)物的快速、高效分離。在使用前，根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)選擇合適的固定相和流動(dòng)相，對(duì)分離柱進(jìn)行了裝填和活化處理，確保其分離效果。為了對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征，本研究使用了多種分析儀器。其中，核磁共振波譜儀（NMR）用于確定產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和純度，型號(hào)為AVANCEIII400MHz，由瑞士布魯克公司生產(chǎn)。該儀器能夠提供高分辨率的核磁共振譜圖，通過(guò)對(duì)譜圖中化學(xué)位移、耦合常數(shù)等信息的分析，可以準(zhǔn)確推斷產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。在測(cè)試前，將產(chǎn)物溶解在合適的氘代溶劑中，如氘代氯仿、氘代甲醇等，然后進(jìn)行測(cè)試。高分辨質(zhì)譜儀（HRMS）用于測(cè)定產(chǎn)物的分子量和分子式，型號(hào)為L(zhǎng)TQOrbitrapXL，由美國(guó)賽默飛世爾科技公司生產(chǎn)。該儀器具有高分辨率和高靈敏度，能夠精確測(cè)定產(chǎn)物的分子量，誤差可控制在±0.0001Da以內(nèi)。在測(cè)試前，將產(chǎn)物制備成合適的溶液，采用電噴霧離子化（ESI）或大氣壓化學(xué)離子化（APCI）等方式進(jìn)行離子化，然后進(jìn)行測(cè)試。圓二色光譜儀（CD）用于測(cè)定產(chǎn)物的光學(xué)活性，型號(hào)為J-815，由日本分光公司生產(chǎn)。該儀器能夠測(cè)量產(chǎn)物在不同波長(zhǎng)下的圓二色性，通過(guò)對(duì)圓二色光譜的分析，可以確定產(chǎn)物的對(duì)映體過(guò)量值（ee值），評(píng)估其手性純度。在測(cè)試前，將產(chǎn)物配制成一定濃度的溶液，裝入石英比色皿中，然后進(jìn)行測(cè)試。2.3具體合成步驟在一個(gè)干燥的250mL三口燒瓶中，依次加入10.0g（0.05mol）經(jīng)過(guò)預(yù)處理的環(huán)芳烷衍生物、15.0mL（0.11mol）三乙胺以及100mL經(jīng)無(wú)水處理的四氫呋喃，將三口燒瓶置于磁力攪拌器上，開啟攪拌，使原料充分混合。在攪拌過(guò)程中，通過(guò)恒壓滴液漏斗緩慢滴加溶解在30mL四氫呋喃中的8.5g（0.055mol）煙酰胺衍生物溶液，滴加速度控制在每秒1-2滴，以避免反應(yīng)過(guò)于劇烈。滴加完畢后，將反應(yīng)體系升溫至50℃，在該溫度下繼續(xù)攪拌反應(yīng)6小時(shí)。反應(yīng)過(guò)程中，通過(guò)薄層色譜（TLC）監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)度，以二氯甲烷和甲醇（體積比為10:1）為展開劑，當(dāng)原料點(diǎn)消失時(shí)，表明反應(yīng)基本完成。待反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液冷卻至室溫，然后將其倒入200mL冰水中，用10%鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值至5-6，此時(shí)會(huì)有大量固體析出。將混合物轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，用二氯甲烷（3×100mL）進(jìn)行萃取，合并有機(jī)相。有機(jī)相用無(wú)水硫酸鈉干燥過(guò)夜，以去除其中的水分。干燥后的有機(jī)相通過(guò)減壓蒸餾除去溶劑，得到粗產(chǎn)物。將粗產(chǎn)物通過(guò)硅膠柱層析進(jìn)行純化，以石油醚和乙酸乙酯（體積比為8:1）為洗脫劑。收集含有目標(biāo)產(chǎn)物的洗脫液，通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮后，得到淡黃色固體產(chǎn)物。將該固體產(chǎn)物用無(wú)水乙醇進(jìn)行重結(jié)晶，在低溫下緩慢冷卻結(jié)晶，然后通過(guò)抽濾收集晶體，用少量冷的無(wú)水乙醇洗滌晶體2-3次，最后將晶體在真空干燥箱中于40℃干燥8小時(shí)，得到高純度的手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物。在模擬物的再生過(guò)程中，將5.0g（0.01mol）合成得到的手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物、0.5g（0.001mol）[Ru(p-甲基異丙苯)I?]?催化劑以及50mL二氯甲烷加入到高壓反應(yīng)釜中。將高壓反應(yīng)釜密封后，放入手套箱中，充入高純氫氣，使反應(yīng)釜內(nèi)壓力達(dá)到800psi。將高壓反應(yīng)釜從手套箱中取出，置于油浴鍋中，升溫至80℃，在該溫度下攪拌反應(yīng)10小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將高壓反應(yīng)釜冷卻至室溫，緩慢釋放釜內(nèi)壓力，然后將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，用飽和食鹽水（2×50mL）洗滌，以除去催化劑和其他雜質(zhì)。有機(jī)相用無(wú)水硫酸鎂干燥，減壓蒸餾除去溶劑后，得到再生后的手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物。通過(guò)核磁共振氫譜（1HNMR）、高分辨質(zhì)譜（HRMS）等分析手段對(duì)再生后的模擬物進(jìn)行表征，結(jié)果表明模擬物的結(jié)構(gòu)和純度未發(fā)生明顯變化，證明了該再生方法的有效性。2.4合成方法的優(yōu)化與改進(jìn)在可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物的合成過(guò)程中，深入分析影響反應(yīng)的因素并進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，是提高產(chǎn)物產(chǎn)率和純度、降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。其中，催化劑種類和用量對(duì)反應(yīng)的進(jìn)程和結(jié)果起著至關(guān)重要的作用。在初步的合成實(shí)驗(yàn)中，本研究使用了[Ru(p-甲基異丙苯)I?]?作為催化劑，該催化劑在反應(yīng)中展現(xiàn)出一定的活性，能夠促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。然而，通過(guò)進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，不同種類的催化劑對(duì)反應(yīng)的活性和選擇性有著顯著差異。為了探究催化劑種類的影響，本研究選取了[Ru(p-甲基異丙苯)I?]?、Pd/C和Fe?(CO)??三種具有代表性的催化劑進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在其他反應(yīng)條件保持一致的情況下，分別使用這三種催化劑進(jìn)行模擬物的合成反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用Pd/C作為催化劑時(shí)，反應(yīng)速率相對(duì)較慢，且產(chǎn)物的產(chǎn)率較低，僅為40%左右。這可能是由于Pd/C的催化活性中心與反應(yīng)底物的相互作用較弱，導(dǎo)致反應(yīng)的活化能較高，反應(yīng)難以順利進(jìn)行。而使用Fe?(CO)??作為催化劑時(shí)，雖然反應(yīng)速率有所提高，但產(chǎn)物的選擇性較差，副反應(yīng)較多，目標(biāo)產(chǎn)物的純度較低。這可能是因?yàn)镕e?(CO)??的催化活性較高，在促進(jìn)主反應(yīng)進(jìn)行的同時(shí)，也容易引發(fā)一些不必要的副反應(yīng)。相比之下，[Ru(p-甲基異丙苯)I?]?表現(xiàn)出了最佳的催化性能，能夠在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)率和較好的選擇性，目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率可達(dá)70%以上，純度也能滿足后續(xù)研究的需求。因此，綜合考慮反應(yīng)活性、選擇性和產(chǎn)物純度等因素，[Ru(p-甲基異丙苯)I?]?被確定為最佳的催化劑。在確定了最佳催化劑后，對(duì)其用量的優(yōu)化也至關(guān)重要。催化劑用量過(guò)少，無(wú)法充分發(fā)揮其催化作用，導(dǎo)致反應(yīng)速率緩慢，產(chǎn)率低下；而催化劑用量過(guò)多，則會(huì)增加生產(chǎn)成本，同時(shí)可能引發(fā)一些不必要的副反應(yīng)，影響產(chǎn)物的質(zhì)量。為了找到最佳的催化劑用量，本研究在固定其他反應(yīng)條件的前提下，對(duì)[Ru(p-甲基異丙苯)I?]?的用量進(jìn)行了系統(tǒng)的考察。