不对称催化
有机合成中的不对称催化反应
有机合成中的不对称催化反应在有机化学领域中，不对称催化反应被广泛应用于合成手性化合物的制备。
手性化合物具有两种非对称的立体异构体，它们的生物活性和化学性质可能存在巨大差异。
因此，不对称催化反应的研究和应用对于药物合成、天然产物的合成以及其他有机合成的领域具有重要意义。
一、不对称催化反应的概念和原理不对称催化反应是通过在反应过程中引入手性催化剂来控制反应产物的立体选择性。
催化剂在反应中起到降低活化能、改变反应路径的作用，并且通过催化剂手性结构的引入，使得反应中的手性度选择性增加。
不对称催化反应的原理可以通过三个方面解释：1. 手性诱导机制：手性催化剂的存在导致了反应中的手性诱导，从而使得产物具有特定的手性。
2. 反应底物的手性诱导：反应底物中的手性也可以通过手性催化剂的参与而进行手性诱导，进而获得手性产物。
3. 转化态手性诱导：手性催化剂的手性结构在反应过程中会随着反应的进行而转化，从而使得产物具有特定的手性。
二、不对称催化反应的常见类型1. 不对称氢化反应：通过使用手性催化剂，将不对称的有机物转化为手性的氢化产物。
2. 不对称加成反应：催化剂引发的不对称加成反应可以将一个或多个控制碳原子的键形成或断裂。
3. 不对称苯环改变反应：手性催化剂可引发苯环改变反应，通过改变苯环结构的手性，合成手性产物。
4. 不对称的偶联反应：手性催化剂可以控制偶联反应中碳－碳键的形成，从而合成手性产品。
三、不对称催化反应在合成方面的应用1. 药物合成：手性药物往往具有高选择性和低毒性，而不对称催化反应为药物合成提供了高效、经济的手段。
2. 天然产物合成：不对称催化反应可以合成复杂天然产物的手性骨架，进而合成天然药物或重要生物活性物质。
3. 材料科学领域：手性分子在材料科学中具有重要应用，利用不对称催化反应可合成具有特定手性的材料。
4. 食品添加剂合成：不对称催化反应也逐渐应用于食品添加剂的合成过程中，以提高产品的质量和效果。
有机催化导论第四章不对称催化
a） 不对称毒化 1986年由研究小组提出。采用光学活性分子作为毒化剂，通过分子识别使外消旋催化剂中的一种对映异构体，选择性中毒，失去活性，而另一种对映异构体成为催化反应的活性成分，因而生成光学活性产物。 局限性： 产物的光学纯度不可能超过使用光学纯催化剂时所得产物的光学纯度 b） 不对称活化 1997年由K. Mikami在Nature提出。一种外消旋催化剂或者光学纯催化剂可以被另一种手性活化试剂（Chiral activator）通过分子识别对映选择性活化，从而催化反应生成光学活性产物。 不对称毒化和不对称活化概念的提出，为手性催化的设计提供了一条更经济的途征，因为外消旋体催化剂的获得，比光学纯催化剂要容易得多。 优点：活化的催化剂比单独使用光学纯催化剂，可催化产生更高对映体过量的产物。
以15%ee（-）DAIB可以得到95%ee手性产物，表现出明显的不对称放大作用
例：烷基锌与苯甲醛的加成反应
不对称自催化（asymmetric auto-catalysis）
产物本身作为手性催化剂促进反应，完成产物的转化。 在不对称自催化反应中，手性催化剂和产物是相同的，反应后，无需分离产物和催化剂 例：2－烷基－５－甲醛基－嘧啶催化还原为嘧啶基烷醇
4.2.4 手性碳含N ，O，S等杂原子配体 ⅰ）氮，膦手性配体： 结构特点：含手性碳，配位原子为N（P）和P原子，分子含N，P原子 ⅱ）氮，氮手性配体： 结构特点：含手性碳，配位原子为N和N原子，分子含氮双齿配体
4.2.5 C2对称性配体
结构特点： SP2杂化成键的芳香环骨架，与脂肪族相比具有较高的稳定性 有卓越的空间效应 配位后生成七元环具有较大的刚性和高度扭曲构象
不对称催化技术
不对称催化技术不对称催化技术是一种重要的化学合成方法，可以有效地合成具有高立体选择性的有机分子。
本文将介绍不对称催化技术的原理、应用以及未来的发展趋势。
不对称催化技术是一种利用手性催化剂催化的化学反应方法，可以在不改变反应物的对称性的情况下合成手性化合物。
手性化合物是指具有非对称碳原子或其他手性中心的有机分子，它们在生物学、药物学和材料科学等领域具有重要的应用价值。
