立体异构型精选PPT.ppt

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1、关于立体异构型第1页，讲稿共99张，创作于星期二26.2.1 顺反异构型化合物顺反异构型化合物第2页，讲稿共99张，创作于星期二3（cis-,trans-）()第3页，讲稿共99张，创作于星期二4第4页，讲稿共99张，创作于星期二5第5页，讲稿共99张，创作于星期二6COOHZ型型第6页，讲稿共99张，创作于星期二7第7页，讲稿共99张，创作于星期二8第8页，讲稿共99张，创作于星期二96.2.2 顺反异构型烯烃的合成顺反异构型烯烃的合成顺式烯烃：顺式烯烃：炔烃炔烃(炔烃比烯烃易于加氢炔烃比烯烃易于加氢)在林德拉在林德拉(Lindlar)催化剂催化剂(用醋酸铅部分毒化的用醋酸铅部分毒化的Pd/

2、CaCO3)作用作用下，得到顺式加成产物下，得到顺式加成产物同步反应。同步反应。第9页，讲稿共99张，创作于星期二106.2.2 顺反异构型烯烃的合成顺反异构型烯烃的合成反式烯烃：反式烯烃：炔类化合物在液氨炔类化合物在液氨/Na还原还原分步反应分步反应第10页，讲稿共99张，创作于星期二11烯烃和溴的加成，因为生成溴鎓正离子中间体，是烯烃和溴的加成，因为生成溴鎓正离子中间体，是反式加成反式加成。烯烃的硼氢化反应，因为生成四元环过渡态，是烯烃的硼氢化反应，因为生成四元环过渡态，是顺式加顺式加成成。另外，烯烃被冷稀高锰酸钾氧化为邻二醇，也是另外，烯烃被冷稀高锰酸钾氧化为邻二醇，也是顺式加成顺式加成

3、。6.2.3 顺反异构型环状化合物的合成顺反异构型环状化合物的合成环状烯烃转化为顺反异构型环状化合物。环状烯烃转化为顺反异构型环状化合物。第11页，讲稿共99张，创作于星期二12在第一步中，在第一步中，甲硼烷甲硼烷（BH3）与）与双键双键加成生成加成生成烷基硼烷基硼，称为烯烃的，称为烯烃的硼氢硼氢化反应化反应。第二步中，烷基硼在碱性条件下与。第二步中，烷基硼在碱性条件下与过氧化氢过氧化氢作用生成醇，作用生成醇，BH2基团被氧化为羟基，这一步称为基团被氧化为羟基，这一步称为烷基硼的氧化反应烷基硼的氧化反应。烯烃的硼氢化氧化反应烯烃的硼氢化氧化反应:像烯烃与水的反马氏加成产物像烯烃与水的反马氏加成

4、产物第12页，讲稿共99张，创作于星期二13第一步：第一步：硼烷与烯烃的加成是一个协同反应，双键的断裂与新键的生成同时进行，所以是顺式加成。第一步是立体决定的一步！第一步是立体决定的一步！CH3CH3CH3第13页，讲稿共99张，创作于星期二14第二步第二步：硼烷的过氧化氢处理过氧根离子过氧根离子进攻硼原子。烷基迁移到氧原子上生成进攻硼原子。烷基迁移到氧原子上生成构象构象保持的产物。保持的产物。H-O-O-H+OH-H-O-O-+H2O第14页，讲稿共99张，创作于星期二15参参 考考 书书不对称催化不对称催化新概念与新方法丁奎岭，范青华主编；化学工业出版社，2009年。手性合成手性合成林国强

5、，孙兴文，陈耀全，李月明，陈新滋著；科学出版社，2013年。6.3 光学活性光学活性(手性手性)化合物的合成化合物的合成第15页，讲稿共99张，创作于星期二第16页，讲稿共99张，创作于星期二17(二二)对映异构体对映异构体(Enantiomers)：彼此不能重合，但互彼此不能重合，但互为镜像的立体异构体，称为对映异构体。为镜像的立体异构体，称为对映异构体。这一对化合这一对化合物就像人的左右手一样，所以又称为物就像人的左右手一样，所以又称为手性分子手性分子。手性分子。手性分子必存在另一个对映异构体。必存在另一个对映异构体。(一一)立立体异构体体异构体(Stereoisomers)：分子中原子互

6、相连接的次分子中原子互相连接的次序相同，但空间排列的方式不同。序相同，但空间排列的方式不同。6.3.1 概论概论第17页，讲稿共99张，创作于星期二18(三三)对映异构体的特点对映异构体的特点:(1)(1)旋光性不同旋光性不同能使平面偏振光的振动面发生能使平面偏振光的振动面发生偏转，故对映异构又称旋光异构或光学异构。偏转，故对映异构又称旋光异构或光学异构。互为镜像的异构体会向相反方向发生相同角度的互为镜像的异构体会向相反方向发生相同角度的偏转！偏转！(+)或或(-)第18页，讲稿共99张，创作于星期二19(2)生理作用不同生理作用不同S-(-)-苧烯苧烯R-(+)-苧烯苧烯橙子的气味橙子的气味