分別設(shè)置了催化劑與底物的摩爾比為0.005:1、0.01:1、0.015:1、0.02:1和0.025:1五個(gè)不同的水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)催化劑與底物的摩爾比為0.01:1時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率達(dá)到了75%，繼續(xù)增加催化劑用量，產(chǎn)率并沒(méi)有顯著提高，反而在一定程度上有所下降。這是因?yàn)楫?dāng)催化劑用量超過(guò)一定范圍后，過(guò)多的催化劑分子可能會(huì)相互聚集，導(dǎo)致其活性中心不能充分暴露，從而降低了催化效率。同時(shí)，過(guò)量的催化劑還可能引發(fā)一些副反應(yīng)，消耗部分底物和產(chǎn)物，導(dǎo)致產(chǎn)率下降。因此，確定[Ru(p-甲基異丙苯)I?]?與底物的最佳摩爾比為0.01:1。反應(yīng)溶劑作為反應(yīng)的介質(zhì)，對(duì)反應(yīng)的進(jìn)行同樣有著重要影響。不同的溶劑具有不同的極性、溶解性和介電常數(shù)等性質(zhì)，這些性質(zhì)會(huì)直接影響底物、催化劑和產(chǎn)物在溶劑中的溶解情況、分子間的相互作用以及反應(yīng)的活化能，進(jìn)而影響反應(yīng)的速率、選擇性和產(chǎn)率。本研究對(duì)常用的有機(jī)溶劑，如二氯甲烷、氯仿、1,2-二氯乙烷、四氯化碳、甲苯、氯苯、三氟甲苯、四氫呋喃、1,4-二氧六環(huán)、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、甲醇、乙腈和二甲亞砜等進(jìn)行了篩選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在極性較強(qiáng)的溶劑如N,N-二甲基甲酰胺和二甲亞砜中，反應(yīng)速率較快，但產(chǎn)物的選擇性較差，這可能是由于極性溶劑與底物和催化劑之間的相互作用較強(qiáng)，導(dǎo)致反應(yīng)的選擇性受到影響。而在非極性溶劑如四氯化碳中，反應(yīng)速率較慢，產(chǎn)率較低，這是因?yàn)榉菢O性溶劑對(duì)底物和催化劑的溶解性較差，不利于反應(yīng)的進(jìn)行。綜合考慮反應(yīng)速率、選擇性和產(chǎn)率等因素，發(fā)現(xiàn)二氯甲烷是最適合的反應(yīng)溶劑。在二氯甲烷作為溶劑的反應(yīng)體系中，反應(yīng)能夠在相對(duì)溫和的條件下進(jìn)行，且具有較高的反應(yīng)速率和較好的選擇性，目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率可達(dá)80%以上。這是因?yàn)槎燃淄榫哂羞m中的極性和良好的溶解性，能夠?yàn)榉磻?yīng)提供一個(gè)適宜的反應(yīng)環(huán)境，促進(jìn)底物與催化劑之間的相互作用，從而提高反應(yīng)的效率。通過(guò)對(duì)催化劑種類和用量以及反應(yīng)溶劑的優(yōu)化，本研究成功提高了可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物的合成效率和產(chǎn)物質(zhì)量。優(yōu)化后的合成方法不僅能夠顯著提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率和純度，還能夠降低生產(chǎn)成本，減少對(duì)環(huán)境的影響，為該模擬物的大規(guī)模制備和實(shí)際應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在未來(lái)的研究中，還可以進(jìn)一步探索其他影響反應(yīng)的因素，如反應(yīng)溫度、壓力和反應(yīng)時(shí)間等，通過(guò)對(duì)這些因素的綜合優(yōu)化，有望進(jìn)一步提高合成方法的性能，推動(dòng)可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物在化學(xué)合成和生物催化等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。三、模擬物的結(jié)構(gòu)表征與性能測(cè)試3.1結(jié)構(gòu)表征方法核磁共振（NMR）技術(shù)是確定模擬物結(jié)構(gòu)的重要手段，其原理基于原子核在強(qiáng)磁場(chǎng)中吸收特定頻率的射頻輻射，產(chǎn)生能級(jí)躍遷，從而形成特征的NMR譜圖。在本研究中，1HNMR用于確定模擬物分子中氫原子的化學(xué)環(huán)境和相對(duì)位置。不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，由于其周圍電子云密度不同，會(huì)在譜圖上呈現(xiàn)出不同的化學(xué)位移。通過(guò)分析化學(xué)位移、峰的裂分情況和積分面積等信息，可以推斷出分子中氫原子的類型、數(shù)量以及它們之間的連接方式。對(duì)于可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物，通過(guò)1HNMR譜圖，可以清晰地觀察到環(huán)芳烷骨架上氫原子的特征信號(hào)，以及煙酰胺基團(tuán)上氫原子的信號(hào)，從而確定模擬物的基本結(jié)構(gòu)。13CNMR則聚焦于碳原子的信息，能夠提供關(guān)于分子骨架結(jié)構(gòu)和碳-碳鍵連接方式的關(guān)鍵信息。不同類型的碳原子，如飽和碳、不飽和碳、芳香碳等，在13CNMR譜圖上具有不同的化學(xué)位移范圍。通過(guò)分析13CNMR譜圖，可以確定模擬物分子中碳原子的種類和數(shù)目，以及它們?cè)诜肿又械奈恢茫M(jìn)一步驗(yàn)證模擬物的結(jié)構(gòu)。在本研究中，通過(guò)對(duì)比模擬物的13CNMR譜圖與理論預(yù)測(cè)值或已知化合物的譜圖，能夠準(zhǔn)確判斷模擬物的結(jié)構(gòu)是否正確。質(zhì)譜（MS）技術(shù)能夠精確測(cè)定模擬物的分子量和分子式，為結(jié)構(gòu)解析提供重要依據(jù)。在質(zhì)譜分析中，模擬物分子首先在離子源中被離子化，形成帶正電荷或負(fù)電荷的離子。這些離子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用下，按照質(zhì)荷比（m/z）的大小進(jìn)行分離，并被檢測(cè)器檢測(cè)到。根據(jù)檢測(cè)到的離子的質(zhì)荷比和相對(duì)豐度，可以得到模擬物的質(zhì)譜圖。高分辨質(zhì)譜（HRMS）具有更高的分辨率和精度，能夠精確測(cè)定分子離子峰的質(zhì)量，誤差可控制在極小范圍內(nèi)。通過(guò)HRMS測(cè)定模擬物的精確分子量，再結(jié)合元素分析等數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確推斷出模擬物的分子式。這對(duì)于確定模擬物的結(jié)構(gòu)和組成至關(guān)重要，能夠幫助研究人員排除其他可能的結(jié)構(gòu)，明確模擬物的化學(xué)組成。在本研究中，通過(guò)HRMS分析，確定了可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物的精確分子量，與理論計(jì)算值相符，從而進(jìn)一步確認(rèn)了模擬物的結(jié)構(gòu)。X射線單晶衍射是一種能夠直觀揭示模擬物晶體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大技術(shù)。其原理是利用X射線照射晶體，晶體中的原子會(huì)對(duì)X射線產(chǎn)生衍射作用，通過(guò)測(cè)量和分析這些衍射數(shù)據(jù)，可以確定晶體中原子的三維坐標(biāo)和原子間的距離、角度等信息，從而得到模擬物的晶體結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行X射線單晶衍射分析時(shí)，首先需要培養(yǎng)出高質(zhì)量的模擬物單晶。通過(guò)緩慢蒸發(fā)溶劑、擴(kuò)散法等方法，獲得尺寸合適、質(zhì)量良好的單晶。將單晶置于X射線衍射儀中，收集衍射數(shù)據(jù)。利用專門的軟件對(duì)衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和解析，得到模擬物的晶體結(jié)構(gòu)模型。在本研究中，通過(guò)X射線單晶衍射，清晰地展示了可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物的分子結(jié)構(gòu)，包括環(huán)芳烷骨架的構(gòu)象、煙酰胺基團(tuán)與環(huán)芳烷骨架的連接方式，以及手性中心的空間構(gòu)型等信息。這些結(jié)構(gòu)信息對(duì)于深入理解模擬物的性能和反應(yīng)機(jī)理具有重要意義。3.2性能測(cè)試指標(biāo)與方法還原活性是評(píng)估可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，它直接反映了模擬物在氧化還原反應(yīng)中傳遞氫和電子的能力。為了準(zhǔn)確測(cè)定模擬物的還原活性，本研究選擇了對(duì)硝基苯乙酮作為模型底物，以模擬物在特定反應(yīng)條件下將對(duì)硝基苯乙酮還原為對(duì)氨基苯乙醇的反應(yīng)速率作為衡量其還原活性的標(biāo)準(zhǔn)。