而不对称催化技术的发展使得手性化合物的合成更加高效、具有高立体选择性和环境友好。
不对称催化技术的核心是手性催化剂。
手性催化剂是一种具有手性结构的化合物，它可以选择性地催化反应物中的一个对映异构体，从而合成手性化合物。
手性催化剂可以通过配体和金属离子之间的配位作用实现对反应的控制。
通常情况下，手性催化剂可以通过手性配体与金属离子形成配位键，从而形成活性催化剂。
活性催化剂可以与反应物发生反应，并在反应过程中控制反应物的立体构型。
不对称催化技术在有机合成中具有广泛的应用。
它可以用于合成药物、农药、天然产物和功能材料等重要化合物。
通过选择不同的手性催化剂和反应条件，可以实现多种不同类型的不对称催化反应。
例如，不对称氢化、不对称酰胺合成、不对称亲核取代等。
这些反应具有高立体选择性和高效率，可以大大简化合成路线，提高产率，减少废物产生。
不对称催化技术的发展还面临一些挑战。
首先，手性催化剂的设计和合成是一个复杂而繁琐的过程。
需要考虑催化剂的活性、选择性、稳定性等因素，同时还要考虑合成的成本和环境影响。
其次，催化剂的寿命和稳定性也是一个重要的问题。
在催化反应中，催化剂可能会失活或被污染，导致反应效果下降。
因此，研究如何提高催化剂的稳定性和寿命是一个重要的方向。
此外，不对称催化技术还需要更加深入的理论研究，以揭示反应机理和催化剂的作用方式。
随着化学合成的不断发展，不对称催化技术在有机合成中的应用前景非常广阔。
未来的发展方向包括开发更加高效、选择性和环境友好的手性催化剂，研究新的不对称催化反应，探索更加复杂的催化体系等。
有机合成中的不对称催化
有机合成中的不对称催化不对称催化是有机合成领域中的一项重要技术，该技术通过使用手性催化剂，使得具有对称结构的底物在反应中进行不对称转化，从而得到具有手性的有机化合物。
本文将介绍不对称催化的基本原理、应用和发展趋势。
一、不对称催化的基本原理不对称催化是利用手性催化剂介导的化学反应，使得反应生成的产物具有手性。
手性催化剂是指分子具有手性结构并且可以选择性地催化反应的物质。
不对称催化的基本原理是在反应过程中，手性催化剂与底物形成一个手性催化剂-底物复合物，通过催化剂与底物之间的相互作用使得底物选择性发生反应。
催化剂与底物之间的相互作用包括氢键、π-π相互作用、静电相互作用等。
二、不对称催化的应用不对称催化在有机合成中具有广泛的应用。
其中，不对称催化反应被广泛应用于制备手性药物、农药和天然产物合成等领域。
通过不对称催化反应，可以有效地控制反应反应的立体选择性，提高反应产物的纯度和产率。
不对称催化的应用还可以降低反应底物的用量，减少环境污染。
三、不对称催化的发展趋势随着有机合成领域的发展，不对称催化技术也在不断演进和改进。
目前，新型手性催化剂的设计和合成成为不对称催化的研究热点。
研究人员通过调节手性催化剂的结构和配体，设计出更加高效的手性催化剂，提高反应的立体选择性和催化活性。
此外，开展反应底物的扩展研究，拓展不对称催化反应的适用范围也是当前不对称催化研究的方向之一。
总结：不对称催化在有机合成中起着重要的作用。
通过使用手性催化剂，不对称转化使得底物具有手性的有机化合物，广泛应用于制备手性药物、农药和天然产物合成等领域。
当前的研究趋势是设计和合成高效的手性催化剂，拓展不对称催化反应的底物范围，以进一步提高反应的效率和立体选择性。
随着对不对称催化的深入研究，相信在有机合成领域将有更多新的突破和进展。
不对称催化组
不对称催化组【原创版】目录1.不对称催化组的概念2.不对称催化组的应用3.不对称催化组的优势4.不对称催化组的发展前景正文一、不对称催化组的概念不对称催化组，是指在化学反应过程中，催化剂分子与反应物分子间的相互作用，导致反应产物的手性（即镜像对称性）与反应物手性不同的化学反应过程。
简单来说，就是利用催化剂使化学反应产生具有特定手性特征的产物。
二、不对称催化组的应用不对称催化组在现代有机化学领域具有广泛的应用，尤其是在制药、农药和材料科学等领域。
由于许多生物活性分子具有手性特征，因此，通过不对称催化技术可以合成具有特定手性特征的药物、农药和材料分子，从而提高其生物活性和实用性。