7、 松节油的气味松节油的气味第19页，讲稿共99张，创作于星期二20(R)-thalidomide(S)-thalidomide(3)药理活性不同药理活性不同在在20世纪世纪60年代，镇静药沙利度胺年代，镇静药沙利度胺(thalidomide，又名，又名“反应停反应停”)是以两是以两个对映体的混合物个对映体的混合物(消旋体消旋体)用作缓解妊娠反应药物的。后来发现，在欧洲服用用作缓解妊娠反应药物的。后来发现，在欧洲服用过此药的孕妇中有不少产下海豚状畸形儿，成为震惊国际医药界的悲惨事件。过此药的孕妇中有不少产下海豚状畸形儿，成为震惊国际医药界的悲惨事件。力克力克胡哲无肢勇士胡哲无肢勇士(Nick V

8、ujicic)第20页，讲稿共99张，创作于星期二21两种对映体可产生类型不同的药理作用，两种对映体可产生类型不同的药理作用，都可作为治疗药，如：都可作为治疗药，如：左旋咪唑（左旋咪唑（levamisole）有驱虫和免疫刺激作用，）有驱虫和免疫刺激作用，而右旋咪唑（而右旋咪唑（dextramisole）有抗抑郁作用。）有抗抑郁作用。第21页，讲稿共99张，创作于星期二22All celestial bodies(天体天体)in solar system spiral forward in a anticlockwise direction，which calls right-hand rule

9、.世界上大多数学者认为，没有手性就没有生命。世界上大多数学者认为，没有手性就没有生命。生物分子的手性起源公认为生命起源中的迷中之迷生物分子的手性起源公认为生命起源中的迷中之迷。第22页，讲稿共99张，创作于星期二23In botany(植物学植物学),),chirality is also an important morphological feature.Most of vines grow up entwining round the trunk of the tree according to the right-hand rule,but few are exception.Wist

10、eria floribunda Wisteria sinensis第23页，讲稿共99张，创作于星期二24BeautifulShellfish(贝壳贝壳)第24页，讲稿共99张，创作于星期二251.当药物分子中当药物分子中四面体碳原子四面体碳原子上连接有上连接有4个互个互 不相同的基团时，该碳原子被称为不对称中不相同的基团时，该碳原子被称为不对称中 心或手性中心，用心或手性中心，用C*表示。表示。2.分子中若含有分子中若含有n个手性中心，最多将产生个手性中心，最多将产生2n个个 立体异构体。立体异构体。(五五)立体化学术语立体化学术语L-多巴，多巴，治疗帕金森综合症治疗帕金森综合症第25页，讲

11、稿共99张，创作于星期二263.分子的手性与对称性分子的手性与对称性(1)要判断一个分子是否具有手性，就是要判断该分子的要判断一个分子是否具有手性，就是要判断该分子的 实物和镜像实物和镜像(对映异构体对映异构体)是否能够重合。而物质分子能是否能够重合。而物质分子能否与其镜像重合，可从分子中有无否与其镜像重合，可从分子中有无对称因素对称因素来判断。来判断。(2)具有具有对称面对称面()和和对称中心对称中心()的分子没有手性；含的分子没有手性；含对称对称 轴轴(Cn)的化合物，不含对称面和对称中心，具有手性。的化合物，不含对称面和对称中心，具有手性。对称面对称面()第26页，讲稿共99张，创作于星

12、期二27手性分子实物和其镜像不重合；手性分子实物和其镜像不重合；非手性分子实物和其镜像重合，必含有对称中心或对称面。非手性分子实物和其镜像重合，必含有对称中心或对称面。第27页，讲稿共99张，创作于星期二28对对称称碳碳原原子子不不对对称称碳碳原原子子(2R,4R)-2,3,4-三三羟基戊二酸羟基戊二酸(2S,4S)-2,3,4-三三羟基戊二酸羟基戊二酸(2R,3s,4S)-2,3,4-三羟基戊二酸三羟基戊二酸(2R,3r,4S)-2,3,4-三羟基戊二酸三羟基戊二酸三羟基戊二酸三羟基戊二酸含手性碳原子的非手性分子含手性碳原子的非手性分子含手性碳原子的非手性分子含手性碳原子的非手性分子第28页

13、，讲稿共99张，创作于星期二29含手性碳原子的非手性分子含手性碳原子的非手性分子含手性碳原子的非手性分子含手性碳原子的非手性分子内消旋体内消旋体请注意请注意：内消旋体：内消旋体(meso-)与外消旋体与外消旋体(rac-)的差别。的差别。内消旋体内消旋体是分子内含有不对称性的原子，但因具有对称是分子内含有不对称性的原子，但因具有对称因素而形成的不旋光性化合物。是单一的化合物因素而形成的不旋光性化合物。是单一的化合物;外消旋体外消旋体是对映异构体的是对映异构体的1:1混合物。混合物。酒石酸酒石酸第29页，讲稿共99张，创作于星期二30不含手性碳原子的手性分子不含手性碳原子的手性分子不含手性碳原子