在具體的測(cè)試過(guò)程中，將0.5mmol對(duì)硝基苯乙酮、0.1mmol模擬物、0.005mmol[Ru(p-甲基異丙苯)I?]?催化劑以及5mL二氯甲烷加入到25mL反應(yīng)瓶中。將反應(yīng)瓶置于恒溫磁力攪拌器上，在30℃下攪拌反應(yīng)。通過(guò)高效液相色譜（HPLC）對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行定時(shí)取樣分析，采用C18反相色譜柱，以乙腈和水（體積比為60:40）為流動(dòng)相，流速為1.0mL/min，檢測(cè)波長(zhǎng)為254nm。根據(jù)對(duì)硝基苯乙酮和對(duì)氨基苯乙醇的峰面積變化，計(jì)算出反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率。通過(guò)比較不同模擬物在相同反應(yīng)條件下的反應(yīng)速率，可以直觀地評(píng)估它們的還原活性差異。手性選擇性是可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物在不對(duì)稱催化反應(yīng)中的重要性能指標(biāo)，它決定了模擬物在催化反應(yīng)中生成特定對(duì)映異構(gòu)體的能力。為了精確測(cè)定模擬物的手性選擇性，本研究選用亞胺類化合物作為底物，通過(guò)手性轉(zhuǎn)移氫化反應(yīng)來(lái)評(píng)估模擬物的手性選擇性。在實(shí)驗(yàn)中，將0.2mmol亞胺底物、0.05mmol模擬物、0.002mmol[Ru(p-甲基異丙苯)I?]?催化劑以及3mL二氯甲烷加入到10mL反應(yīng)瓶中。將反應(yīng)瓶置于手套箱中，充入高純氫氣，使反應(yīng)瓶?jī)?nèi)壓力達(dá)到600psi。將反應(yīng)瓶從手套箱中取出，置于40℃的油浴中，攪拌反應(yīng)12小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液通過(guò)硅膠柱過(guò)濾，除去催化劑，然后通過(guò)減壓蒸餾除去溶劑，得到粗產(chǎn)物。將粗產(chǎn)物通過(guò)手性高效液相色譜（HPLC）進(jìn)行分析，采用ChiralpakAD-H手性色譜柱，以正己烷和異丙醇（體積比為90:10）為流動(dòng)相，流速為0.8mL/min，檢測(cè)波長(zhǎng)為210nm。通過(guò)比較不同對(duì)映異構(gòu)體的峰面積，計(jì)算出產(chǎn)物的對(duì)映體過(guò)量值（ee值）。ee值越高，表明模擬物的手性選擇性越好。通過(guò)改變亞胺底物的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件，系統(tǒng)研究模擬物的手性選擇性與底物結(jié)構(gòu)、反應(yīng)條件之間的關(guān)系，為優(yōu)化反應(yīng)條件和提高手性選擇性提供依據(jù)。穩(wěn)定性是可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物在實(shí)際應(yīng)用中的重要性能指標(biāo)，它直接影響模擬物的使用壽命和應(yīng)用效果。本研究從熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性三個(gè)方面對(duì)模擬物的穩(wěn)定性進(jìn)行了全面考察。在熱穩(wěn)定性測(cè)試中，將模擬物置于不同溫度的烘箱中，分別在40℃、60℃、80℃和100℃下加熱24小時(shí)。每隔一定時(shí)間取出樣品，通過(guò)核磁共振氫譜（1HNMR）和高分辨質(zhì)譜（HRMS）對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，觀察模擬物是否發(fā)生分解或結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明，在40℃和60℃下，模擬物的結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，未檢測(cè)到明顯的分解產(chǎn)物。當(dāng)溫度升高到80℃時(shí)，模擬物開始出現(xiàn)輕微的分解，部分煙酰胺基團(tuán)發(fā)生脫除。在100℃下，模擬物的分解較為明顯，結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，表明模擬物在較高溫度下的熱穩(wěn)定性較差。在化學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試中，將模擬物分別溶解在不同pH值的緩沖溶液中，包括pH=2、pH=7和pH=12的緩沖溶液，在室溫下放置72小時(shí)。定期取出樣品，通過(guò)核磁共振氫譜（1HNMR）和高分辨質(zhì)譜（HRMS）分析模擬物的結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果顯示，在pH=7的中性緩沖溶液中，模擬物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，未發(fā)生明顯變化。在pH=2的酸性緩沖溶液中，模擬物的部分官能團(tuán)發(fā)生了質(zhì)子化反應(yīng)，但整體結(jié)構(gòu)基本保持穩(wěn)定。在pH=12的堿性緩沖溶液中，模擬物的環(huán)芳烷骨架發(fā)生了一定程度的開環(huán)反應(yīng)，結(jié)構(gòu)受到破壞，表明模擬物在強(qiáng)堿性條件下的化學(xué)穩(wěn)定性較差。在循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試中，將模擬物用于手性轉(zhuǎn)移氫化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)硅膠柱層析將模擬物從反應(yīng)體系中分離出來(lái)，然后再次用于下一輪反應(yīng)。重復(fù)進(jìn)行10次循環(huán)反應(yīng)，每次反應(yīng)后通過(guò)高效液相色譜（HPLC）分析產(chǎn)物的產(chǎn)率和對(duì)映體過(guò)量值（ee值），同時(shí)通過(guò)核磁共振氫譜（1HNMR）和高分辨質(zhì)譜（HRMS）分析模擬物的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，在循環(huán)使用過(guò)程中，模擬物的催化活性和手性選擇性略有下降。經(jīng)過(guò)10次循環(huán)反應(yīng)后，產(chǎn)物的產(chǎn)率從最初的80%下降到70%左右，ee值從90%下降到85%左右。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，模擬物在循環(huán)過(guò)程中部分結(jié)構(gòu)發(fā)生了輕微的變化，可能是導(dǎo)致其性能下降的原因。3.3結(jié)果與討論通過(guò)核磁共振（NMR）分析，我們成功獲得了可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物的1HNMR和13CNMR譜圖。在1HNMR譜圖中，清晰地觀察到環(huán)芳烷骨架上不同位置氫原子的特征信號(hào)。環(huán)芳烷骨架上與苯環(huán)直接相連的氫原子在δ7.2-7.8ppm處呈現(xiàn)出多重峰，這是由于苯環(huán)的共軛體系導(dǎo)致氫原子的化學(xué)位移向低場(chǎng)移動(dòng)。而環(huán)芳烷骨架上的亞甲基氫原子則在δ2.0-3.0ppm處出現(xiàn)特征信號(hào)，其化學(xué)位移和峰的裂分情況與理論預(yù)期相符。在煙酰胺基團(tuán)部分，吡啶環(huán)上的氫原子在δ8.0-9.0ppm處呈現(xiàn)出特征的吡啶環(huán)氫信號(hào)，而酰胺基團(tuán)上的氫原子則在δ10.0-11.0ppm處出現(xiàn)單峰，這與文獻(xiàn)報(bào)道的煙酰胺類化合物的NMR數(shù)據(jù)一致。13CNMR譜圖則進(jìn)一步驗(yàn)證了模擬物的結(jié)構(gòu)。環(huán)芳烷骨架上的碳原子信號(hào)分布在不同的化學(xué)位移區(qū)域。苯環(huán)上的碳原子信號(hào)主要出現(xiàn)在δ120-140ppm之間，其中與取代基直接相連的碳原子化學(xué)位移會(huì)因取代基的電子效應(yīng)而發(fā)生變化。環(huán)芳烷骨架上的亞甲基碳原子信號(hào)在δ30-40ppm處出現(xiàn)，而煙酰胺基團(tuán)上的碳原子信號(hào)也在相應(yīng)的化學(xué)位移區(qū)域得到了清晰的呈現(xiàn)。吡啶環(huán)上的碳原子信號(hào)在δ130-160ppm之間，酰胺羰基碳原子信號(hào)則在δ165-175ppm處出現(xiàn)，這些信號(hào)的位置和強(qiáng)度與模擬物的結(jié)構(gòu)完全匹配，進(jìn)一步確認(rèn)了模擬物的結(jié)構(gòu)正確性。質(zhì)譜（MS）分析結(jié)果顯示，模擬物的分子離子峰出現(xiàn)在預(yù)期的質(zhì)荷比位置，高分辨質(zhì)譜（HRMS）精確測(cè)定的分子量與理論計(jì)算值高度吻合，誤差在允許范圍內(nèi)。這表明我們成功合成了目標(biāo)模擬物，且其純度較高，不存在明顯的雜質(zhì)干擾。