第二章 不对称反应的基础知识
催化不对称环加成反应
催化不对称环加成反应《催化不对称环加成反应》一、简介催化不对称环加成反应（asymmetric ring-opening addition）是一种异构产物生成技术，可以有效利用现有化学催化剂，以有效地制备高度不对称的含有多个亲核和疏核基团的环状有机分子。
它可以应用于分子组装，以产生具有独特结构功能的多用途分子。
通过不对称环加成反应，可以以高度不对称的方式扩展环状结构（Karplus弯曲和Sarick层析）。
二、原理催化不对称环加成反应是以覆盖式机制进行的，它的主要步骤是，在活性化的环上形成碱基，然后将碱基的室温稳定的配体或保护性基团连接到碱基上，接着将这些配体和保护性基团活化，次级碱基可被催化剂促进向环添加，然后再进行活性恢复，最终形成一个不对称环加成反应的产物。
催化不对称环加成反应可以应用于许多不对称环状有机分子的合成，并用于生物活性分子的定向构筑和控制药物的功能性。
三、用途催化不对称环加成反应的用途包括但不限于：1）在原料药中应用，以增强其生物活性；2）在制药领域中，用于制备新型药物；3）作为一种有机合成技术，用于制备复杂的环状有机分子；4）将其应用于有机光电子器件，以增加其稳定性；5）用于制备高度不对称的环状有机分子，以研究结构与功能之间的关系；6）工业环境的污染处理，通过催化的不对称环加成反应，将有机污染物添加到结构更稳定的环状分子中，抑制污染物的生物毒性。
四、发展前景随着人们对环状有机分子的越来越深入的理解，催化不对称环加成反应在有机合成中也会得到越来越多的应用。
它具有简单高效，可以大规模应用的特点，这会在环状有机分子合成的发展中发挥重要作用。
此外，在合成新型药物和有机光电子器件上，也会得到更多的应用。
催化不对称环加成反应有望在未来发挥重要作用。
不对称合成反应
◆不对称合成(asymmetric synthesis)反应是近20年来 有机合成化学中发展最为迅速也是最有成就的研究 领域之一。
◆泛指:反应中由于手性反应物、试剂、催化剂以及
物理因素(如偏振光)等造成的手性环境,使得反应物 的手性部位在反应前、后形成的立体异构体不等量,
或在已有的手性部位上一对立体异构体以不同速度
CMe3 OH Me3C 79% 1% + Me3C 21% 99% OH
CH3Li 84%
◆立体专一性反应是指由不同的立体异构体得到立体构型不同 的产物的反应。它反映了反应底物的构型与反应产物的构型在 反应机理上立体化学相对应的情况。 以顺反异构体与同一试剂加成反应而言，若两顺反异构体
均为顺式加成，或均为反式加成，那么得到的必然是立体构型 不同的产物，即由一种异构体得到一种产物，由另一种异构体 得到另一种构型的产物。 如果顺反异构体之一进行顺式加成，而另一异构体从立体 化学上则进行反式加成，结果得到相同立体构型的产物，这是 非立体专一性反应。
3-氯-1,2-(S)-丙二醇是男性节育剂,
(-)-氯霉素有疗效,
(R)-异构体是有毒的;
(+)-氯霉素却无药效
因此，研究不对称合成反应,具有十分重要的实 际意义和重大的理论价值。
◆常规方法合成不对称化合物时，由于两种构型形成机会均
等，得到的产物是外消旋体；为了得到其中有生理活性的
异构体，需要采用繁杂的方法对外消旋体进行拆分。即使 拆分效率很高，也有50%的产物被废弃。 ◆含有个手性中心的分子最多存在2个立体异构体，合成过 程中如果不进行立体控制，即使单步收率为100%，实际有
C C Ph
H Ph
R
烯烃不对称还原反应 -回复
烯烃不对称还原反应-回复烯烃不对称还原反应(Asymmetric Reduction of Alkenes)导言：烯烃是碳原子上具有两个π键的有机分子。
它们是有机合成中相当重要的一类化合物，广泛应用于药物合成、材料科学和化学生物学等领域。
然而，对于一些手性烯烃，传统的对称催化还原反应不再适用。
因此，对于不对称还原烯烃的方法研究具有重要意义，可以制备出具有高立体选择性和优良天然构型的化合物。
第一部分：背景知识1.1 烯烃烯烃是碳原子上具有双键的有机分子。
根据双键的位置不同，可以分为内烯烃和外烯烃。
内烯烃双键紧挨着一个碳原子，外烯烃双键间有一个或多个碳原子。
1.2 不对称催化还原反应对称催化还原反应是指由手性催化剂催化的对称还原反应。
该反应通常可以得到两种对映异构体的产物，但对于手性烯烃而言，只有一种异构体是有意义的。
因此，不对称催化还原反应能够提供一种制备单一立体异构体的有效方法。
第二部分：反应机制不对称催化还原反应涉及到多个步骤，下面将逐步介绍这些步骤：2.1 生成催化剂底物配合物不对称催化还原反应通常需要一种手性催化剂。
首先，手性催化剂与底物中的烯烃发生配位作用，生成催化剂底物配合物。
这一步骤决定了立体选择性。
2.2 不对称还原在催化剂底物配合物存在下，发生不对称还原反应。
这一步骤可以通过多种不同的机制进行，包括氢转移、负性离子协助催化和羰基酯还原等。
2.3 产物分离与纯化完成不对称还原反应后，需要对产生的产物进行分离和纯化。
这一步骤通常采用色谱层析、结晶、萃取等技术，以获得纯净的产物。