14、的手性分子不含手性碳原子的手性分子1.有手性中心的手性分子有手性中心的手性分子2.有手性轴的手性分子有手性轴的手性分子3.有手性面的手性分子有手性面的手性分子第30页，讲稿共99张，创作于星期二311.有手性中心的手性分子有手性中心的手性分子对映体已拆分对映体已拆分C6H5H3CNCH2C6H5CH2CHCH2+伞形翻转效应伞形翻转效应除除除除C C外，外，外，外，N N、S(P166)S(P166)、P P、As As 等也能作手性中心等也能作手性中心等也能作手性中心等也能作手性中心第31页，讲稿共99张，创作于星期二322.有手性轴的有手性轴的手性分子手性分子（1 1）丙二烯型的旋光异构体

15、）丙二烯型的旋光异构体）丙二烯型的旋光异构体）丙二烯型的旋光异构体（2 2）联苯型的旋光异构体）联苯型的旋光异构体）联苯型的旋光异构体）联苯型的旋光异构体第32页，讲稿共99张，创作于星期二33（1 1）丙二烯型的旋光异构体）丙二烯型的旋光异构体）丙二烯型的旋光异构体）丙二烯型的旋光异构体Vont Hoff（荷兰）荷兰）Bel（法）法）（1901年诺贝尔奖）年诺贝尔奖）实例：实例：a=苯基，苯基，b=萘基，萘基，1935年拆分。年拆分。第33页，讲稿共99张，创作于星期二34C原子与原子与X1（或或X3）的中心距离和的中心距离和C原子与原子与X2（或或X4）的中心距离之和的中心距离之和超过超过

16、290pm，那么在室温（那么在室温（25oC）以下，这个化合物就有可能拆分以下，这个化合物就有可能拆分成旋光异构体。成旋光异构体。（2 2 2 2）联苯型的旋光异构体）联苯型的旋光异构体）联苯型的旋光异构体）联苯型的旋光异构体由于由于PPh2位阻太大引位阻太大引起的旋光异构体称为起的旋光异构体称为位阻异构体位阻异构体(atropisomer)第34页，讲稿共99张，创作于星期二35(3)有手性面的手性分子有手性面的手性分子第35页，讲稿共99张，创作于星期二36蒄（无手性）蒄（无手性）六螺并苯（有手性）六螺并苯（有手性）(4)(4)螺旋手性分子螺旋手性分子第36页，讲稿共99张，创作于星期二3

17、7(六六)对映异构体构型的标示对映异构体构型的标示D/L标示法和R/S标示法D-(+)-甘油醛甘油醛 L-(-)-甘油醛甘油醛1.D/L标示法标示法为了避免任意指定构型所造成的混乱,19世纪末，费歇尔建议用甘油醛为标准来确定对映体的构型。D、L与与“+、-”没有必然的联系没有必然的联系H.E.Fischer(1852-1919)第37页，讲稿共99张，创作于星期二38相对构型和绝对构型相对构型和绝对构型与假定的与假定的D、L甘油醛甘油醛相关联而确定的构型。相关联而确定的构型。相相对对构构型型D-(+)-甘油醛甘油醛D-(-)-乳酸乳酸H O绝绝对对构构型型能真实代表某一能真实代表某一光活性化合

18、物的光活性化合物的构型（构型（R、S）D、L-构型表示法有其局限性构型表示法有其局限性:(1)只适用于有一个手性碳原子化合只适用于有一个手性碳原子化合物。对于含多个手性碳原子的化合物就难于表示物。对于含多个手性碳原子的化合物就难于表示;(2)必须能和甘油必须能和甘油醛进行关联。但由于习惯的原因，目前在糖和氨基酸类物质中仍较醛进行关联。但由于习惯的原因，目前在糖和氨基酸类物质中仍较普遍采用。普遍采用。第38页，讲稿共99张，创作于星期二39(2)R和和S系统系统:由于由于D/L-构型表示法有局限性，构型表示法有局限性，1970年，年，IUPAC建议根据建议根据绝对构型的观点，对对映异构体的构型提

19、出了另一种表示方法，即绝对构型的观点，对对映异构体的构型提出了另一种表示方法，即R/S-构型表示法。将手性中心的取代基按原子序数依次排列，构型表示法。将手性中心的取代基按原子序数依次排列，ABCD，把最小基团，把最小基团D作为手性碳原子的顶端，作为手性碳原子的顶端，A、B、C为四面体为四面体底部的底部的3个角，从底部向顶端方向看，若保持从大到小基团按顺时针方向排个角，从底部向顶端方向看，若保持从大到小基团按顺时针方向排列者，称为列者，称为R型；若为逆时针方向排列者，称为型；若为逆时针方向排列者，称为S型。型。R,S-构型的确定构型的确定第39页，讲稿共99张，创作于星期二40Cahn-Ingo

