4 手性催化技术
化工工艺手性催化技术研究
化工工艺手性催化技术研究【摘要】手性催化合在众多的领域中都会涉及到，并且发展极为迅速，手性催化相关的手性配体以及催化剂的种类繁多，手性催化反应工程以高催化效率、高选择为基础，投入工业生产应用当中。
在今后的手性催化技术领域需要不断的扩大发展，众多的手性催化技术加入生产应用，才能使得学科发展更具有活力。
进一步加强企业与学术直接的关系，拉近之间的距离，这也是推动学术进一步研究发展的动力。
本文对化工工艺手性催化技术进行简要的分析。
【关键词】化工手性催化技术方法问题手性催化合在众多的领域中都会涉及到，并且发展极为迅速，手性催化相关的手性配体以及催化剂的种类繁多，手性催化反应工程以高催化效率、高选择为基础，投入工业生产应用当中。
在今后的手性催化技术领域需要不断的扩大发展，众多的手性催化技术加入生产应用，才能使得学科发展更具有活力。
进一步加强企业与学术直接的关系，拉近之间的距离，这也是推动学术进一步研究发展的动力。
本文对化工工艺手性催化技术进行简要的分析。
1 手性催化中的新概念与新方法化学家对手性催化不断的深入了解，在研究的过程也不断的发现新的概念和方法，不仅能够提高手性催化的催化效率，还能够为手性催化的发展归纳规律提供了新的思路，进一步为新型手性催化剂的研发和生产提供了理论指导。
近年来，我国科学家在新概念和新方法研究方面也取得了一些重要进展，例如：丁奎岭等运用组合化学方法，基于不对称活化、毒化、手性传递、非线性效应等概念，发展了一系列新型、高效和有应用前景的手性催化剂体系。
该方法的主要内容就是选用两个（或多个）配体和一个金属离子配位，以平行方式来构建自组装的手性催化剂库。
他们依据这种组合策略，获得了超高活性的手性催化剂体系。
用单一催化剂同时催化两个不同的反应进而实现串联反应是手性催化研究新近发展的另一种新方法，被形象地称为“一石二鸟”。
丁奎岭等利用非手性亚胺活化手性催化剂的策略，成功实现了单一催化剂在一锅中、相同反应条件下催化两个不同的不对称反应，并获得了优异的非对映和对映选择性。
有机化学基础知识点整理手性识别和手性分离的方法
有机化学基础知识点整理手性识别和手性分离的方法手性识别和手性分离是有机化学中的重要基础知识点。
在有机化学的领域中，分子的手性性质非常重要。
本文将整理手性识别和手性分离的基本概念及方法，帮助读者更好地理解和应用手性化合物。
一、手性的定义和意义手性（Chirality）是物质的一个重要性质，它指的是一种物质和其镜像异构体之间不能通过旋转和平移相互重合。
简单来说，手性是指有“左右之分”的物质。
手性分子在光学活性和生物活性中发挥着重要的作用。
二、手性识别的基本方法1. 光学方法光学方法是最常用的手性识别方法之一。
通过光学活性物质和手性分子相互作用，可以观察到光学旋光现象。
其中，旋光度（[α]）是描述光学旋光现象的参数，它可以用来确定手性分子的绝对构型。
光学旋光仪是常用的光学实验仪器，可精确测量旋光度。
2. 核磁共振方法核磁共振（NMR）技术在手性分析中也有重要应用。
通过核磁共振谱图的对比分析，可以得出手性分子的绝对构型信息。
特别是在核磁共振手性对应（NMR enantiodifferentiation）技术的发展下，可以对手性分子进行直接判断。
3. 色谱法色谱法也是一种常用的手性识别方法。
手性分析的色谱技术主要包括气相色谱法（GC）和液相色谱法（LC）。
在手性色谱中，通过手性固定相和手性样品之间的相互作用，实现对手性分子的识别。
三、手性分离的基本方法1. 晶体学方法晶体学方法是手性分离和手性识别的重要手段。
通过晶体生长过程中手性关键因素的调节，可以实现手性分子的分离。
手性晶体学方法具有高分离效率、高拆分选择性的优点。
2. 液-液萃取液-液萃取是一种常用的手性分离方法。
通过液体萃取剂与手性物质之间的配位或溶解、分配等作用，实现手性物质的分离和富集。
3. 手性催化方法手性催化方法是手性分离的重要手段之一。
通过有手性特异性的手性催化剂对手性底物进行催化反应，可以控制手性产物的生成，从而实现手性分离。
四、手性识别和手性分离的应用手性识别和手性分离在药物合成、生物活性研究、食品质量检测等领域具有广泛应用。
手性多功能材料的合成与应用研究