第三部分：应用案例3.1 药物合成不对称还原反应在药物合成中特别受到关注。
通过控制烯烃的对称催化还原反应，可以选择性地制备具有高立体选择性的手性药物分子。
例如，利用Rh催化剂对某些手性烯烃进行不对称还原反应，可以合成出治疗乳腺癌的药物Tamoxifen。
3.2 化学生物学不对称还原反应还被广泛应用于化学生物学领域。
不对称合成 药物合成反应课件
C H 2C H 3 2)H 2O
H 3C
H P h
O H
H C H 2C H 3
H 3C O 1)LiA lH 4
C l P h
C H 2C H 3 2)H 2O
H 3C
C l P h
H
O H C H 2C H 3
H 3C
C l P h
O 1)C H 3M gB r H 3C
C H 2C H 3 2)H 2O
R
O H O
up to 96% ee
R
R OH OH
R
R
M a D o u g a l-S c h a u s c a ta ly st
在还原α－手性碳的链型手性醛、酮时，试剂从位阻小的一侧 进攻羰基碳，生成不等量的非对映异构体。解释这类1，2不对 称诱导立体控制规律的称Cram规则
MO
S L R 1
1)R 2Z 2)H 2O
M O H
S L
R 1R 2
M
S L
R 2 O H
R 1
主 要 产 物
H 3C O 1)LiA lH 4
H P h
H
5H 6
O
4
3 H 2 CH3
H
H
若试剂较小，( 1竖1 9 )
向进攻为主，反
式产物
2-位上有较大基团， 横向进攻为主， 順式产物
4－取代环己酮的还原（位阻：考虑试剂的大小）
体积较大的试剂(如格氏试剂和三甲氧基氢化铝锂等) 使顺式醇的产量较高； 体积较小的试剂(如氢化铝锂、氢硼化钠等)的产物中以反 式醇比例较高。
OH C OH Ph C H
O
脂环酮的不对称还原
研究某些甾体和萜类脂环酮在还原反应中的立体选择规律， 是不对称合成的重要课题。由于不对称手性碳和羰基碳原于 之间的键不能自由旋转，因而其构象分析不同于开链化合物， 不能用上述的规则预测反应的优势异构体产物，而是依据脂 环化合物的立体化学特征。
化学中的有机合成不对称催化反应
化学中的有机合成不对称催化反应有机化学一直是很多化学爱好者关注的领域，其中有机合成反应更是受到广泛的关注，因为它涉及到人类生产生活中大量的化工产品。
有机合成反应中的催化反应环节特别重要，而其反应中的对称和不对称催化反应更是备受关注。
在本文中，我将会重点介绍化学中的有机合成不对称催化反应，并讨论其在实际应用中的性能和局限性。
一、不对称催化反应不对称合成是有机化学家们长期以来致力于解决的难题。
随着化学研究的深入发展，伴随着化学物质的不断扩展和人类对于化学产品的需求也在不断增加。
因此，找到一种可靠的方法来产生对映异构体可以极大地提高化学合成的效率和质量，也为制药行业提供了广泛的可能。
不对称催化反应是一类已经成功发展的不对称合成反应。
不对称催化反应，指在手性催化剂的作用下，以不对称的方式生成对映异构体中的一种。
它可以用于生成大量的手性小分子化合物，从而解决对映异构体的不对称合成问题。
二、不对称催化反应的应用1、医药化学随着人类对各种疾病治疗方式的不断改进和提高，医药化学行业也在不断发展壮大。
其中，不对称催化反应不仅可以用来合成不对称的分子，而且还可用于在生物上做结构-活性关系研究，从而寻找到最优的治疗方案。
2、生物化学不对称催化反应可以用来产生具有手性的胡萝卜素、氨基酸和脂肪酸等生物分子，并可以通过这些手性化合物的研究来了解生物体系的结构和功能。
三、不对称催化反应的局限性1、价格高昂手性催化剂的价格往往比较高，导致不对称催化合成反应的成本相对较高。
2、稳定性差手性催化剂的稳定性不如非手性催化剂，需要特别注意反应条件以避免其不稳定。
3、难于合成手性催化剂往往是复杂分子，因此它们的合成过程可能比其他分子还要复杂。
这就需要有更加优秀的合成技术和化学研究能力来支持。
综上所述，不对称催化反应在化学合成领域中的应用前景很广阔，如用于医药和生物领域，以及其他各种工业和化学领域。
但需要注意的是，其价格对于大规模应用至关重要，并需要更加高效稳定的催化剂。
2-不对称_《高等有机化学》课件
*
O
N M R R N O
*
O N N O
M R
O O R
*
O
*
R O R
O N O N R
Fe R' R'
O N N O R R
N
N
Central Chiral Backbone Axis-Fixed Oxazoline Ligand
R O N O N R R O N
Axial Chiral Backbone
not found
O N R M R N
Me Fe
O N
R
not found
(M=Cu(I); R=i-Pr, t-Bu)
Control of the Twists of Cp-Rings
(1999)
具有手性连接基的噁唑啉类配位体的开发
O N N O R O Evans, Corey, et al. (1990) R * O N M N O R R * O O N N M