20、ld-Prelog(CIP)惯例次序规则惯例次序规则第40页，讲稿共99张，创作于星期二41第41页，讲稿共99张，创作于星期二424)对取代的烯基，具有对取代的烯基，具有Z构型构型的基团比具有的基团比具有E构型构型的基的基团优先。团优先。5)具有具有R构型构型的基团比具有的基团比具有S构型构型的基团优先。的基团优先。第42页，讲稿共99张，创作于星期二43右手螺旋法则右手螺旋法则R R,S-构型的确定构型的确定符合右手螺旋法则符合右手螺旋法则R不符合右手螺旋法则不符合右手螺旋法则S R,S-构型的确定新方法构型的确定新方法第43页，讲稿共99张，创作于星期二44(七七)对映体及其测定对映体及

21、其测定:(1)旋光法；旋光法；(2)手性色谱分离法手性柱拆分手性色谱分离法手性柱拆分第44页，讲稿共99张，创作于星期二45旋光法旋光法第45页，讲稿共99张，创作于星期二46旋光仪旋光仪温控旋光仪温控旋光仪第46页，讲稿共99张，创作于星期二47光学纯度光学纯度(optical purityoptical purity):对映体样品测定的旋光与最大旋光之比。对映体样品测定的旋光与最大旋光之比。比旋光的测量比旋光的测量：L(dm)c(g/100ml)L(dm)c(g/100ml)：测量值：测量值 L L：样品池的长度：样品池的长度(dm)(dm)C C：浓度：浓度(g/100ml)(g/100

22、ml)D D：波长：波长 20 20：温度：温度光学纯对映体旋光已知，可从测定的旋光值来计算光学纯度：光学纯对映体旋光已知，可从测定的旋光值来计算光学纯度：光学纯度（光学纯度（%）=obs.obs./maxmax100%100%旋光测定对映体组成的传统方法局限性旋光测定对映体组成的传统方法局限性:（1 1）必必须须知知道道纯纯对对映映体体的的比比旋旋；（2 2）旋旋光光测测量量受受许许多多因因素素，如如波波长长、溶溶剂剂、溶溶液液浓浓度度、温温度度，比比旋旋值值较较大大的的杂杂质质的的存存在在显显著著影影响响；（3 3）需需要要较较大大量量的的样样品，化合物的品，化合物的必须足够大以获得合理数

23、值。必须足够大以获得合理数值。D20(obs.)=样品池样品池第47页，讲稿共99张，创作于星期二48(2)手性色谱分离法手性手性色谱分离法手性HPLC拆分拆分R/S异构体，异构体，然后测定含量然后测定含量.手手性性气气相相色色谱谱柱柱手手性性液液相相色色谱谱柱柱第48页，讲稿共99张，创作于星期二49 对映选择性过量值对映选择性过量值Enantioselectivity Excess(ee)气相色谱仪气相色谱仪Gas Chromatography(GC)高压液相色谱仪高压液相色谱仪High Pressure Liquid Chromatography(HPLC)第49页，讲稿共99张，创作于

24、星期二50手性高压液相制备色谱柱手性高压液相制备色谱柱制备手性色谱柱制备手性色谱柱 第50页，讲稿共99张，创作于星期二51对映异构体的对映异构体的HPLC图及图及ee的计算的计算消旋体消旋体对映体对映体第51页，讲稿共99张，创作于星期二52R,RS,RR,SS,S非对映异构体：非对映异构体：非对映异构体（非对映异构体（diastereoisomers)是指分是指分子具有两个或多个手性中心，并且分子间为非镜像关系子具有两个或多个手性中心，并且分子间为非镜像关系的的立体异构体立体异构体。物理和化学性质不一样。物理和化学性质不一样(核磁，熔沸点，核磁，熔沸点，TLC极性等都不同极性等都不同)。第

25、52页，讲稿共99张，创作于星期二53相相 应应 地地样样 品品 的的 非非 对对 映映 体体 组组 成成 可可 以以 用用“非非 对对 映映 体体 过过 量量”%d.e.(diastereomeric excess)或或dr(diastereomeric ratio)来描述。来描述。or:dr=(S,S+R,R)/(S,R+R,S)指出下列指出下列(A)与与(B)、(A)与与(C)的关系的关系(即对映体或非对映体关系即对映体或非对映体关系)。思考题思考题第53页，讲稿共99张，创作于星期二54(八八)不对称合成不对称合成定义：在反应中借助外来的不对称因素定义：在反应中借助外来的不对称因素(手

26、性环境手性底物、手性环境手性底物、手手 性助剂、手性试剂、手性催化剂性助剂、手性试剂、手性催化剂)，使前手性，使前手性(prochiral)化合物化合物不等量地转化不等量地转化为两种构型相反的手性产物，例如苯乙酮的不对称为两种构型相反的手性产物，例如苯乙酮的不对称还原，在不对称因素的影响下加氢到前后两个面的几率是不等的，还原，在不对称因素的影响下加氢到前后两个面的几率是不等的，会得到数量不等的会得到数量不等的R构型和构型和S构型产物，这就是不对称合成。构型产物，这就是不对称合成。S型型,R型型,第54页，讲稿共99张，创作于星期二55手手 性性 催催 化化 剂剂反应物反应物1反应物反应物2第5