三、不对称催化组的优势1.高立体选择性：不对称催化技术可以实现对化学反应的立体选择性控制，从而得到具有特定手性特征的产物。
2.高产率：与传统的对称催化技术相比，不对称催化技术具有较高的产率，可以减少副产物的生成，提高目标产物的收率。
3.可持续性：不对称催化技术可以降低对有毒、有害催化剂和试剂的依赖，从而减少环境污染和生态破坏。
四、不对称催化组的发展前景随着科学技术的进步和社会需求的变化，不对称催化技术在药物、农药和材料科学等领域的应用将越来越广泛。
未来，不对称催化组的研究方向将主要集中在以下几个方面：1.开发新型不对称催化剂：研究新型的金属有机框架、有机金属配合物等催化剂，以提高催化效率和立体选择性。
2.优化反应条件：探究不同温度、压力、溶剂等反应条件下，不对称催化反应的性能变化，以实现绿色、高效的催化过程。
3.拓展应用领域：将不对称催化技术应用于更多具有实际应用价值的领域，如生物医用材料、环保材料等。
总之，不对称催化组在化学领域具有广泛的应用前景和重要的研究价值。
有机合成中的不对称催化
有机合成中的不对称催化不对称催化是一种在有机合成中广泛应用的重要方法。
它通过引入手性配体，使得对称的反应转化为具有手性产物的反应。
在这篇文章中，将介绍不对称催化的原理、应用以及发展趋势。
一、不对称催化的原理不对称催化的原理基于手性配体和手性催化剂的应用。
手性配体是具有手性结构的有机化合物，可以与金属离子配位形成手性配位化合物。
这些手性配体能够通过选择性吸附、空间位阻等方式影响反应的立体选择性，从而实现对称反应的不对称性转化。
而手性催化剂则是由手性金属配合物和手性有机分子组成的复合物，能够通过催化作用使反应产生手性产物。
二、不对称催化的应用1. 不对称还原反应不对称还原反应是不对称催化中的一种重要应用。
通过引入手性配体和催化剂，可以实现对不对称有机物的还原，得到具有手性的醇、胺等化合物。
这种方法在医药、农药、香料等领域中有广泛的应用。
2. 不对称氧化反应不对称氧化反应是不对称催化的另一种重要应用。
通过引入手性配体和催化剂，可以使对称的氧化反应转化为不对称的氧化反应，得到手性醛、酮等化合物。
这种方法在合成有机中间体和天然产物的过程中起着重要的作用。
3. 不对称烯烃化反应不对称烯烃化反应是一种在不对称催化中较具挑战性的应用。
通过引入手性配体和催化剂，可以实现对不对称烯烃化反应的控制，得到具有手性的烯醇、烯醛等化合物。
这种方法在生物活性分子的合成中具有广阔的应用前景。
三、不对称催化的发展趋势随着合成化学的发展，不对称催化在有机合成中的应用越来越重要。
未来，不对称催化的发展趋势主要体现在以下几个方面：1. 发展更多的手性配体和催化剂为了提高不对称催化的效率和选择性，需要开发更多的手性配体和催化剂。
这些新型配体和催化剂能够应对更广泛的反应类型，提高催化剂的稳定性和反应活性。
2. 开发新的反应类型目前，大多数不对称催化反应都是针对特定的反应类型。
未来，需要发展更多新的反应类型，探索更广泛的不对称催化反应。
这将有助于拓宽不对称催化的应用范围，并提供更多的合成路线。
第十章不对称催化
三、多相不对称催化简介
1.手性修饰剂－镍/ 酒石酸( Ni/TA ) 体系
2、P-手性双膦配体及其诱导的不对称催化氢化反应
3、Ir-Xyliphos 催化剂及金朵儿的不对称合成
4、手性螺环吡啶胺基膦配体SpiroPAP及其羰基化合 物的不对称催化氢化
5、亚胺不对称催化氢化
5、亚胺不对称催化氢化
5、亚胺不对称催化氢化
6、工业化实例
6、工业化实例
三、多相不对称催化简介
三、多相不对称催化简介
2.手性修饰剂－铂/ 金鸡纳生催化包括： 1.不对称氢化 2.不对称环氧化 3.不对称氢甲酰化 其中不对称氢化研究最多
一、不对称催化氢化简介
1、不对称催化常见底物
二、手性配体及手性催化剂
1、手性单齿磷配体及其诱导的不对称催化氢化反应
二、手性配体及手性催化剂
1、手性单齿磷配体及其诱导的不对称催化氢化反应
化学合成中的不对称催化
化学合成中的不对称催化化学合成中的不对称催化是一种重要的化学技术，被广泛应用于各个领域，如医药、农药、材料、化妆品等。