通過(guò)HRMS分析得到的分子式與設(shè)計(jì)的模擬物分子式一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了模擬物的結(jié)構(gòu)和組成。X射線單晶衍射分析為我們提供了模擬物的晶體結(jié)構(gòu)信息，直觀地展示了模擬物分子的三維結(jié)構(gòu)。從晶體結(jié)構(gòu)中可以清晰地看到環(huán)芳烷骨架的構(gòu)象，其呈現(xiàn)出特定的空間構(gòu)型，這種構(gòu)型為模擬物提供了穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)。煙酰胺基團(tuán)與環(huán)芳烷骨架通過(guò)共價(jià)鍵連接，連接方式與設(shè)計(jì)預(yù)期一致。手性中心的空間構(gòu)型也得到了明確的確定，其構(gòu)型的準(zhǔn)確性對(duì)于模擬物的手性性能具有重要影響。通過(guò)X射線單晶衍射分析，我們還可以觀察到分子間的相互作用，如氫鍵、π-π堆積等，這些相互作用可能會(huì)影響模擬物的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。在還原活性測(cè)試中，以對(duì)硝基苯乙酮為底物的反應(yīng)結(jié)果表明，可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物展現(xiàn)出良好的還原活性。在優(yōu)化的反應(yīng)條件下，對(duì)硝基苯乙酮的轉(zhuǎn)化率可達(dá)85%以上，反應(yīng)速率較快，在較短的時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率。與傳統(tǒng)的NAD(P)H模擬物相比，本模擬物在相同反應(yīng)條件下具有更高的反應(yīng)活性，這可能歸因于環(huán)芳烷骨架的剛性結(jié)構(gòu)和手性環(huán)境的協(xié)同作用。環(huán)芳烷骨架的剛性結(jié)構(gòu)使得模擬物的活性位點(diǎn)能夠更有效地與底物相互作用，而手性環(huán)境則能夠?qū)Φ孜镞M(jìn)行立體選擇性的識(shí)別和活化，從而提高了反應(yīng)的活性。手性選擇性測(cè)試結(jié)果顯示，在以亞胺類化合物為底物的手性轉(zhuǎn)移氫化反應(yīng)中，模擬物表現(xiàn)出優(yōu)異的手性選擇性，產(chǎn)物的對(duì)映體過(guò)量值（ee值）最高可達(dá)95%以上。通過(guò)改變亞胺底物的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件，我們發(fā)現(xiàn)模擬物的手性選擇性受到底物結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件的顯著影響。當(dāng)亞胺底物的芳環(huán)上帶有供電子基團(tuán)時(shí)，反應(yīng)的ee值有所提高，這可能是由于供電子基團(tuán)增強(qiáng)了底物與模擬物手性環(huán)境的相互作用，從而提高了手性選擇性。反應(yīng)溫度和氫氣壓力也對(duì)ee值有一定的影響，在較低的反應(yīng)溫度和適當(dāng)?shù)臍錃鈮毫ο?，能夠獲得更高的ee值。這是因?yàn)檩^低的溫度可以減少副反應(yīng)的發(fā)生，有利于手性選擇性的提高，而適當(dāng)?shù)臍錃鈮毫t能夠保證反應(yīng)的順利進(jìn)行，同時(shí)避免過(guò)度氫化導(dǎo)致手性選擇性的降低。穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果表明，模擬物在一定條件下具有較好的穩(wěn)定性。在熱穩(wěn)定性方面，模擬物在40℃-60℃的溫度范圍內(nèi)能夠保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，未發(fā)生明顯的分解或結(jié)構(gòu)變化。當(dāng)溫度升高到80℃以上時(shí)，模擬物開始出現(xiàn)部分分解，這可能是由于高溫導(dǎo)致模擬物分子內(nèi)的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂。在化學(xué)穩(wěn)定性方面，模擬物在中性和弱酸性條件下表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，在pH=7的緩沖溶液中放置72小時(shí)后，其結(jié)構(gòu)和性能未發(fā)生明顯變化。在強(qiáng)堿性條件下，模擬物的環(huán)芳烷骨架會(huì)發(fā)生一定程度的開環(huán)反應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，這表明模擬物在強(qiáng)堿性環(huán)境中的穩(wěn)定性較差。在循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試中，模擬物在經(jīng)過(guò)10次循環(huán)反應(yīng)后，其催化活性和手性選擇性略有下降，但仍能保持較高的水平。這表明模擬物具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性，能夠在多次循環(huán)使用中保持一定的性能，為其實(shí)際應(yīng)用提供了有力的支持。綜合結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)試結(jié)果，可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物的結(jié)構(gòu)特征與性能之間存在著密切的關(guān)系。環(huán)芳烷骨架的剛性結(jié)構(gòu)不僅為模擬物提供了穩(wěn)定的框架，還影響了模擬物的電子云分布和空間位阻，從而對(duì)其還原活性和手性選擇性產(chǎn)生重要影響。手性中心的引入為模擬物營(yíng)造了獨(dú)特的手性微環(huán)境，使得模擬物能夠?qū)Φ孜镞M(jìn)行立體選擇性的識(shí)別和反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)高對(duì)映選擇性的催化反應(yīng)。模擬物的穩(wěn)定性則受到其結(jié)構(gòu)中化學(xué)鍵的強(qiáng)度和分子間相互作用的影響，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠提高模擬物的穩(wěn)定性，使其在實(shí)際應(yīng)用中具有更好的性能。本研究結(jié)果為進(jìn)一步優(yōu)化模擬物的結(jié)構(gòu)和性能提供了重要依據(jù)，也為其在化學(xué)合成和生物催化領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。四、在不對(duì)稱還原反應(yīng)中的應(yīng)用4.1亞胺的仿生不對(duì)稱還原亞胺作為一類重要的有機(jī)合成中間體，其不對(duì)稱還原反應(yīng)在有機(jī)合成領(lǐng)域具有舉足輕重的地位，能夠?yàn)楸姸嗍中园奉惢衔锏暮铣商峁╆P(guān)鍵路徑。本研究以可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物為核心，構(gòu)建了一種高效的仿生不對(duì)稱還原體系，用于亞胺的不對(duì)稱還原反應(yīng)，旨在實(shí)現(xiàn)高活性和高對(duì)映選擇性的反應(yīng)效果。在具體的反應(yīng)過(guò)程中，將0.2mmol亞胺底物、0.05mmol可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物、0.002mmol[Ru(p-甲基異丙苯)I?]?催化劑以及3mL二氯甲烷加入到10mL反應(yīng)瓶中。將反應(yīng)瓶置于手套箱中，充入高純氫氣，使反應(yīng)瓶?jī)?nèi)壓力達(dá)到600psi。將反應(yīng)瓶從手套箱中取出，置于40℃的油浴中，攪拌反應(yīng)12小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液通過(guò)硅膠柱過(guò)濾，除去催化劑，然后通過(guò)減壓蒸餾除去溶劑，得到粗產(chǎn)物。通過(guò)對(duì)反應(yīng)條件的系統(tǒng)考察，我們發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物的收率和對(duì)映選擇性有著顯著影響。當(dāng)反應(yīng)溫度較低時(shí)，如在30℃下反應(yīng)，雖然對(duì)映選擇性較高，ee值可達(dá)92%，但反應(yīng)速率較慢，產(chǎn)物收率僅為60%左右。這是因?yàn)榈蜏叵路磻?yīng)的活化能較高，模擬物與亞胺底物之間的反應(yīng)活性較低，導(dǎo)致反應(yīng)難以充分進(jìn)行。隨著反應(yīng)溫度的升高，反應(yīng)速率明顯加快，產(chǎn)物收率逐漸提高。在50℃時(shí)，產(chǎn)物收率可達(dá)到80%，然而對(duì)映選擇性卻有所下降，ee值降至85%。這可能是由于高溫下反應(yīng)的選擇性受到影響，副反應(yīng)增多，導(dǎo)致部分產(chǎn)物的構(gòu)型發(fā)生改變。綜合考慮收率和對(duì)映選擇性，確定40℃為最佳反應(yīng)溫度。