手性多功能材料的合成与应用研究手性多功能材料是当今材料科学领域的研究热点之一。
它们具有非常特殊的结构和性质，对于光电器件、催化剂、生物医学等领域有着重要的应用价值。
本文将探讨手性多功能材料的合成方法、性质以及各领域中的应用。
手性多功能材料的合成是一个复杂而关键的过程。
目前，合成手性多功能材料的方法主要包括手性诱导合成、手性催化合成和手性选择性结晶等。
手性诱导合成是通过添加具有手性结构的化合物作为模板或催化剂，在反应过程中使目标化合物特异性地形成手性结构。
手性催化合成是通过使用手性配体与金属离子形成手性催化剂，促使反应选择性地生成手性产物。
手性选择性结晶则是通过调控反应条件，控制晶体生长的方向和速率，使晶体特异性地形成手性结构。
这些方法各有特点，适用于不同的材料体系和合成需求。
手性多功能材料具有独特的结构和性质。
由于手性结构的存在，它们的光学活性、电子结构和化学活性等都表现出非对称性。
光学活性主要体现在手性多功能材料对偏振光的选择性吸收和散射，这为制备光学器件提供了良好的基础。
电子结构的非对称性使得手性多功能材料具有流体力学和电磁学中的手性光学性质，这对于设计新型液晶和超材料具有重要意义。
此外，手性多功能材料还具有很好的催化活性，能够促使化学反应发生特异性的手性选择性。
在光电器件领域，手性多功能材料被广泛应用于光学器件的制备。
例如，手性多功能材料可以用来制备光相控阵列，用于光通信和显示技术。
此外，它们还可以应用于光记忆器件和光驱动的微型机械系统。
由于手性多功能材料的光学活性，这些器件可以实现快速、高灵敏度的光学信号传输和处理。
在催化剂方面，手性多功能材料的催化活性得到了广泛研究和应用。
手性催化剂是目前合成具有手性结构的有机化合物的重要工具。
手性催化剂能够促使反应产物形成所需的手性结构，提高合成产物的选择性。
这对于药物合成和农药合成等领域具有重要的意义。
同时，手性催化剂在不对称合成反应中也发挥着重要的作用，可以有效地控制化学反应的立体选择性。
手性催化
工业催化期末论文——手性催化研究方向姓名：学院：班级：学号：手性催化研究发展摘要：手性就是物质的分子和镜像不重合性。
手性是自然界的基本属性之一，手性是物质具有旋光性和产生对映异构现象的必要条件。
构成生命体的有机分子绝大多数是不对称的，手性是三维物体的基本属性，如果一个物体不能与其镜像重合，就称为手性物体。
这两种形态称为对映体，互为对映体的两个分子结构从平面上看完全相同，但在空间上完全不同，如同人的左右手互为镜像，但不能完全重合，科学上称其为手性。
人工合成是获得手性物质的主要途径。
外消旋体拆分、底物诱导的手性合成和手性催化合成是获得手性物质的三种方法手性物质的获得，其中，手性催化是最有效的方法，因为他能够实现手性增殖。
一个高效的手性催化剂分子可以诱导产生成千上万乃至上百万个手性产物分子，达到甚至超过了酶催化的水平。
关键字：手性催化催化剂影响引言：我国关于手性催化研究的进程与发展本文介绍了手性催化剂的基本特征，并结合国际上手性催化研究的最新进展，主要回顾了我国科学家近年来在新型手性配体、金属配合物手性催化、生物手性催化、有机小分子手性催化、负载手性催化剂、以及新概念与新方法等方面取得的重要研究进展[4]，并展望了手性催化的未来发展趋势。
一、手性催化的简介手性就是物质的分子和镜像不重合性,如分子具有手性,此物就具有旋光性,手性是物质具有旋光性和产生对映异构现象的必要条件。
有机分子由于具有若干相同组成原子而具有对称性。
(1)旋转对称性,如果一个分子围绕着通过这个分子的一条线旋转一定角度后,结果分的定向和原来的分子一样,则这个分子有一个对称轴。
(2)反射对称性,如果一个分子的所有原子都在同一个平面里,或者一个平面能够通过这个分子,从而把这个分子分为互为镜像的两半,一半反应着另一半,这个分子就有一个对称平面。
(3)中心对称性,如果所有能通过分子的中心的直线在以分子中心等距离的地方都遇到相同的原子,这个分子就有一个对称中心。
L-脯氨酸衍生物催化的不对称Michael加成反应
L-脯氨酸衍生物催化的不对称Michael加成反应刘杰 （有机化学）摘要：有机小分子有着不含贵金属、温和、廉价、对环境友好等优点，其应用已成为催化领域的重要发展趋势。