27、5页，讲稿共99张，创作于星期二56不对称合成的方法不对称合成的方法手性传递方式手性传递方式不同：不同：1.1.底底物物控控制制法法:通通过过底底物物中中原原有有的的手手性性，在在产产物物中中形形成成新新的手性中心。的手性中心。2.2.辅辅基基控控制制法法:在在合合成成的的某某一一阶阶段段引引入入一一个个手手性性辅辅助助基基团团，形成局部诱导产生新的手性中心。形成局部诱导产生新的手性中心。3.3.试试剂剂控控制制法法:以以手手性性试试剂剂的的手手性性中中心心为为诱诱导导，在在非非手手性性底底物物中引入手性中心。中引入手性中心。4.4.催催化化剂剂控控制制法法:手手性性催催化化剂剂诱诱导导非非手

28、手性性底底物物与与非非手手性性试试剂剂转化为手性产物。转化为手性产物。手性增值手性增值第56页，讲稿共99张，创作于星期二576.3.1 由手性反应物开始的不对称合成由手性反应物开始的不对称合成 采用光学纯的手性物质为反应物，利用反应物中的手采用光学纯的手性物质为反应物，利用反应物中的手性中心控制立体异构体的生成方向，使前手性基团转化为性中心控制立体异构体的生成方向，使前手性基团转化为新的手性中心。（新的手性中心。（P162）局限性：起始原料必须为稳定易得的光学纯物质。局限性：起始原料必须为稳定易得的光学纯物质。例如：硝基甲烷与醛的加成反应例如：硝基甲烷与醛的加成反应(反应从羰基背后发生反应从

29、羰基背后发生)Felkin-Anh(费尔金费尔金-安安)模型模型第57页，讲稿共99张，创作于星期二58如图纽曼投影式所示。手性碳上的最大如图纽曼投影式所示。手性碳上的最大基团基团(基团大小由基团大小由CPI规则确定规则确定)与羰基碳与羰基碳氧键保持垂直，且羰基位于氧键保持垂直，且羰基位于RM和和RL之间。之间。亲核试剂从亲核试剂从RS和和RM之间进攻羰基。之间进攻羰基。Felkin-Anh(费尔金费尔金-安安)模型模型仅作了解仅作了解构象能量最低第58页，讲稿共99张，创作于星期二596.3.2 由手性助剂作用下的不对称合成由手性助剂作用下的不对称合成 借助手性助剂借助手性助剂 (chira

30、l auxiliaries)，从非手性物质转化，从非手性物质转化为光学纯的对映体。为光学纯的对映体。(P163)手性助剂的使用条件手性助剂的使用条件:(1)高度立体选择性高度立体选择性;(2)引入和引入和脱离容易，不发生外消旋化；脱离容易，不发生外消旋化；(3)回收率很高，且保持光回收率很高，且保持光学纯度；学纯度；(4)价廉易得。价廉易得。Evans手性助剂酰亚胺类基团：手性助剂酰亚胺类基团：第59页，讲稿共99张，创作于星期二60Enders手性腙手性腙Evans手性脯氨醇手性脯氨醇第60页，讲稿共99张，创作于星期二61 用手性用手性BINAL-H(一种手性联萘二酚修饰的氢化铝锂试一种手

31、性联萘二酚修饰的氢化铝锂试剂剂)还原。还原。6.3.3 手性试剂用于不对称合成手性试剂用于不对称合成 与手性助剂的方法不同，手性试剂与底物不连接，避免了与手性助剂的方法不同，手性试剂与底物不连接，避免了手性助剂与底物进行连接与脱离过程。手性试剂价格昂贵。手性助剂与底物进行连接与脱离过程。手性试剂价格昂贵。(P167)第61页，讲稿共99张，创作于星期二62手性硼烷试剂手性硼烷试剂 该实例说明应用手性硼烷进行的手性合成反应具有很高的该实例说明应用手性硼烷进行的手性合成反应具有很高的立体选择性。在反应过程中，形成两种能量差别相当大的过渡立体选择性。在反应过程中，形成两种能量差别相当大的过渡态态(A

32、)和和(B)，而，而(A)的能量小于态的能量小于态(B)的能量。在的能量。在(A)中顺中顺-2-丁烯丁烯的甲基接近的甲基接近C3上体积较小的氢原子，在上体积较小的氢原子，在(B)中该甲基接近于体积中该甲基接近于体积较氢原子大得多的较氢原子大得多的M基团，这就导致两种过渡态在能量上的悬殊，基团，这就导致两种过渡态在能量上的悬殊，从而使反应具有较高的立体选择性。从而使反应具有较高的立体选择性。第62页，讲稿共99张，创作于星期二6.3.4 不对称催化反应不对称催化反应在手性催化剂作用下，潜手性底物转化为手性产物的在手性催化剂作用下，潜手性底物转化为手性产物的过程过程,称为不对称催化合成称为不对称催