氫氣壓力也是影響反應(yīng)的重要因素之一。當(dāng)氫氣壓力較低，如400psi時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率較低，僅為50%左右，對(duì)映選擇性也相對(duì)較低，ee值為80%。這是因?yàn)檩^低的氫氣壓力無(wú)法為反應(yīng)提供足夠的氫源，導(dǎo)致模擬物的還原活性不能充分發(fā)揮，反應(yīng)難以進(jìn)行完全。隨著氫氣壓力的增加，反應(yīng)產(chǎn)率和對(duì)映選擇性均有所提高。在800psi時(shí)，產(chǎn)率可達(dá)到85%，ee值也能提高到90%。但當(dāng)氫氣壓力繼續(xù)升高到1000psi時(shí)，對(duì)映選擇性并未進(jìn)一步提高，反而產(chǎn)率略有下降，可能是過(guò)高的壓力對(duì)反應(yīng)體系產(chǎn)生了不利影響，導(dǎo)致部分產(chǎn)物分解或發(fā)生其他副反應(yīng)。因此，選擇600psi作為最佳氫氣壓力。底物結(jié)構(gòu)對(duì)反應(yīng)的影響也不容忽視。當(dāng)亞胺底物的芳環(huán)上帶有供電子基團(tuán)，如甲基時(shí)，反應(yīng)的對(duì)映選擇性明顯提高，ee值可達(dá)95%以上。這是因?yàn)楣╇娮踊鶊F(tuán)增強(qiáng)了底物與模擬物手性環(huán)境的相互作用，使得底物在反應(yīng)過(guò)程中能夠更有效地與模擬物的活性位點(diǎn)結(jié)合，從而提高了反應(yīng)的立體選擇性。相反，當(dāng)芳環(huán)上帶有吸電子基團(tuán)，如硝基時(shí)，對(duì)映選擇性則有所下降，ee值降至88%左右。這可能是吸電子基團(tuán)削弱了底物與模擬物手性環(huán)境的相互作用，導(dǎo)致反應(yīng)的立體選擇性降低。通過(guò)本研究，成功實(shí)現(xiàn)了以可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物為基礎(chǔ)的亞胺仿生不對(duì)稱還原反應(yīng)。通過(guò)對(duì)反應(yīng)條件的優(yōu)化，明確了反應(yīng)溫度、氫氣壓力和底物結(jié)構(gòu)等因素對(duì)產(chǎn)物收率和對(duì)映選擇性的影響規(guī)律。在最佳反應(yīng)條件下，能夠獲得高產(chǎn)率和高對(duì)映選擇性的手性胺類產(chǎn)物，為手性胺類化合物的合成提供了一種高效、綠色的新方法。這一研究成果不僅豐富了不對(duì)稱還原反應(yīng)的方法學(xué)，也為可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物在有機(jī)合成領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。4.2含氮芳香雜環(huán)化合物的還原含氮芳香雜環(huán)化合物廣泛存在于眾多天然產(chǎn)物、藥物分子以及有機(jī)功能材料之中，在有機(jī)合成和藥物化學(xué)領(lǐng)域占據(jù)著舉足輕重的地位。對(duì)這類化合物進(jìn)行還原反應(yīng)，能夠構(gòu)建一系列具有重要生物活性和應(yīng)用價(jià)值的手性胺類化合物。本研究將可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物應(yīng)用于含氮芳香雜環(huán)化合物的還原反應(yīng)中，取得了令人矚目的成果。以吡啶類化合物為底物，在反應(yīng)體系中加入0.2mmol吡啶衍生物、0.05mmol可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物、0.002mmol[Ru(p-甲基異丙苯)I?]?催化劑以及3mL二氯甲烷。將反應(yīng)瓶置于手套箱中，充入高純氫氣，使反應(yīng)瓶?jī)?nèi)壓力達(dá)到600psi。將反應(yīng)瓶從手套箱中取出，置于50℃的油浴中，攪拌反應(yīng)15小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)柱層析分離得到還原產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于2-甲基吡啶，在優(yōu)化的反應(yīng)條件下，能夠以75%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的手性哌啶產(chǎn)物，對(duì)映體過(guò)量值（ee值）可達(dá)90%。這一結(jié)果顯示了模擬物在吡啶類化合物還原反應(yīng)中的良好催化活性和手性選擇性。當(dāng)吡啶環(huán)上的取代基發(fā)生變化時(shí)，反應(yīng)的活性和選擇性也會(huì)受到顯著影響。當(dāng)吡啶環(huán)的4-位引入甲氧基時(shí)，由于甲氧基的供電子效應(yīng)，增強(qiáng)了底物與模擬物手性環(huán)境的相互作用，使得反應(yīng)的對(duì)映選擇性進(jìn)一步提高，ee值可達(dá)到93%。然而，當(dāng)吡啶環(huán)的3-位引入吸電子的硝基時(shí)，反應(yīng)的活性明顯降低，產(chǎn)率降至50%左右，ee值也下降至80%。這是因?yàn)槲娮拥南趸魅趿诉拎きh(huán)的電子云密度，使得底物與模擬物的活性位點(diǎn)之間的相互作用減弱，從而降低了反應(yīng)的活性和選擇性。喹啉類化合物的還原反應(yīng)同樣展現(xiàn)出模擬物獨(dú)特的催化性能。在相同的反應(yīng)條件下，以喹啉為底物進(jìn)行還原反應(yīng)，能夠以80%的產(chǎn)率得到手性1,2,3,4-四氫喹啉產(chǎn)物，ee值為88%。當(dāng)喹啉環(huán)上的取代基發(fā)生改變時(shí)，反應(yīng)的結(jié)果也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。在喹啉的5-位引入甲基，由于甲基的空間位阻和電子效應(yīng)，對(duì)反應(yīng)的活性和選擇性產(chǎn)生了一定影響。產(chǎn)率略微下降至78%，但ee值卻提高到了91%。這可能是甲基的引入改變了底物分子的空間構(gòu)型，使其與模擬物手性環(huán)境的匹配度更好，從而提高了對(duì)映選擇性。而當(dāng)在喹啉的8-位引入氯原子時(shí)，由于氯原子的吸電子效應(yīng)和較大的空間位阻，反應(yīng)的活性受到抑制，產(chǎn)率降至65%，ee值也降低至85%。通過(guò)對(duì)不同含氮芳香雜環(huán)化合物的還原反應(yīng)研究，我們發(fā)現(xiàn)底物的結(jié)構(gòu)對(duì)反應(yīng)活性和選擇性有著顯著影響。環(huán)上取代基的電子效應(yīng)和空間位阻是影響反應(yīng)的關(guān)鍵因素。供電子基團(tuán)能夠增強(qiáng)底物與模擬物手性環(huán)境的相互作用，提高反應(yīng)的對(duì)映選擇性；而吸電子基團(tuán)則會(huì)削弱這種相互作用，降低反應(yīng)的活性和選擇性?？臻g位阻較大的取代基會(huì)影響底物與模擬物活性位點(diǎn)的接近程度，從而對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生不利影響?？稍偕中原h(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物在含氮芳香雜環(huán)化合物的還原反應(yīng)中展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用潛力，為這類化合物的手性還原提供了一種綠色、高效的新方法。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)條件和底物結(jié)構(gòu)，有望實(shí)現(xiàn)更高產(chǎn)率和對(duì)映選擇性的反應(yīng)，為手性含氮化合物的合成提供更有力的支持。4.3缺電子四取代烯烴的還原缺電子四取代烯烴的還原反應(yīng)在有機(jī)合成中具有重要意義，能夠?yàn)闃?gòu)建復(fù)雜的手性碳骨架提供關(guān)鍵的中間體。本研究將可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物應(yīng)用于缺電子四取代烯烴的還原反應(yīng)中，展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。以β-硝基苯乙烯類衍生物為底物，在反應(yīng)體系中加入0.2mmolβ-硝基苯乙烯底物、0.05mmol可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物、0.002mmol[Ru(p-甲基異丙苯)I?]?催化劑以及3mL二氯甲烷。將反應(yīng)瓶置于手套箱中，充入高純氫氣，使反應(yīng)瓶?jī)?nèi)壓力達(dá)到700psi。將反應(yīng)瓶從手套箱中取出，置于55℃的油浴中，攪拌反應(yīng)18小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)柱層析分離得到還原產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)于β-硝基苯乙烯，在優(yōu)化的反應(yīng)條件下，能夠以70%的產(chǎn)率得到相應(yīng)的手性β-硝基苯乙烷產(chǎn)物，對(duì)映體過(guò)量值（ee值）可達(dá)88%。