有机小分子催化的不对称合成反应是目前研究最为活跃的领域之一。
Michael加成反应在有机合成中是一种非常重要的形成碳碳键的反应。
近来，许多手性小分子催化剂被用于催化不对称Michael加成反应。
脯氨酸作为一种结构简单而且含量丰富的手性小分子催化剂在多种不对称催化反应中表现出的非常好的催化性能。
本文的主要工作是从以下两个方面对脯氨酸衍生物催化的不对称Michael加成反应进行了研究：（1）设计并制备了四种Merrifield树脂负载的含脯氨酸单元的手性小分子催化剂，经过实验，发现其中一种在催化Michael加成反应时是非常有效的，当使用5 mol%的该催化剂来催化环己酮和取代硝基苯乙烯时，产率最高可以达到92 %，ee值最高可以达到98 %，d. r.值最高可以达到99:1。
另外该催化剂可以循环使用5次以上，产率上只有很小的减少，而ee值基本不发生改变。
（2）设计并制备了一种糖-四氢吡咯催化剂，通过“Click”反应将 D-glucose 骨架与四氢吡咯连接在一起，在催化 Michael 加成反应时取得了良好效果，仅需要10 mol%的催化剂，在无溶剂条件下室温下反应24小时，产率高达98 %，ee 值大于99 %，d. r.大于99:1。
以上结果与一些天然氨基酸催化的Michael加成反应相比，不仅提高了产率和立体选择性，而且扩大了底物的范围，增大了反应的广谱性。
另外，我们还对功能化离子液体系中发生的 Heck 反应进行了研究。
设计并制备了三种功能化离子液，其中一种在催化Heck反应时非常有效。
该离子液既可作为配体又可作为碱。
在优化条件下，产率较高，且循环六次产率基本没有发生改变。
关键词：有机小分子催化，不对称Michael加成反应，脯氨酸衍生物，Heck 反应，功能化离子液，Pd粉L-Proline’s derivatives Catalyzed AsymmetricMichael AdditionJie Liu(Organic Chemistry)Abstract:Organic catalysts without noble metals have played an important role in the development of the catalytic reaction, due to their moderate effect, cost efficiency, environment friendly and other advantages. Organocatalytic asymmetric reaction is an increasingly active area in oraganic sythesis.The Michael addition reaction is one of the most important carbon-carbon bond-forming reactions in organic synthesis. Asymmetric organocatalytic Michael addition has attracted intense interests in the recent few years due to its stability, cheapness and the generation of multiple chiral centers in a single step. Recently, quite a number of small chiral organic molecules have been developed as stereoselective catalysts for asymmetric Michael reactions. Proline has been gradually recognized as a simple, abundant and powerful chiral catalyst for many asymmetric reactions.In this context, Asymmetric Michael addition reaction is studied from two sides as following.