不对称催化的主要作用是能够使有机分子的化学反应朝向对映异构体中的一个进行，从而得到具有单一手性的化合物，而非原来的不对称混合物。
不对称催化的发展史早在20世纪50年代，就有科学家开始研究不对称催化反应。
随后，不对称催化技术逐渐得到了不断的发展和改进。
1981年，日本的谷口诚一和瑞典的科尔邦发明了贵重金属-Rh和Ru催化剂，为不对称催化反应的研究和应用开辟了新的途径。
此后，不断有新的催化剂被开发出来，如不对称卡莫夫反应（1992年）、亚麻酸钯催化剂不对称加成反应（1998年）等。
不对称催化的应用不对称催化反应可以有效地提高化学反应的选择性和效率，从而在有机合成中发挥着重要的作用。
有机合成中的许多关键步骤都需要使用不对称催化技术，例如不对称环加成、不对称取代反应和不对称氧化反应等。
医药领域在医药领域，不对称催化技术可以用于制备单一手性的关键药物中间体，例如：索拉非尼，这是一种用于肾细胞癌治疗的药物。
该药物分子结构中的单一手性部分就是通过不对称催化来制备的。
农药领域不对称催化技术也被广泛应用于农药领域，可以制备出单一手性的有效农药成分。
例如，过去广泛使用的农药吡啶酰胺，它的生产原料是手性单体。
不对称催化的出现让这一过程大大简化，增加了生产效率和纯度。
材料领域在材料领域，由于单一手性的化合物能够形成特定形状和结构的材料，因此不对称催化技术可以制备具有特殊功能和性质的材料。
例如，通过催化反应制备出的单一手性茂金属化合物、手性聚合物等，可以应用于光学传感器、发光二极管等领域。
化妆品领域不对称催化技术还被应用于化妆品领域。
化妆品中的许多成分都具有单一手性，而多数单一手性成分都是通过不对称催化反应制备而来。
例如，瑞丽雅一款著名的美白祛斑产品就含有一种单一手性成分，它是通过不对称催化反应制备而来的。
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2 +
OH N O O N H (少 ) 量
COOH
COOH
自 消 化 发 旋
O N H
消 体 因 生 旋 海 衍 物
D-海 酶 因
OH O HO N H2N (2) O H
(3)
N H
O OH (4)
D-4-羟 苯 氨 基 甘 酸
(R)-N-胺 酰 羟 甲 -4- 基 苯 氨 甘 酸
R3
OH
O R3
各种烯丙醇都能达到 较高的选择性 特点 能预见产物的绝对构型
β-受体阻滞剂(S)-心得安的合成：
⑵不对称双羟化
手性配体：金鸡钠碱[(DHQ)2PHAL] 催化剂：四氧化锇 氧化剂：叔丁基过氧化氢
紫杉醇边链的合成：
生物酶催化的特点
与化学试剂催化的共性： 能够改变化学反应速度，不能改 变化学反应平衡 形成过度态，降低反应的活化能 酶催化的优势： 酶催化反应条件温和 酶催化反应速度快、效率高 酶催化剂用量少 高选择性（底物、区域、位点、 立体） 环境友好
不对称催化
不对称催化合成法
化学催化不对称合成法 不 对 称 催 化 氢 化 化 烷 化 反 应 原 氧 丙 还 化 环 基 催 化 羰 称 催 化 对 称 催 不 对 称 应 不 对 反 应 不 解 反 水 化 酯
合成
催化法 还 原 反 应 应 反 化 氧
化学催化不对称合成法 ①不对称催化氢化 不对称催化氢化是研究最早、成果最突 出的领域之一，关键是合成与金属相匹 配的手性配体，将其用于各种含双键化 合物的不对称催化氢化反应，获得高立 体选择性和高催化活性。
用于不对称还原反应的氧化还原酶须有辅酶参与。所需 辅酶绝大多数是NDA(H)及其相应的酸NADP(H)。
羰基的还原：
C＝C双键的还原：
COOH
大肠杆菌ASI.881
COOH H 2N H C C H H
HO OC 延胡索酸
天冬氨酸酶
COOH L-天冬氨酸
延胡索酸加成合成L－天冬氨酸亦属此类反应。
③生物催化的不对称氧化反应
D-对 基 甘 酸 化 -酶 成 羟 苯 氨 的 学 合 法
生物酶催化的不对称反应的应用
生物酶催化不对称合成法生产 L-赖氨酸
ON NOCl Cl NH3 HON NH2
H2SO4 H 2N O N D型
+
NH2 HOOC NH2
L-赖氨酸(99.8% e.e.)
