摘要
五配位磷化合物在自然界中扮演着重要的角色，许多生命过程都经历了五配位磷化合物的中间体或过渡态，例如磷酰基转移反应、DNA的形成、RNA的水解、肽的形成等。氢膦烷是一类含有P-H键的五配位磷化合物，其分子中的P-H键可以参与多种化学反应。我们课题组以氨基酸为原料合成了多种类型的五配位双分子氨基酸氢膦烷(AA-HSP)，并以此为底物对其反应活性进行了一系列的研究。由于AA-HSP含有磷手性中心，因此对于磷中心反应的立体化学机理的研究就显得尤为重要。但对于AA-HSP系列反应螺磷烷产物磷构型的确定，只有少部分产物结构得到了单晶的确认，目前尚缺少其它推测五配位磷化合物磷构型的可靠方法。为了进一步对以AA-HSP为原料的立体化学反应机理以及螺磷烷产物的磷构型有更加清晰的认识，本论文首先合成了系列新型的螺磷烷化合物，然后通过研究系列螺磷烷化合物的波谱性质，探索利用核磁共振波谱技术判断五配位螺磷烷磷构型的方法。该研究有利于进一步认识五配位磷化合物结构的立体化学特点，为五配位磷化合物的进一步研究提供帮助。 首先，以L型氨基酸、D型氨基酸以及其它非天然氨基酸为原料合成了4对AA-HSP，经过柱色谱分离得到8种单一磷构型的产物。利用得到的新型AA-HSP为原料进行了三种类型的反应，包括P-烷基化反应、Atherton-Todd反应以及CO2插入PV-N的反应，得到29个新型螺磷烷化合物，其结构均经过了核磁、高分辨质谱、红外等方法的确认。其中对氢膦烷与卤代烃的反应机理进行了较为深入地探索，通过31P NMR跟踪实验提出了该反应的立体化学机理为五配位磷原子上磷构型保持的亲核取代反应。 其次，通过对含有P-C、P-O键螺磷烷化合物的波谱性质分析，探索出了判断螺磷烷化合物磷构型的方法。对于不同磷构型的螺磷烷化合物，其三键偶合常数3JHCNP有着明显的规律。含有P-C键L型氨基酸螺膦烷化合物3JHCNP与磷构型之间的关系为：3JHCNP（Λp）>3JHCNP（Δp）；对于P-O键L型氨基酸螺磷烷化合物3JHCNP与磷构型之间的关系为：3JHCNP（Λp）<3JHCNP（Δp）。同样对于由D型氨基酸为原料合成的螺磷烷，1H NMR中3JHCNP值具有类似的规律，即3JHCNP值的大小与磷构型相关，可以用来推测五配位磷化合物的的磷相对构型。同时H-H COSY二维谱实验发现，含有P-C键螺膦烷化合物中氨基酸侧链手性C-H的裂分方式与磷构型有一定关联，不同磷构型其氨基酸侧链手性C-H的裂分方式也可以反映五配位磷原子的相对构型。此外，对于含有P-C键的缬氨酸螺膦烷化合物，当磷原子上连接具有磁各向异性效应的官能团时，不同磷构型会有不同的磁各向异性效应，导致缬氨酸侧链两组甲基的化学位移不同，因此根据磁各向异性效应也可以推测某些螺磷烷化合物的相对构型。最后，利用已有的单晶数据中二面角与三键偶合常数3JXCNP(X=C、H)的关系，模拟出两个开普勒斯方程，为进一步利用NMR技术推断五配位磷化合物的磷构型提供了帮助。
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