(1) One of the four Merrifield resin-supported pyrrolidine-based chiral organocatalysts,through A3-coupling reaction linkage have been developed and found to be highly effective catalysts for the Michael addition reaction of ketones with nitrostyrenes. The reactions generated the corresponding products in good yields (up to 98 %), excellent enantioselectivies (up to 98 % ee) and high diastereoselectivities (up to 99:1 d.r.). In addition, the catalysts can be reused at least five times without a significant loss of catalytic activity and stereoselectivity.(2) A modular sugar-based pyrrolidine was prepared and was found to be a highly enantioselective and cooperative organocatalyst for asymmetric Michael addition of ketones to nitrostyrenes. In the presence of 10 mol% of the organocatalysts,a pyrrolidine unit anchored to a natural D-glucose backbone through click chemistry, the Michael additions of ketones to nitrostyrenes underwent smoothly to generate the corresponding adducts in good yields (up to 98 %), high enantioselectivities (up to >99 % ee) and excellent diastereoselectivities (up to >99:1 d.r.) under solvent-free reaction conditions.In contrast to the above catalysts, some natural amino acids catalyzed the Michael addition reactions in low yields and stereoselectivities, or the substrates are very limited.In addition, we made research on the study of Heck reaction in ionic liquids. A kind of amino-functionalized ionic liquids has been prepared and investigated as ligand and base for the Heck reactions between aryl iodides and bromides with olefins in the presence of a catalytic amount of Pd submicron powder in [Bmim]PF6. The reactions generated the corresponding products in excellent yields under mild reaction conditions. The generality of this catalytic system