O N N O R O Evans, Corey, et al. (1990) R O N N R R M
R * O N M N O R R * O O N N M
Zhang from 1995
R
R * O N M L R *
L = P, S, O
O N L
M
Zhang from 1998
具有手性连接基的噁唑啉类配位体的开发
yield (%) 60 49 60
(1R, 2S)
ratio of trans/cis 81/19 83/17 68/32
% eed trans 84 89 95
a
t-Bu
不对称反应及其应用
⒉不对称性
2.2.2 DIP规则——以顺序规则为基础
(1)有较高原子序数的原子排在有较低原子序数原子的前面。对 同位素原子，有较高质量的同位素排在有较低质量的同位素 的前面
(2)如果两个或多个相同的原子直接连接在不对称原子上，按照 相同的顺序对侧链原子进行比较，如果在侧链中没有杂原子 ，则烷基的顺序是叔基>仲基>伯基。当两个基团有不同的取 代基时，先比较在每个基团仲具有最高原子序数的取代基， 依据这些取代基的顺序来觉得这些基团的循序，含有优先取 代基的基团有最高的优先权，对于含有杂原子的基团，可以 应用类似的规则
映体引起的可能的副作用。
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⒉不对称性
? 不对称性的创立条件 ? 具有手性的化合物的命名
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⒉不对称性
2.1 创立条件 （通过以下任何一个条件而创立）
(1)化合物带有不对称碳原子（然而，不对称碳原子的 存在对于光学活性既非必要条件也非充分条件） (2)化合物带有其他四价共价键联的不对称原子，四个 价键指向四面体的四个角，但四个基团不相同，它们 是：Si,Ge,N(在季胺盐或N-氧化物中)，Mn,Cu,Bi和 Zn——形成四面体配位 (3)化合物带有三价的不对称原子，原子带有角锥键， 与三个不同的基团相连，未共享电子对类似于第四基 团——倒伞效应：（a）三元环；（b）三元杂环，杂 原子含未共用电子对；（c）桥头键
若xyzw为不同基团，且 x>y>z>w,则从C到w方向观 察，x→y → z为顺时针方 z 向，则为Ｒ构型，反之为S 构型
x
Cw y
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（2）轴手性
沿轴向看，比较靠近观
察者的一对配体在优先顺序
中排在头两ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，另一对配体
不对称合成反应
O
Et O
NH O
NH
5-乙 基 -5-（ 1,3-二 甲 基 丁 基 ） 巴比妥酸盐
2021/4/9
18
3、其中一种有毒或引起严重副反应
• 反应停是一种缓解妇女怀孕初期反应的镇 痛剂，它的副作用曾经使欧洲2万多孕妇产 生灾难性后果——胎儿发生畸变
O
N OO
O NH
(R )-异 构 体 为 镇 静 剂 (S)-异 构 体 有 致 畸 性
2021/4/9
6
• 不对称合成研究是手性物质创造的关键
方法和手段，是化学研究最为活跃的领域 之一。它在关乎人类健康的手性医药、农 药、香料、香精、食品添加剂以及多种功 能材料等相关领域具有重要的理论意义和 应用前景。
2021/4/9
7
内容
一、有关不对称合成中常用术语 二、手性的重要性 三、手性的发展历史 四、手性化合物的来源 五、催化剂 六、不对称合成方法 七、不对称合成反应
2021/4/9
12
对映体和非对映体
• 对映体，异构体互为不能重叠的镜影系。 • 非对映体，有两个以上的不对称中心，但
异构体不为镜影关系。
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13
(e.e.)和(d.e.)
• 对映体过量（enantiomer excess, ee.） • 非对映体过量(diastereomer excess, de.)
不对称合成反应
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1
手性：
指一个物体与其镜 像不重合
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2
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3
2021/4/9
4
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5
手性是自然界的基本属性
• 宇宙是非对称的，如果把构成太 阳系的全部物体置于一面跟随着 它们的镜子面前，镜子中的影像 不能和实体重合。……生命由非 对称作用所主宰。我能预见，所 有生物物种在其结构上、在其外 部形态上，究其本源都是宇宙非 对称性的产物。 ———Louis Pasteur