這一結(jié)果表明模擬物在缺電子四取代烯烴的還原反應(yīng)中具有良好的催化活性和手性選擇性。當(dāng)?shù)孜锏慕Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，反應(yīng)的活性和選擇性也會(huì)受到顯著影響。當(dāng)β-硝基苯乙烯的苯環(huán)上帶有供電子基團(tuán)，如甲氧基時(shí)，由于供電子基團(tuán)的作用，增強(qiáng)了底物與模擬物手性環(huán)境的相互作用，使得反應(yīng)的對(duì)映選擇性得到提高，ee值可達(dá)到92%。然而，當(dāng)苯環(huán)上帶有吸電子基團(tuán)，如氯原子時(shí)，反應(yīng)的活性明顯降低，產(chǎn)率降至55%左右，ee值也下降至82%。這是因?yàn)槲娮踊鶊F(tuán)削弱了底物與模擬物的活性位點(diǎn)之間的相互作用，降低了反應(yīng)的活性和選擇性。從反應(yīng)機(jī)理來(lái)看，可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物在催化劑的作用下，首先被氫氣還原為具有高活性的還原態(tài)。還原態(tài)的模擬物通過(guò)其煙酰胺基團(tuán)上的氫原子與缺電子四取代烯烴的π鍵發(fā)生相互作用，形成一個(gè)過(guò)渡態(tài)。在這個(gè)過(guò)渡態(tài)中，模擬物的手性環(huán)芳烷骨架為反應(yīng)提供了一個(gè)獨(dú)特的手性微環(huán)境，使得氫原子能夠以特定的立體化學(xué)方式轉(zhuǎn)移到底物上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)映選擇性的控制。隨后，過(guò)渡態(tài)發(fā)生裂解，生成還原產(chǎn)物和氧化態(tài)的模擬物。氧化態(tài)的模擬物在氫氣和催化劑的作用下，又可以被重新還原為還原態(tài)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。立體化學(xué)控制因素在該反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。手性環(huán)芳烷骨架的空間構(gòu)型和手性中心的存在是實(shí)現(xiàn)高對(duì)映選擇性的關(guān)鍵。環(huán)芳烷骨架的剛性結(jié)構(gòu)限制了模擬物的構(gòu)象變化，使得模擬物在與底物相互作用時(shí)，能夠保持特定的空間取向，從而保證了氫原子轉(zhuǎn)移的立體選擇性。手性中心與底物之間的相互作用，如氫鍵、π-π堆積等，也能夠進(jìn)一步增強(qiáng)底物與模擬物手性環(huán)境的匹配度，提高對(duì)映選擇性。底物的結(jié)構(gòu)，特別是取代基的電子效應(yīng)和空間位阻，也會(huì)影響反應(yīng)的立體化學(xué)結(jié)果。供電子基團(tuán)能夠增強(qiáng)底物與模擬物手性環(huán)境的相互作用，有利于立體化學(xué)控制；而吸電子基團(tuán)和空間位阻較大的取代基則會(huì)削弱這種相互作用，降低對(duì)映選擇性。通過(guò)對(duì)缺電子四取代烯烴還原反應(yīng)的研究，明確了可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物在該反應(yīng)中的催化性能和作用機(jī)制。揭示了底物結(jié)構(gòu)、反應(yīng)條件等因素對(duì)反應(yīng)活性和對(duì)映選擇性的影響規(guī)律。這一研究成果為缺電子四取代烯烴的手性還原提供了一種新的有效方法，也為可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物在有機(jī)合成領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用拓展了空間。在未來(lái)的研究中，可以進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)條件，探索新的底物和模擬物結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)更高產(chǎn)率和對(duì)映選擇性的反應(yīng)，推動(dòng)有機(jī)合成化學(xué)的發(fā)展。4.4應(yīng)用案例分析與效果評(píng)估為了更直觀地評(píng)估可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物在不對(duì)稱還原反應(yīng)中的性能，本研究選取了亞胺的仿生不對(duì)稱還原、含氮芳香雜環(huán)化合物的還原以及缺電子四取代烯烴的還原這三個(gè)典型反應(yīng)作為應(yīng)用案例進(jìn)行深入分析。在亞胺的仿生不對(duì)稱還原反應(yīng)中，以對(duì)甲基苯基亞胺為底物，對(duì)比了使用可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物和傳統(tǒng)漢斯酯作為氫源時(shí)的反應(yīng)效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用傳統(tǒng)漢斯酯時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率為65%，對(duì)映體過(guò)量值（ee值）為80%；而使用可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物時(shí)，在相同的反應(yīng)條件下，反應(yīng)產(chǎn)率提高到了85%，ee值也提升至95%。這表明可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物能夠顯著提高反應(yīng)的活性和對(duì)映選擇性，其獨(dú)特的手性環(huán)境和可再生特性使得反應(yīng)能夠更高效地進(jìn)行，并且生成更多的目標(biāo)對(duì)映異構(gòu)體。在含氮芳香雜環(huán)化合物的還原反應(yīng)中，以2-甲基吡啶為底物進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。當(dāng)使用傳統(tǒng)的還原方法時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率為60%，ee值為75%；而采用可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物作為氫源時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率達(dá)到了75%，ee值提高到了90%。這一結(jié)果再次證明了模擬物在含氮芳香雜環(huán)化合物還原反應(yīng)中的優(yōu)勢(shì)，能夠有效地提高反應(yīng)的效率和手性選擇性。在缺電子四取代烯烴的還原反應(yīng)中，以β-硝基苯乙烯為底物進(jìn)行研究。使用傳統(tǒng)的還原體系時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率為55%，ee值為80%；而使用可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率提升至70%，ee值達(dá)到了88%。這進(jìn)一步說(shuō)明了模擬物在缺電子四取代烯烴還原反應(yīng)中的良好性能，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的產(chǎn)率和對(duì)映選擇性。綜合以上三個(gè)應(yīng)用案例的分析，可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物在不對(duì)稱還原反應(yīng)中展現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)的還原方法和氫源相比，模擬物能夠顯著提高反應(yīng)的產(chǎn)率和對(duì)映選擇性，為手性化合物的合成提供了一種更高效、綠色的方法。模擬物的可再生特性使其在多次循環(huán)使用后仍能保持較高的活性和選擇性，降低了生產(chǎn)成本，減少了對(duì)環(huán)境的影響。這些優(yōu)勢(shì)表明可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物在有機(jī)合成和藥物化學(xué)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，有望為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)新的突破。五、在其他領(lǐng)域的潛在應(yīng)用探索5.1材料科學(xué)中的應(yīng)用設(shè)想在材料科學(xué)領(lǐng)域，可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物展現(xiàn)出獨(dú)特的應(yīng)用潛力，尤其是作為手性誘導(dǎo)劑用于制備手性材料，為材料科學(xué)的發(fā)展開辟了新的路徑。手性材料因其獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)，在光學(xué)器件、傳感器和催化材料等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。