to the different substrates also gave the satisfactory results. The key feature of the reaction is that Pd species and ionic liquids were easily recovered and reused for six times with constant activity.Keywords: Organocatalysis, Asymmetric Michael addition reaction, proline’s derivates Heck reaction; functionalized ionic liquids; Pd submicron powder.目 录第一章研究背景 (2)1.1 不对称合成的意义 (2)1.2 不对称合成的方法 (3)1.3 手性催化法 (4)1.4 脯氨酸简介 (5)参考文献 (20)第二章 Merrifield树脂负载的脯氨酸衍生物催化的不对称Michael加成反应 (28)2.1 引言 (28)2.2 结果与讨论 (28)2.3 实验部分 (34)2.4 化合物的结构表征 (37)参考文献 (41)第三章糖-四氢吡咯催化不对称Michael加成反应的研究 (43)3.1 引言 (43)3.2 结果与讨论 (43)3.3 实验部分 (48)3.4 化合物的结构表征 (49)参考文献 (55)第四章功能化离子液体系中钯催化的Heck反应 (57)4.1 引言 (57)4.2 结果与讨论 (58)4.3 实验部分 (63)4.4 化合物的结构表征 (64)参考文献 (67)附I 部分化合物谱图 (70)附录II 硕士期间发表论文题录 (77)致 谢 (78)第一章 研究背景1.1 不对称合成的意义手性（chirality）一词源于希腊语，在多种学科中表示一种重要的对称特点。
手性技术
亿 美 元 ， 一 对 映 体 药 物 销 售 额 达 到 １１０亿 美 元 ， 单 ５ 比
１９ ９ ８年 增 长 １ ％ ，占 世 界 药 品 市 场 ３ ６ ０ 亿 美 元 的 ６ ０
质 ， 至有 截然不 同的作 用 ， 别 是 医药 、 药 针对 蛋 白 甚 特 农 质 、 、 酸等手性 生物 大分子 的生化作用 ． 糖 核 最 典 型 的 例 子 是 “ 应 停 ” Ｔ ａ ｄｍｉ ）ｌ ２ 反 （ ｈｌ ｏ ｄ Ｌ引．０世 ｉ ｅ ，
位 开 拓 者
２０ ０ １年 １ ０月 １ 日 ， 典 皇 家 科 学 院 宣 布 ：０ １年 ０ 瑞 ２０ 诺 贝 尔 化 学 奖 一 半 奖 金 授 予 美 国 科 学 家 威 廉 ・ 尔 斯 与 诺 日本 科 学 家 野 依 良 治 ， 表 彰 他 们 在 “ 性 催 化 氢 化 反 以 手 应” 领域 所 作 出 的 贡 献 ； 金 的 另 一 半 授 予 美 国科 学 家 奖 巴 里 － 普 莱 斯 ， 表 彰 他 在 “ 性 催 化 氧 化 反 应 ” 域 夏 以 手 领 所 作 出 的 贡 献 … ． 们 的 成 就 ， 以用 一 个 共 同 的 词 语 他 可
作 用 ， Ｓ 有 低 杀 菌 作 用 、 植 物 生 长 控 制 作 用 而 Ｓ型 高 ２．
手性 的 重 要 性 也 表 现 在 经 济 方 面 ． １９ 自 ９ ２年 以 来 ， 手 性 药 物 市 场 一 直 快 速 增 长 ， ９ ９年 第 次 超 过 １０ ０ １９ ０
纪５ ０年 代 中 期 ， 国 Ｃ ｅ ｅ Ｇ￣ ｅ ａ 德 ｈ ｍｉ ，ｎ ｎＴ ｌ公 司 以 消 旋 体 ｈ 上 市 ＇ａ ｄ ｍｉｅ 作 为 镇 痛 剂 用 于预 防 孕 妇 的恶 心 ．９ １ ｌｌ ￣ ｄ ， ｈｉ １ ６
药物合成中的新型催化反应方法
药物合成中的新型催化反应方法自从20世纪以来，化学领域一直在不断发展，尤其是药物合成领域。
传统药物合成方法通常涉及复杂的步骤和条件，而且产率不高。
然而，随着新型催化反应方法的引入，药物合成变得更加高效和可持续，为医药行业带来了重大突破。
一、金属有机化学催化金属有机化学催化是一种有效的催化反应方法，通过金属配合物的参与，可以加速反应速率，提高产率，并降低副产物的生成。