水解酶 H2N (nentii) O pH8 N
在20 世纪70 年代,美国Monsanto公司就 成功地应用不对称催化氢化合成了用于治疗 帕金森病的L-多巴,合成路线如下:
关键步骤
②不对称催化氧化
⑴不对称环氧化
R1 R2
D-(-)-DET 顶部
酒石酸 二乙酯
R1 R2 O R3 R1
L-(-)-DET 底部
OH R2 OH
Ti(O-i-Pr)4/t-BuOOH/CH2Cl2
四、结束语
手性药物研究是一个跨学科的前沿研究领域。 发现和发展新型、高效的具有广泛通用性的 不对称催化反应,并能将反应成功地应用于 手性药物或其前体中间体和手性分子的合成 是这一研究领域的首要目标。
手性配体——手性催化剂的根源
手性膦、手性胺、手性硫化物等 手性膦配体
在手性配体中，除具有手性原子的配体以 外，还有一类手性配体本身并不具有任何手 性原子，但由于分子具有C2对称性而具有手 性，这类配体中最具代表性的是BINAP：
(Unit: 100 million $)
2000 350 452 614 706 812 934 1180 1330 1718
二、不对称合成技术的发展
手性源的不对称反应 手性助剂的不对称反应
A
B C
手性试剂的不对称反应
Dபைடு நூலகம்
不对称催化反应
A
Cat*
T*
不对称催化合成一般指利用合理设计的手性 催化剂(Cat*)作为手性模板控制反应物的对 映面，将大量潜手性底物选择性地转化成特 定构型的产物，实现手性放大和手性增殖。
生物酶催化机理
邻近效应 定向效应 酸碱共同催化 应力作用 锁-钥学说
诱导契合学说
三点结合学说
①生物催化的不对称水解反应
微生物或酶催化的水解反应可以控制立体选择性， 从而创造光学活性体。例：
COOMe
猪肝酯酶
COOH
COOMe
COOMe
内消旋对称二酯，单侧水解生成手性单酯
②生物催化的不对称还原反应
生物体内的氧化反应存在多重可能性，如果利用 单一酶或抑制了副反应的微生物，则可进行各种 目的氧化反应。
醇的氧化：
O
C-H键的氧化：
恶臭假胞杆菌
OH 马肝醇脱氢酶 OH
O
H
OH
内消旋二醇单面羟基 氧化脱氢，得内酯。
生物酶催化的不对称反应的应用 生物酶催化的不对称反应的应用
HO CHO
+
NH2
+
OH H N O (1) HO H N O O OH
从表中认识到手性化合物的对映体构型与药效有非常 重要的关系,一般手性药只有其中一个对映体具有生理活 性。含手性结构药物的两个对映体,其生物活性往往存在 很大差异,可以相差数十倍、百倍甚至完全相反的药理作 用或毒性。
全世界手性化合物需求逐年上升
2100 1800 1500 1200 900 600 300 0 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2005 2008
外消旋酶(A.Obae) 酶法生产L-赖氨酸
生物酶催化的缺点及解决方法
缺点： 生物酶催化反应的可操作 范围一般比较窄； 稳定性差，容易失活； 酶一般仅在水溶液中表现 出最高的催化活性； 酶的活性容易被底物或产 物所抑制； 酶是生物大分子，可能会 引起过敏反应。 解决方法： 生物技术角度： 生物培育 生物筛选 基因、蛋白质工程技术 改造 化学的角度： 化学修饰 固载化
含Sp2杂化的苯环骨架 很强的空间效应 高的极性
不对称催化与手性药物的合成
Contents
1
前言 不对称合成技术的发展
不对称催化在手性药物合成的应用
2
3
4
结束语
一、前言
镜平面 对映体 A
对映体 B
ee%＝ A-B A+B
×100%
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。