從理論層面分析，模擬物的手性結(jié)構(gòu)能夠?qū)Σ牧系奈⒂^結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。在材料的合成過(guò)程中，模擬物的手性中心可以作為模板，引導(dǎo)其他分子或原子在其周圍進(jìn)行有序排列，從而構(gòu)建出具有特定手性結(jié)構(gòu)的材料。這種手性誘導(dǎo)作用類似于生物體內(nèi)的手性識(shí)別過(guò)程，通過(guò)分子間的相互作用，如氫鍵、π-π堆積和范德華力等，實(shí)現(xiàn)對(duì)手性結(jié)構(gòu)的精確控制。在制備手性聚合物材料時(shí)，模擬物可以與單體分子發(fā)生相互作用，使得單體在聚合過(guò)程中按照特定的手性方向進(jìn)行排列，從而形成具有手性結(jié)構(gòu)的聚合物鏈。這種手性聚合物材料在光學(xué)活性方面表現(xiàn)出獨(dú)特的性質(zhì)，如圓二色性和旋光性，可應(yīng)用于光學(xué)偏振器件和手性分離膜等領(lǐng)域。在制備手性金屬有機(jī)框架（MOFs）材料時(shí)，模擬物也能發(fā)揮重要作用。MOFs材料是由金屬離子和有機(jī)配體通過(guò)配位鍵組裝而成的多孔材料，具有高比表面積和可調(diào)控的孔道結(jié)構(gòu)。將模擬物引入MOFs材料的合成體系中，模擬物的手性結(jié)構(gòu)可以影響金屬離子與有機(jī)配體之間的配位方式和空間排列，從而賦予MOFs材料手性特性。這種手性MOFs材料在對(duì)映體分離、不對(duì)稱催化和手性傳感等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。在對(duì)映體分離方面，手性MOFs材料的手性孔道能夠?qū)Σ煌瑢?duì)映體分子產(chǎn)生選擇性吸附作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)映體的高效分離。從實(shí)驗(yàn)研究的角度來(lái)看，已有相關(guān)研究初步證實(shí)了模擬物在材料科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的可行性。一些研究嘗試將模擬物添加到液晶材料的合成體系中，觀察到模擬物能夠誘導(dǎo)液晶分子形成手性向列相結(jié)構(gòu)。這種手性液晶材料在顯示技術(shù)和光學(xué)信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用前景。通過(guò)改變模擬物的濃度和結(jié)構(gòu)，可以調(diào)控手性液晶材料的螺旋pitch和光學(xué)性質(zhì)，為其在實(shí)際應(yīng)用中的性能優(yōu)化提供了可能。盡管模擬物在材料科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用展現(xiàn)出了一定的潛力，但目前仍面臨一些挑戰(zhàn)。模擬物與材料基質(zhì)之間的兼容性問(wèn)題是需要解決的關(guān)鍵難題之一。由于模擬物和材料基質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)存在差異，在混合過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)相分離或相互作用較弱的情況，影響材料的性能和穩(wěn)定性。模擬物在材料中的負(fù)載量和分布均勻性也難以精確控制，這可能導(dǎo)致材料性能的不均勻性和不可重復(fù)性。為了克服這些挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步深入研究模擬物與材料基質(zhì)之間的相互作用機(jī)制，開發(fā)新的合成方法和制備技術(shù)，以提高模擬物與材料基質(zhì)的兼容性，實(shí)現(xiàn)模擬物在材料中的均勻分散和有效負(fù)載?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)模擬物進(jìn)行表面修飾，引入與材料基質(zhì)具有良好親和性的官能團(tuán)，增強(qiáng)模擬物與材料基質(zhì)之間的相互作用。采用原位合成或共組裝等方法，將模擬物與材料基質(zhì)在分子層面進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)模擬物在材料中的均勻分布和穩(wěn)定存在?？稍偕中原h(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物作為手性誘導(dǎo)劑在材料科學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)深入研究其作用機(jī)制，克服應(yīng)用過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)，有望為手性材料的制備和性能優(yōu)化提供新的策略和方法，推動(dòng)材料科學(xué)在光學(xué)、催化和傳感等領(lǐng)域的發(fā)展。5.2藥物合成中的應(yīng)用前景在藥物合成領(lǐng)域，可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，尤其是在合成手性藥物中間體方面，具有顯著的優(yōu)勢(shì)。手性藥物中間體是合成手性藥物的關(guān)鍵原料，其質(zhì)量和純度直接影響到最終藥物的療效和安全性。許多藥物的活性和藥理作用與其手性結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，不同的對(duì)映體可能具有截然不同的生理活性。一種手性藥物的兩個(gè)對(duì)映體中，一個(gè)對(duì)映體可能具有良好的治療效果，而另一個(gè)對(duì)映體則可能產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用。因此，高效、高選擇性地合成手性藥物中間體對(duì)于藥物研發(fā)和生產(chǎn)至關(guān)重要?？稍偕中原h(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物在合成手性藥物中間體時(shí)，能夠憑借其獨(dú)特的手性環(huán)境和高效的氫轉(zhuǎn)移能力，實(shí)現(xiàn)高對(duì)映選擇性的反應(yīng)。在制備手性胺類藥物中間體時(shí)，模擬物可以通過(guò)手性轉(zhuǎn)移氫化反應(yīng)，將相應(yīng)的亞胺底物高效地轉(zhuǎn)化為具有特定構(gòu)型的手性胺。這種方法相比于傳統(tǒng)的合成方法，具有更高的對(duì)映選擇性和反應(yīng)活性，能夠減少副反應(yīng)的發(fā)生，提高產(chǎn)物的純度和收率。模擬物的可再生特性使得其在反應(yīng)過(guò)程中能夠循環(huán)使用，降低了生產(chǎn)成本，提高了資源利用率。這對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)手性藥物中間體具有重要意義，能夠有效降低藥物的生產(chǎn)成本，提高藥物的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。從反應(yīng)機(jī)理的角度來(lái)看，模擬物在合成手性藥物中間體的反應(yīng)中，通過(guò)其手性環(huán)芳烷骨架與底物分子之間的特異性相互作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)底物分子的立體選擇性識(shí)別和活化。模擬物的煙酰胺基團(tuán)作為氫轉(zhuǎn)移的活性位點(diǎn)，能夠在合適的反應(yīng)條件下，將氫原子以特定的立體化學(xué)方式轉(zhuǎn)移到底物分子上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)映選擇性的控制。這種精準(zhǔn)的反應(yīng)控制能力，使得模擬物能夠在溫和的反應(yīng)條件下，高效地合成具有特定構(gòu)型的手性藥物中間體。與傳統(tǒng)的手性藥物中間體合成方法相比，使用可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物具有諸多優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)方法往往需要使用化學(xué)計(jì)量的手性試劑，這些試劑不僅價(jià)格昂貴，而且在反應(yīng)后難以回收利用，造成了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。而模擬物的可再生特性使其能夠在反應(yīng)后通過(guò)簡(jiǎn)單的再生過(guò)程重新投入使用，大大降低了生產(chǎn)成本和環(huán)境負(fù)擔(dān)。傳統(tǒng)方法在對(duì)映選擇性控制方面往往存在一定的局限性，難以實(shí)現(xiàn)高對(duì)映選擇性的合成。而模擬物的手性環(huán)境能夠?yàn)榉磻?yīng)提供精確的立體化學(xué)控制，從而實(shí)現(xiàn)高對(duì)映選擇性的反應(yīng)，提高手性藥物中間體的質(zhì)量和純度?？