例如，过渡金属催化剂可以催化碳-碳键或碳-氧键的形成，从而实现所需药物的合成。
二、光催化随着人们对可持续发展的关注增加，光催化在药物合成中的应用越来越受到重视。
光催化利用可见光或紫外光激发催化剂，产生高能的激发态电子，从而促进反应，提高产率。
该方法具有绿色环保、选择性高等优点，并在室温下进行反应。
三、手性催化手性催化是一种基于手性催化剂的催化反应方法，可以选择性地合成手性分子，这对于药物合成来说尤为重要。
手性催化剂具有手性中心，可以选择性地催化只发生在其中的一个手性形式上，而不是另一个手性形式上的反应。
这种方法在药物研究和合成中具有广泛的应用前景。
四、氧化还原催化氧化还原催化是一种通过氧化还原反应来催化药物合成的方法。
在这种反应中，氧化剂和还原剂的共同作用下，化学物质发生电子转移，从而得到所需产物。
这种催化方法具有高效、可控性强等特点，在药物合成中广泛应用。
五、转换金属催化转换金属催化是一种基于过渡金属催化剂的催化反应方法。
通过过渡金属生成中间体，实现化学物质之间的转化。
转换金属催化方法可以高效合成具有复杂结构的分子，对于药物合成来说具有重要意义。
六、生物催化生物催化是一种利用酶或细胞等生物催化剂来催化药物合成的方法。
生物催化在药物合成中具有高效、选择性好、环境友好等特点。
生物催化方法还可以利用可再生的生物催化剂，降低成本，提高产率。
总结新型催化反应方法在药物合成中的应用展示了巨大的潜力。
金属有机化学催化、光催化、手性催化、氧化还原催化、转换金属催化以及生物催化等方法为药物研究和开发提供了更高效、绿色环保的途径。
有机合成中的手性催化剂设计与应用
有机合成中的手性催化剂设计与应用手性催化剂是有机合成中不可或缺的重要工具，它们具有高效、选择性和环境友好等特点，在药物合成、材料制备和化学生物学等领域发挥着重要作用。
本文将重点探讨手性催化剂的设计与应用。
一、手性催化剂的概述手性催化剂是对手性底物具有高选择性的催化剂。
在有机合成中，手性催化剂通过催化底物的不对称反应，使得只生成特定手性的产物。
手性催化剂的设计和应用可以分为两个方面：配体设计和催化反应机理的理解。
二、手性催化剂的配体设计配体是手性催化剂的关键组成部分，合理的配体设计可以有效提高催化剂的催化活性和选择性。
目前，常见的手性配体设计策略包括手性诱导、手性分子诱导和手性羟基诱导等。
手性诱导是通过引入手性碳源或手性氮源来实现催化剂的手性控制。
例如，采用手性二醇为配体，可以形成手性的金属配合物催化剂，实现对手性底物的选择性催化反应。
手性分子诱导是利用手性分子与底物形成手性反应中间体，从而实现对底物的手性控制。
例如，利用手性腙（chiral oxime）作为配体，可以实现对醛或酮的不对称催化还原反应。
手性羟基诱导是通过引入手性羟基来控制催化剂的手性，使其对底物进行立体选择。
常见的手性羟基诱导催化剂包括双羟基脂肪酸盐、羟基含氮杂环等。
三、手性催化剂的应用手性催化剂在有机合成中有广泛的应用。
下面将介绍一些常见的手性催化反应及其应用。
1. 羟基化反应手性催化剂在羟基化反应中起到选择性诱导的作用。
通过催化剂对底物的立体选择，可以实现对手性羟基的高选择性合成。
例如，采用胆碱作为催化剂，可以实现对α-氨基酸的醛的α位羟基化反应。
2. 不对称加成反应手性催化剂在不对称加成反应中具有重要的应用。
例如，通过铜催化，底物的亲核试剂可以与底物进行不对称加成反应，生成手性产物。
这种反应在药物合成中应用广泛。
3. 不对称氢化反应手性催化剂在不对称氢化反应中起到立体选择的作用。
例如，采用手性磷脂配体和铑催化剂，可以实现不对称氢化反应，生成手性醇。
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结构的对映体，互成镜像，彼此对称不重合。
基本概念
1、手性碳原子：当碳原子四个键连接四个不同的原子
或基团，形成手性中心，称为手性碳原子
2、对映体：分子的构造相同, 但构型不同,形成实物与 镜象的两种分子,称为对映异构体。 3、旋光性：能使偏振光振动平面旋转的特性。若某物 质能使透射过它的偏振面顺时针方向旋转，此物质具 有右旋光性（+）。 4、外消旋体：对映体的等量混合物叫外消旋体。