33、化合成.(手性配体手性配体)(配位配位)第63页，讲稿共99张，创作于星期二64不对称催化不对称催化 生物催化生物催化(Enzyme,Cell,et al.)有机金属催化有机金属催化化学催化化学催化有机小分子催化有机小分子催化金属中心金属中心 手性配体手性配体金属中心决定催化剂的反应活性；金属中心决定催化剂的反应活性；手性配体则控制立体化学手性配体则控制立体化学,即对映选择性即对映选择性不对称不对称Aldol反应反应(S)-BINAP-Rh(I)第64页，讲稿共99张，创作于星期二65不对称合成的几个主要反应：不对称合成的几个主要反应：不对称催化氢化不对称催化氢化不对称环氧化不对称环氧化第65

34、页，讲稿共99张，创作于星期二661.催化不对称氢化反应的催化不对称氢化反应的“拓荒者拓荒者”威廉威廉 诺尔斯诺尔斯 在提高催化剂的催化效率的过程中，诺尔斯采用在提高催化剂的催化效率的过程中，诺尔斯采用(R,R)-DIPAMP-Rh(I)(COD)+BF4-为催化剂，从非手性烯胺为催化剂，从非手性烯胺出发，经过催化不对称氢化和酸性水解两步反应得到出发，经过催化不对称氢化和酸性水解两步反应得到LDopa（治疗帕金森综合症的有效药物）。从而解决了制备（治疗帕金森综合症的有效药物）。从而解决了制备LDopa的关键步骤。此路线于的关键步骤。此路线于1974年投产，是第一个通过不对称年投产，是第一个通过

35、不对称催化反应合成的商品药物。催化反应合成的商品药物。第66页，讲稿共99张，创作于星期二672.催化不对称氢化反应的另一个催化不对称氢化反应的另一个“开拓者开拓者”野依良治野依良治 Noyori手性催化剂手性催化剂BINAP-Ru(II)对对C=C、C=O、C=N双键的不对称催化加氢都有极好双键的不对称催化加氢都有极好的对映选择性。的对映选择性。TON值最高可达值最高可达106(1克催克催化剂就可以合成化剂就可以合成1吨手吨手性产物性产物).目前野依良治发明的目前野依良治发明的Ru-BINAP已广泛用于抗生素、左旋葡萄糖的工业合成，同时在新的化学试已广泛用于抗生素、左旋葡萄糖的工业合成，同时

36、在新的化学试剂、药品和高性能材料的合成方面也有广泛应用。剂、药品和高性能材料的合成方面也有广泛应用。第67页，讲稿共99张，创作于星期二68 3.不对称环氧化夏普莱斯不对称环氧化夏普莱斯 夏普莱斯不对称环氧化反应在夏普莱斯不对称环氧化反应在(S)-和和(R)-缩水甘油、缩水甘油、(S)-和和(R)-甲基缩水甘油的生产能力已达吨级。这些缩甲基缩水甘油的生产能力已达吨级。这些缩水甘油是生产治疗心脏病药心得安、水甘油是生产治疗心脏病药心得安、(7R,8S)-环氧十九环氧十九烷等的原料。烷等的原料。下面是手性下面是手性2，3环氧醇的立体和区域选择性开环的方环氧醇的立体和区域选择性开环的方法法：1980

37、年，夏普莱斯等发现，在少量异丙基钛和光学纯年，夏普莱斯等发现，在少量异丙基钛和光学纯的酒石酸二烷基酯作用下，叔丁基过氧化氢能够高度立的酒石酸二烷基酯作用下，叔丁基过氧化氢能够高度立体选择性的将烯丙醇中的碳碳双键氧化得到环氧醇。体选择性的将烯丙醇中的碳碳双键氧化得到环氧醇。第68页，讲稿共99张，创作于星期二69(7R,8S)-环氧十九烷环氧十九烷酒石酸酒石酸第69页，讲稿共99张，创作于星期二70成功的不对称反应的标准：成功的不对称反应的标准：1.高对映体过量值高对映体过量值(ee);2.手性辅剂或手性催化剂易于制备并能循环使用；手性辅剂或手性催化剂易于制备并能循环使用；3.可以制备可以制备R

38、或或S两种构型；两种构型；4.最好是催化量的，并且是高效合成最好是催化量的，并且是高效合成(TON和和TOF值高值高)目前，获得手性化合物的方法仍然以外消旋体拆分目前，获得手性化合物的方法仍然以外消旋体拆分为主，不对称催化合成应用于工业化生成还非常少为主，不对称催化合成应用于工业化生成还非常少。第70页，讲稿共99张，创作于星期二71(九九)一些复杂化合物实例一些复杂化合物实例 1.1.牛胰岛素的人工合成牛胰岛素的人工合成 1965 1965年我国的上百位化学工作者经过年我国的上百位化学工作者经过6 6年多年多坚持不懈的努力，获得了人工全合成牛胰岛素晶体。坚持不懈的努力，获得了人工全合成牛胰岛