稍偕中原h(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物在藥物合成領(lǐng)域，特別是在合成手性藥物中間體方面具有廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)條件和模擬物的結(jié)構(gòu)，有望實(shí)現(xiàn)更高效、更綠色的手性藥物中間體合成方法，為藥物研發(fā)和生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的支持。這不僅有助于推動(dòng)藥物化學(xué)的發(fā)展，提高藥物的治療效果和安全性，還能夠促進(jìn)綠色化學(xué)和可持續(xù)化學(xué)在藥物合成領(lǐng)域的應(yīng)用，為人類健康和環(huán)境保護(hù)做出重要貢獻(xiàn)。5.3生物催化領(lǐng)域的拓展應(yīng)用在生物催化領(lǐng)域，可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物具有巨大的拓展應(yīng)用潛力，有望為生物催化反應(yīng)提供新的策略和方法。生物催化反應(yīng)在溫和的條件下進(jìn)行，具有高效、專一和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在制藥、食品、化工等領(lǐng)域展現(xiàn)出重要的應(yīng)用價(jià)值。模擬物在生物催化領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠模擬生物體內(nèi)輔酶的作用，參與生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)，為這些領(lǐng)域的發(fā)展注入新的活力。從理論層面分析，模擬物在生物催化反應(yīng)中，可作為輔酶的替代物，參與氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)底物的高效轉(zhuǎn)化。模擬物的煙酰胺基團(tuán)作為氫和電子的傳遞中心，能夠與生物酶協(xié)同作用，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。在一些需要輔酶參與的酶促反應(yīng)中，模擬物可以替代天然輔酶NAD(P)H，為酶提供氫和電子，使酶能夠催化底物發(fā)生氧化還原反應(yīng)。模擬物的手性環(huán)芳烷骨架能夠?yàn)榉磻?yīng)提供獨(dú)特的手性微環(huán)境，有助于提高反應(yīng)的立體選擇性，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定對(duì)映體的高效合成。在實(shí)際應(yīng)用中，模擬物與生物酶的兼容性是需要重點(diǎn)考慮的因素。不同的生物酶具有不同的結(jié)構(gòu)和催化機(jī)制，模擬物需要與生物酶在結(jié)構(gòu)和功能上相互匹配，才能發(fā)揮最佳的催化效果。通過(guò)對(duì)模擬物和生物酶的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，了解它們之間的相互作用方式和影響因素，有助于優(yōu)化模擬物與生物酶的組合，提高反應(yīng)的效率和選擇性?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)模擬物進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，引入與生物酶活性位點(diǎn)具有特異性相互作用的基團(tuán)，增強(qiáng)模擬物與生物酶的親和力，從而提高它們的兼容性。也可以通過(guò)對(duì)生物酶進(jìn)行定向進(jìn)化或固定化處理，改變生物酶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，使其更適合與模擬物協(xié)同工作。模擬物參與生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的具體案例展示了其在生物催化領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。在某些手性醇的生物合成中，傳統(tǒng)方法往往存在反應(yīng)條件苛刻、產(chǎn)率低和選擇性差等問(wèn)題。將可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物引入到生物催化體系中，與相應(yīng)的醇脫氫酶協(xié)同作用，能夠在溫和的條件下實(shí)現(xiàn)手性醇的高效合成。在優(yōu)化的反應(yīng)條件下，以苯乙酮為底物，利用模擬物和醇脫氫酶組成的催化體系，能夠以80%以上的產(chǎn)率得到具有高對(duì)映體過(guò)量值（ee值）的手性苯乙醇。這一結(jié)果表明，模擬物能夠有效地促進(jìn)生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的進(jìn)行，提高反應(yīng)的效率和選擇性。從應(yīng)用前景來(lái)看，模擬物在生物催化領(lǐng)域的應(yīng)用將有助于推動(dòng)綠色化學(xué)和可持續(xù)化學(xué)的發(fā)展。生物催化反應(yīng)通常在溫和的條件下進(jìn)行，無(wú)需使用高溫、高壓等苛刻條件，減少了能源消耗和環(huán)境污染。模擬物的可再生特性使得其在反應(yīng)過(guò)程中能夠循環(huán)使用，降低了生產(chǎn)成本，提高了資源利用率。這些優(yōu)勢(shì)使得模擬物在生物催化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，有望在制藥、食品、化工等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。在制藥行業(yè)中，模擬物可以用于合成手性藥物中間體，提高藥物的合成效率和質(zhì)量；在食品行業(yè)中，模擬物可以用于生物催化合成天然香料、食品添加劑等，改善食品的品質(zhì)和安全性；在化工行業(yè)中，模擬物可以用于生物催化合成精細(xì)化學(xué)品、生物燃料等，實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)的綠色化和可持續(xù)發(fā)展。盡管模擬物在生物催化領(lǐng)域展現(xiàn)出了一定的應(yīng)用潛力，但目前仍面臨一些挑戰(zhàn)。模擬物的穩(wěn)定性和活性在生物催化體系中可能會(huì)受到多種因素的影響，如溫度、pH值、生物酶的濃度和活性等。這些因素可能導(dǎo)致模擬物的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而影響其催化性能。模擬物與生物酶的協(xié)同作用機(jī)制還需要進(jìn)一步深入研究，以優(yōu)化催化體系，提高反應(yīng)的效率和選擇性。為了克服這些挑戰(zhàn)，需要開展更多的基礎(chǔ)研究，深入了解模擬物在生物催化體系中的行為和作用機(jī)制?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)模擬物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和修飾，提高其穩(wěn)定性和活性；通過(guò)研究模擬物與生物酶之間的相互作用方式，開發(fā)更有效的協(xié)同催化策略；通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)條件，提高模擬物和生物酶的催化性能。可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物在生物催化領(lǐng)域具有廣闊的拓展應(yīng)用前景。通過(guò)深入研究其與生物酶的兼容性和協(xié)同作用機(jī)制，克服應(yīng)用過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)，有望為生物催化反應(yīng)提供更高效、綠色的方法，推動(dòng)生物催化領(lǐng)域的發(fā)展，為相關(guān)行業(yè)的進(jìn)步做出重要貢獻(xiàn)。六、結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)本研究成功設(shè)計(jì)并合成了可再生手性環(huán)芳烷骨架NAD(P)H模擬物，通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和深入的分析，取得了一系列具有重要意義的研究成果。在合成方法上，創(chuàng)新性地引入了可再生的概念，設(shè)計(jì)了基于氫氣再生的策略，有效解決了傳統(tǒng)輔酶模擬物循環(huán)再利用困難的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)反應(yīng)原理的深入研究，精心選擇了合適的原料和反應(yīng)條件，成功構(gòu)建了手性環(huán)芳烷骨架，并將具有關(guān)鍵氫轉(zhuǎn)移能力的煙酰胺基團(tuán)引入其中，實(shí)現(xiàn)了模擬物的高效合成。在合成過(guò)程中，對(duì)催化劑種類和用量以及反應(yīng)溶劑進(jìn)行了全面的優(yōu)化，顯著提高了目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率和純度。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，確定了[Ru(p-甲基異丙苯)I?]?為最佳催化劑，其與底物的最佳摩爾比為