D/L标记法
• D、L是一种相对构型，不表示旋光性（右旋/左旋） • 旋光性用（＋），（－）表示
以 甘 油 醛 为 标 准
CHO H OH CH2OH Deg. H CHO OH CH2OH P-(+)-甘油醛 [O] H HO CHO H CH2OH L COOH OH CH2OH D-(-)-甘油酸 [H] COOH H OH CH3 D-(-)-乳酸
原因二
生命物质是有手性的
在微观世界中： • 构成生物大分子的核糖都是右旋的D一核糖，蔗糖是 右旋65. 6°的光学活性分子．人体仅能吸收利用右旋 的糖类．自然界正好提供了右旋的糖类供人类食用。
• 更为重要的是人体细胞核染色体中的遗传物质DNA的 双螺旋结构正好是右旋向上的。 宏观世界：处处是不对称的右手螺旋现象: 如所有的海 螺、海贝和蜗牛的贝壳都可以看到鲜明的右手螺旋现 象；一些细菌的生长亦是右手螺旋的。在全世界的体 育跑道上人总是在跑道上向右旋……
（1）化学拆分法：利用手性试剂与两种对映体形成复合物，
根据反应速度及所形成复合物的物化性质的不同将两种
对映体分开。 （2）化学不对称合成：在不对称催化剂作用下，利用化学 反应的动力学和热力学不对称性进行单一对映体的合成。 （3）手性色谱分离：需要使用手性色谱分离柱或使用一般 色谱分离柱，采用手性流动相进行对映体分离。
原因一
药物
反应停 乙胺丁醇 氯霉素
作用
镇静 抗结核 抗菌
有效成分 对映体作用
R S S S 致畸 R 导致失明 R 抗菌活性低
酮基布洛芬
抗炎
S
R 防治牙周病
手性与人类健康: “反应停”悲剧
O N NH O O O
(R)-thalidomide
O O N H O N O
(S)-thalidomide
原因一
天门冬酰胺
HO O O N H O H OCH3 H3CO O 苦的 H N H O O OH H 右旋
H 左旋
NH2
NH2
甜的 COOH H2N H 青霉胺
HS 左旋
HOOC H NH2
SH 右旋
抗关节炎药
致突变物
原因一
可见，与使用外消旋手性药物相比，服用单一有
效的对映纯手性药物可以：
◆减少剂量，降低代谢负担，更好地控制药物动力学； ◆减少其对映体带来的毒副作用。
• 机理：手性单位增值效应（使用一个单位的手
性催化剂可以得到几千甚至上万个单位的手性
产物）。
手 性 催 化 的 原 理
手性催化的原理
（1）过渡金属Rh配合物中连结着一个手性膦化
合物，该手性催化剂具有同时与H2和反应物结合 的能力，所得复合体再次起反应，并且使H2加成 在反应物双键位臵，这是必不可少的氢化阶段。
2002年6月13日，英国《自然》周刊发表加拿 大科学家L. Jesson和S. Barrett研究某植物花 柱手性的论文，指出两个等位基因中的一个控 制花柱的左右，其中向右是显性的。
在平面上，直线运动和旋转运 动相结合就产生螺旋线，而在 空间就产生螺旋面。螺旋线和 螺旋面不存在双侧对称，它们 旋转的方向不是往左就是向右。
COOH H C R NH2
HOOC C R H2N H
手性(chirality)
药物的手性因素
D A C B B C D A a c d C b b c d C a
手性四面体
c S a b b c S a a c b N
手性碳
b N a c
手性硫
手性叔胺
药物的手性因素
a a C C O C c d b
CH2OH
相对构型和绝对构型
CHO H OH CH2OH
O
H
COOH OH CH2OH
H
H
COOH OH CH3
D-(+)-甘油醛
D-(-)-乳酸
绝 对 构 型
能真实代表某一 光活性化合物的 构型（R、S）
相 对 构 型
与假定的D、L甘油 醛相关联而确定的 构型。
对映体过量百分率（ee值）
若产物是一对对映体，当R 构型的产物大于S 构型
R、S标记法
由大到小，按次序规则。 从大到小，顺时针为R；反时针为S
OH OH
C2 H 5 H H CH3
CH3 C2 H 5
R
S
当最小基团处于横键位臵时，其余三个基团从大到小
的顺序若为逆时针，其构型为R；反之，构型为S。
CHO CHO H OH CH2OH H OH H HO
CHO
R
CH2OH
