不对称催化反应 原理及在有机合成中的应用

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1、第章导言手性是指物质的一种不对称性，好比人的左手和右手的关系。手性是自然界的特征之一，也是一切生命的基础，生命现象依赖于手性的存在和手性的识别。因此，一切动植物以及人体对药物等都具有精确的手性识别能力。手性药物的构型不同，它们的生理活性和毒性也不相同。多巴是治疗帕金森病的良药，但它的对映体却有严重的毒性作用。丙氧芬（的左旋体与右旋体有相似的镇咳活性，但只是右旋体有镇痛作用，所以右旋体（）作为镇痛药，左旋体（）作为镇咳药已分别上市。治疗帕金森症镇痛药多巴有毒性作用丙氧芬镇咳药芳基丙酸类药物是重要的非体消炎镇痛药，虽然它们的两种对映体都有

2、药效，但（异构体的药效比（异构体高得多。萘普生的药效是（的倍；）布洛芬是（）的倍。目前世界上使用的药物总数大约为种，手性药物占以上。在种常见的临床药物中，手性药物多达种。年光学活性药物的销售额超过亿美元。年有的合成药物将以单一旋光异构体上市。旋光纯化合物因其所具有的特殊性质和非凡功能，不仅在药物中，而且在农药、香料、食品添加剂和昆虫信息素等领域中均获得了广泛的应用。此外，在分子电子学、分子光学以及特殊材料中也引起了人们的普遍关注。液晶材料在光信号的记录、储存和显示方面有重要用途。研究结果显示：胆甾型液晶都是由手性分子组成，向列型液晶却

3、是由内消旋体或非手性化合物组成，若向向列型液晶中加入手性分子，就会促使向列型液晶向胆型液晶转变。旋光纯高聚物与消旋体相比具有优良的性能，光学活性的苯基乙基丙内酯聚合物的熔点竟比相应的外消旋体聚合物高。手性是生命科学中的一个关键因素，酶的高度立体专一性这一事实，就足以说明生命过程包含着极为丰富且又非常复杂的立体化学内容。组成蛋白质的天然氨基酸都是构型，而天然的糖类化合物大多是构型。若用人工合成的氨基酸组成多肽和蛋白质，这样的多肽和蛋白质该有什么样的生理作用？探讨这些问题，无疑会在分子水平揭开生命的奥秘。解答这些问题，必须依靠立体化学的指

4、导和对立体化学的深入了解制备手性化合物已经成为化学家面临的严峻挑战。迄今获得这类化合物的主要方法可归纳为：）外消旋体拆分图，式（手性源合成［式（）不对称诱导［式（）手性放大［式（；）催化不对称合成［式（图获得手性化合物的方法（左手和右手分别代表左旋体和右旋体）拆分外消旋体拆分是用物理、化学或生物方法将外消旋体分离成单一异构体。这是一种经典的方法，在工业生产中的应用已有多年历史，目前仍然是获得手性物质的有效方法之一。不能转化为非对映体的分子或含有能够外消旋的两个以上手性中心的分子，不适合用拆分法分离。根据晶格中填充物的性质，把外消旋体分

5、为三类（图：外消旋混合物、外消旋化合物和外消旋固体溶液。在外消旋混合物中，晶格中的每个晶胞（仅包括一种对映体，而外消旋化合物的每个晶胞含有等量的对映体。在外消旋固体溶液中，两个对映体以无序的方式共存于晶格中。图外消旋物的分类根据外消旋物的类型，可选择直接结晶法、非对映体结晶法和动力学拆分等三种不同的拆分方法。直接结晶法只有外消旋混合物才能采用直接结晶法进行拆分。主要有两种方法：第一种方法使两种对映体同时在溶液中结晶，而母液仍是外消旋的。在甲基多巴的工业生产中就是用这种方法拆分其中间体，即把外消旋物的过饱和溶液通过含有各个对映体晶种的两

6、个结晶槽而达到拆分的目的局部结晶是与上述方法类似的，即在同一溶液的不同区域内分别加入构型相反的对映体晶种，这时多个对映体就从过饱和溶液中结晶析出，从外消旋美沙酮）分离（和（异构体就是采用这种方法。苏氨酸、天冬酰胺和谷氨酸也可用此法拆分，即使没有相应氨基酸的晶种时，只要加入其他旋光纯氨基酸（如苯丙氨酸）的晶种也能拆分上述三种氨基酸的外消旋物第二种方法叫选择结晶法（，其中一个对映先结晶析出，另一个处于过饱和状态。氯霉素的工业生产就是用这种方法拆分非对映体结晶法非对映体结晶法用于拆分外消旋化合物，化学量的旋光纯拆分试剂与对映体混合物反应，生

7、成一对非对映体，由于二者的物理性质不同，因此可用结晶、蒸馏或色谱法将它们分开。这种方法成功地用于工业化生产苯基甘氨酸（吨／年）（图。图用非对映体结晶法拆分（）苯基甘氨酸使用的拆分试剂必须满足如下条件：价廉；易回收且不消旋化；）与拆分的底物容易反应。使用非对映体结晶法每一循环的最大产率是，从经济上考虑，不需要的异构体应当容易消旋化。动力学拆分动力学拆分的基本原理是：在手性试剂的存在下，一对对映体和手性试剂作用，生成非对映异构体，由于生成此非对映体的活化能不同，反应速度就不同。利用不足量的手性试剂与外消旋体作用，反应速度快的对映体优先完成

8、反应，而剩下反应慢的对映异构体，从而达到拆分的目的。手性试剂是化学量的或催化量的。手性催化剂可以是化学试剂、酶或微生物。未反应底物值的高低直接取决于两种非对映体反应速率差的大小。报道了外消旋的扁桃酸与的（薄荷醇进行酯化时