39、素晶体。这是世界上第一个人工合成的蛋白质。这是世界上第一个人工合成的蛋白质。两条肽链两条肽链:A:A链链2121个氨基酸残基个氨基酸残基,B,B链链3030个残基，分子个残基，分子量量57005700道尔顿，道尔顿，19531953年确定全部化学结构。年确定全部化学结构。第71页，讲稿共99张，创作于星期二722.2.维生素维生素B12 B12 Woodward&Eschenmoser 领导两个实验室100位合成化学家完成全合成.第72页，讲稿共99张，创作于星期二733.3.海葵毒素海葵毒素 (Palytoxin)(Palytoxin)C129H223N3O54(2680),64个不对称中心

40、,7个非末端双键,异构体数目271个。1990年由Kishi（Harvard）领导的24位研究生和博士后经历8年努力完成了Palytoxin的全合成。第73页，讲稿共99张，创作于星期二744.4.紫杉醇（紫杉醇（TaxolTaxol）第74页，讲稿共99张，创作于星期二75结束语 手手性性合合成成对对医医药药、农农药药、材材料料科科学学和和生生命命科科学学有有重重要要意意义义，同同时时对对多多种种学学科科的的交交叉叉，新新学学科科的的生生长长，对对生生命命科科学学，有有机机化化学学，无无机机化化学学，分分析析化化学学，环环境境化化学学，化化学学反反应应机机理理等等学学科科发发展展有有着着促促

41、进进作作用用。对对于于合合成成化化学学家家来来说说，合合成成不不仅仅是是一一种种得得到到化化合合物物的的手手段段，也也是是体体现现他他的的创创造造力力、聪聪明明才才智智、能能力力和和毅毅力力的的场场所所。德德国国化化学学家家TietzeTietze如如是是评评论论现现代代有有机机合合成成化化学学。在在控控制制分分子子三三维维结结构构的的合合成成中中，化化学学和和生生物物技技术术相相互互竞竞争争又又相相互互促促进进，取取得得了了令令人人瞩瞩目目的的成成就就。从从合合成成蛋蛋白白质质、维维生生素素B12B12到到含含有有6464个个手手性性碳碳原原子子的的海海葵葵毒毒素素，合合成成化化学学家家几几

42、乎乎能能自自主主地地合合成成任任何何复复杂杂的的分分子子。不不对对称合成不仅是一门科学，也是一门艺术。称合成不仅是一门科学，也是一门艺术。第75页，讲稿共99张，创作于星期二76酶催化的不对称合成酶催化的不对称合成酶的特性酶的特性1、高效性：酶的催化效率比无机催化剂更高，使得反应速率更快；、高效性：酶的催化效率比无机催化剂更高，使得反应速率更快；2、专一性专一性：一种酶只能催化一种或一类：一种酶只能催化一种或一类底物底物，如蛋白酶只能催化，如蛋白酶只能催化蛋白质水解蛋白质水解成成多肽多肽；3、多样性：酶的种类很多，大约有、多样性：酶的种类很多，大约有4000多种；多种；4、温和性：是指酶所催化

43、的化学反应一般是在较温和的条件下进行的。、温和性：是指酶所催化的化学反应一般是在较温和的条件下进行的。5、活性可调节性：包括抑制剂和激活剂调节、活性可调节性：包括抑制剂和激活剂调节、反馈抑制反馈抑制调节、调节、共价修饰调节共价修饰调节和和变变构调节构调节等。等。6.有些酶的催化性与有些酶的催化性与辅因子辅因子有关。有关。7.易变性，由于大多数酶是蛋白质，因而会被高温、强酸、强碱等破坏。易变性，由于大多数酶是蛋白质，因而会被高温、强酸、强碱等破坏。酶酶(enzyme)，指由生物体内活细胞产生的一种生物催，指由生物体内活细胞产生的一种生物催化剂。大多数由蛋白质组成化剂。大多数由蛋白质组成 (少数为

44、少数为RNA)。能在机。能在机体中十分温和的条件下，高效率地催化各种生物化体中十分温和的条件下，高效率地催化各种生物化学反应，促进生物体的新陈代谢。酶催化学反应，促进生物体的新陈代谢。酶催化(Enzyme catalysis）可以看作是介于均相与非均相催化反应）可以看作是介于均相与非均相催化反应之间的一种催化反应。之间的一种催化反应。第76页，讲稿共99张，创作于星期二77化学生物学化学生物学生物化学生物化学，顾名思义是研究生物体中的化学进程顾名思义是研究生物体中的化学进程的一门学科，常常被简称为生化。它主要用于研的一门学科，常常被简称为生化。它主要用于研究细胞内各组分，如蛋白质、糖类、脂类、