（2）当手性产物被释放出后，又会形成新的手性 配合物。因此，非手性的反应物由手性催化剂转 化为具有手性的产物，这就是不对称合成。
手性催化剂
优 点
金属有机催化 广泛的反应底物 配体灵活可控 高选择性 高活性 催化剂来源广泛 易制价格便宜 易操作、无毒 缺 点 催化剂价格昂贵 不易操作、有毒 反应底物范围较窄
第五章 不对称有机合成 ——手性合成技术
主要内容
• 基本概念、知识
• 手性化合物 • 手性合成 （1）有机小分子催化
（2）不对称生物催化
（3）手性离子液体在不对称合成中的应用
• “手性”这个词源于古希腊语“Cheir”，它
的原意是手。
• 手性是指因碳原子连接的4个不同原子或基 团，在空间排布上可以以两种形式形成不同
亚 胺 醛 中 间 物 水 解
碳一碳键形成
亚胺-醛中间物水解
脯氨酸参与催化的烯胺反应
1 2
产物
脯氨酸催化合成 六碳糖
不对称生物催化技术
酶催化剂的特点
• 酶是手性催化剂，是经过进化而具有转移性催化
结构的特殊蛋白质，可以与底物特异性地结合在 一起，从而表现相互高度的区域、立体和对映选 择性； • 生物催化一般在温和的反应条件（20-30 ℃ ） 下进行。
沙立度胺（Thalidomide）事件
O N NH O O O
• R-(+)-和S-(-)-沙立度胺都有镇静作用，可用于缓解妊娠 妇女的晨吐反应，因而我国仿制时将其称为“反应停”。 S-(-)-沙立度胺还有免疫抑制活性。 • 无数妇女服用了消旋药物，减轻了反应，但随后产下了数 千例畸胎。
O N O
（1）机械拆分法：利用结晶形态差别，辨认区分
（2）生物拆分法：利用生物催化剂催化反应的高浓 度底物、区域、位点，进行外消旋体拆分。 （3）化学拆分法：将对映体转变成非对映体，然后 用一般方法分离。
获得手性化合物的不同途径
天然手性 化合物 消旋 化合物
或
手性池
或
拆分
和
前手性 化合物
催化不对称合成
化学拆分技术：
曲霉蛋白酶
实 例 2
• 用酶催化拆分胺类：在脂酶的作用下，对胺基进
行选择性酰化，然后拆分。
• 当一种胺类与一种活泼的草酸单酯反应时，则形 成草酸酰胺单酯衍生物．这样非常适合用脂酶直
接水解进行拆分，余下草酸酰胺很容易去保护。
离子液体中的不对称催化反应
☆☆☆☆☆
1、IL在酶催化反应中的应用
• 酶一般不溶解于离子液体，成悬浮状态，常以固定化的
实 例
在药物分子中频繁出现手性仲胺，开发有效又
实用的手性纯仲胺合成路线仍然是个挑战．动
力学拆分仍是选择之一。
实例1
瑞辉用酶催化拆分仲胺
（1）用氯氧代乙酸乙酯对外消旋胺进行酰化，得到草酸乙酯衍生物；
（2）用酶选择性水解R-对映体酯键，S-对映体不变；
（3）用HCl分离酯。 收率45%左右，e.e 为99%
形式应用，这种情况下酶一般不失活，能保持甚至会获
得较水相或有机溶剂体系更高的催化活性。
• 如果酶溶解于离子液体，则溶解部分的酶无效。
• 离子液体在生物催化过程中的作用主要集中在水解酶催 化的反应。
2、在催化加氢反应中的应用
• 离子液体与有机金属配合物及有机物的相溶性可调，是 液/液两相催化理想的溶剂。 • 在这种两相体系中，金属配合物催化剂溶解在离子液体 里成为极性相，反应物和产物溶于有机溶剂中成为有机 相，通过搅拌两相能充分混合，近似于均相反应。 • 反应结束后，两相分层使催化剂与产物分离，与用有机 溶剂的均相体系相比，所获得加氢产物的ee值相差不多 或更高．同时，保留在离子液体中的催化剂可循环使用。
的产物时，则
[R] - [S] %ee = [R] + [S]
100%
为什么要研究手性物质？
• 原因一：
手性物质表现出不同的生物活性
• 原因二：
生命物质是有手性的
原因一
手性化合物的对映异构体，对生物会产生以下行为：
（1）具有等同或近乎等同的生物活性
（2）都具有定性上的生物活性，但又一定量的差异
（3）一种对映异构体有所期望的活性，另一异构体的活 性则很差或呈惰性 （4）两种对映异构体呈现出截然不同生物活性。
太阳系的所有天体 （包括小行星）都 是按照右旋方向旋 转的(右手定则)。
2000年8月发生于 大西洋的阿尔贝 托飓风，其螺旋 具有手性特征。
在植物学中，手性也是一个 重要的形态特征。绝大部分 攀缘植物是沿着主干往右缠 绕的，但也有少部分是往左 缠绕的，如香忍冬。