45、核酸究细胞内各组分，如蛋白质、糖类、脂类、核酸等生物大分子的结构和功能等生物大分子的结构和功能。化学生物学化学生物学，则着重于利用化学合成中的方法来则着重于利用化学合成中的方法来解答生物化学所发现的相关问题。解答生物化学所发现的相关问题。第77页，讲稿共99张，创作于星期二78(十十)不对称有机反应用于判断反应机理不对称有机反应用于判断反应机理第78页，讲稿共99张，创作于星期二791.外消旋化外消旋化 一个纯的光活性物质，如果体系中的一半一个纯的光活性物质，如果体系中的一半量发生构型转化，就得外消旋体，这种由纯的光量发生构型转化，就得外消旋体，这种由纯的光活性物质转变为外消旋体的过程称为外消

46、旋化。活性物质转变为外消旋体的过程称为外消旋化。如果构型转化未达到半量，就叫部分外消旋化。如果构型转化未达到半量，就叫部分外消旋化。第79页，讲稿共99张，创作于星期二80含有手性碳原子的化合物，若手性含有手性碳原子的化合物，若手性碳很容易形成正碳离子、负碳离子、自碳很容易形成正碳离子、负碳离子、自由基等中间体时，常会发生外消旋化。由基等中间体时，常会发生外消旋化。经形成正碳离子、负碳经形成正碳离子、负碳离子、自由基等中间体离子、自由基等中间体发生外消旋化。发生外消旋化。H+-H+-H+H+-H2O-H2OH2OH2O60-70oC4小时小时（+）-肾上线素肾上线素（无药效）（无药效）（-）-

47、肾上线素肾上线素（有药效）（有药效）H+第80页，讲稿共99张，创作于星期二81 含手性碳的化合物，若手性碳上的氢在含手性碳的化合物，若手性碳上的氢在酸或碱的催化作用下，易发生烯醇化，在烯酸或碱的催化作用下，易发生烯醇化，在烯醇化的过程中常会发生外消旋化。醇化的过程中常会发生外消旋化。经烯醇化发生经烯醇化发生外消旋化。外消旋化。D-(-)-乳酸乳酸L-(+)-乳酸乳酸第81页，讲稿共99张，创作于星期二82含多个含多个C*的化合物，使其中一个的化合物，使其中一个C*发生构型转化的发生构型转化的过程称为差向异构化。如果是端基的过程称为差向异构化。如果是端基的C*发生构型转化，发生构型转化，则称为

48、端基差向异构化。则称为端基差向异构化。第82页，讲稿共99张，创作于星期二83 D-(-)-麻黄素有生理麻黄素有生理活性，易结晶活性，易结晶L-(+)-假麻黄素生理活假麻黄素生理活性只有麻黄素的性只有麻黄素的1/5。碳正离子碳正离子第83页，讲稿共99张，创作于星期二842、亲电加成反应的立体化学、亲电加成反应的立体化学烯烃烯烃亲电加成反应的历程可通过加成反应的立体化学亲电加成反应的历程可通过加成反应的立体化学实验事实来证明，我们以实验事实来证明，我们以2-丁烯与溴的加成为例进行丁烯与溴的加成为例进行讨论。讨论。实验：实验：2-丁烯与溴的加成的立体化学事实说明，加溴的第一步丁烯与溴的加成的立体

49、化学事实说明，加溴的第一步不是形成碳正离子不是形成碳正离子.第84页，讲稿共99张，创作于星期二85若是形成碳正离子的话，因碳正离子为平面构型，溴负若是形成碳正离子的话，因碳正离子为平面构型，溴负离子可从平面的两面进攻碳正离子，其产物就不可能完离子可从平面的两面进攻碳正离子，其产物就不可能完全是外消旋体，也可能得到内消旋体，这与实验事实不全是外消旋体，也可能得到内消旋体，这与实验事实不符。符。外消旋体外消旋体内消旋体内消旋体第85页，讲稿共99张，创作于星期二86用生成溴鎓离子中间体历程可很好的解释上述立体化用生成溴鎓离子中间体历程可很好的解释上述立体化学事实。学事实。形成的环状结构中间体（溴

50、鎓离子），即阻碍环绕碳碳单键形成的环状结构中间体（溴鎓离子），即阻碍环绕碳碳单键的旋转，同时也限制的旋转，同时也限制Br 只能从三元环的反面进攻，又因只能从三元环的反面进攻，又因Br 进攻两个碳原子的机会均等，因此得到的是外消旋体。进攻两个碳原子的机会均等，因此得到的是外消旋体。外消旋体外消旋体第86页，讲稿共99张，创作于星期二87构型异构、旋光异构、对映异构、非对映异构、差向构型异构、旋光异构、对映异构、非对映异构、差向异构的关系异构的关系1：构型异构：构型异构2：旋光异构：旋光异构3：对映异构：对映异构4：非对映异构：非对映异构5：差向异构：差向异构第87页，讲稿共99张，创作于星期二8