不对称氮杂环卡宾催化在农药活性分子合成中的应用
有机小分子不对称催化
有机小分子不对称催化是一种化学反应过程，主要涉及有机小分子作为催化剂，驱动不对称合成反应。
这种催化方式在药物合成、手性分子的合成等领域有着广泛的应用。
不对称合成旨在生成具有特定立体构型的化合物，即手性化合物。
手性化合物具有两种互为镜像的构造，类似于我们的左右手，只有其中一种构型是有活性的。
这就需要使用不对称合成方法来得到单一构型的手性化合物。
有机小分子催化剂，尤其是第三类手性催化剂，因为能够发挥不对称催化作用，被广泛用于手性化合物的合成。
这些有机小分子催化剂通常具有独特的化学结构和反应性质，能够选择性地进行反应，只生成一种构型的手性化合物。
此外，有机小分子不对称催化不仅简化了化学合成过程，降低了能源消耗，而且使化学合成更环保、经济。
这种催化方式为化学合成带来了革新，推动了药物研发和其他化学工业的发展。
氮杂环卡宾(nhc) 电子组态
氮杂环卡宾(nhc) 电子组态1 什么是氮杂环卡宾（NHC）氮杂环卡宾（NHC）是一种新型的有机电子组态，又称氮杂环卡宾醛。
它是存在于一种稳定的卡宾结构中的卡宾醛，其中含有C，N，O或Si三种元素。
这种组态有很多优势，包括稳定性、高级结构特征及分子结构，这些特征都有助于控制各种有机反应的过程和产物的产生。
2 氮杂环卡宾（NHC）的电子组态氮杂环卡宾（NHC）电子组态属同分异构体，它们具有不同的结构并且存在着明显的电子轨道重叠区。
氮杂环卡宾（NHC）通过它们共享电子对稳定性提供了增强，这是由于它们含有弥散电子源，可以被视为能量场中的活性区域。
这种能量场对活性区域周围的自旋状态及结合产生影响。
3 氮杂环卡宾（NHC）的应用氮杂环卡宾（NHC）具有非常广泛的应用，主要研究领域包括催化剂、有机合成、有机电化学等。
其中，催化剂是氮杂环卡宾（NHC）的主要用途，为此氮杂环卡宾（NHC）有很多的Poisson–Boltzmann型的反应势，主要包括自由基活性化反应、缩合反应、氢转移反应等，不仅可以调节活性反应的性质，还能够提高活性化反应的活性。
除了催化剂之外，氮杂环卡宾（NHC）还可以用于有机合成、改性、聚合等，可以非常有效地促进复杂有机合成，而且活性和稳定性都比传统有机合成高。
氮杂环卡宾（NHC）还可以用于有机电化学，如催化伏安曲线电解质化、电沉积膜等，可以提高电化学反应的速率和效率。
4 后续发展氮杂环卡宾（NHC）是一种稳定性高、容易合成的有机组态，用于以上所提到的应用场景，均获得了很好的效果，未来有望在更多领域得到应用，如药物研发、催化合成等。
在未来，NHC可以被更好地利用，以期望达到更高效的发展，加速新的研究成果的应用，极大地满足人们的生活所需。
氮杂环卡宾与金属共催化机理
氮杂环卡宾与金属共催化机理一、前言氮杂环卡宾（NHC）是一种具有强大的配位能力和催化活性的有机分子，已经成为现代有机合成中不可或缺的重要催化剂。
金属共催化技术是近年来发展起来的一种新型催化技术，通过金属与有机分子协同催化，可以实现高效、高选择性的反应。
本文将从NHC与金属共催化的基本概念入手，详细介绍其在有机合成中的应用及机理。
二、NHC与金属共催化的基本概念1. NHC介绍氮杂环卡宾（N-heterocyclic carbene, NHC）是一类含有五元杂环结构（通常为imidazole或benzimidazole）的亲核性配体。
由于其稳定性和强大的配位能力，NHC已经成为现代有机合成中不可或缺的重要催化剂。
2. 金属共催化介绍金属共催化技术是近年来发展起来的一种新型催化技术，通过金属与有机分子协同催化，可以实现高效、高选择性的反应。
这种技术主要包括两种模式：金属-有机配体共催化和金属-无机配体共催化。
三、NHC与金属共催化在有机合成中的应用1. 不对称催化反应不对称催化反应是有机合成中非常重要的一类反应，可以实现手性化合物的高选择性制备。
NHC与金属共催化技术已经在不对称合成中得到了广泛应用。
2. 碳-碳键形成反应碳-碳键形成反应是有机合成中最基础的一类反应，也是最具挑战性的一类反应。
NHC与金属共催化技术已经在碳-碳键形成反应中得到了广泛的应用，例如Stetter反应、Mannich反应等。
3. 碳-氮键形成反应碳-氮键形成反应在药物合成和材料科学等领域具有重要地位。
NHC 与金属共催化技术已经在碳-氮键形成反应中得到了广泛的应用，例如Buchwald-Hartwig偶联反应等。
四、NHC与金属共催化机理1. NHC作为配体参与协同催化NHC作为亲核性配体可以和金属离子形成配合物，从而参与到催化反应中。
NHC的强配位能力可以使金属离子形成更稳定的配合物，从而提高反应的效率和选择性。
2. NHC作为中间体参与协同催化NHC还可以作为中间体参与到协同催化反应中。
氮杂环卡宾对亚胺的加成反应
氮杂环卡宾对亚胺的加成反应氮杂环卡宾是一类非常有趣的中间体，由于其不对称的C-N-C 结构，使其可以对各种受体进行选择性的化学加成反应，具有很高的化学活性。
最常见的应用场景是作为原子经过单电子还原的亚胺的加成试剂，这种反应可以产生高陈旧度的化合物，是现代合成有机化学的一个非常重要的反应类型。
在氮杂环卡宾与亚胺的反应中，它们之间的电子互补性是十分关键的。
亚胺是由一个含氮五元环Furan结构变形而来，其分子内含有弱Lewis碱性的两个氮原子，能够与卡宾部分上的烯电子形成非常强的共价键，于是产物中的新化学键的形成过程就是通过这种方式来实现的。
当卡宾向亚胺中的一个氮原子附加时，另一个氮原子上存在的孤对电子会对其形成的配位关系产生影响。
这场配位与亚胺的各个官能团之间的相互作用也是这个体系中一个非常重要的环节。
在获得正确的反应条件后，接受有效磁性受体的卡宾将容易地加成到亚胺上。
最近的研究显示出，氮杂环卡宾的选择性与它们的手性有很大关系。
通过使用手性配体来调节氮杂环卡宾的立体结构，可以使反应选择性得到进一步提高，这对于一些需要采取特定配置的化学领域例如药物设计，也是非常重要的。
需要注意的是，氮杂环卡宾与亚胺的反应可能具有一些化学风险。
在实验条件下，应该遵循适当的安全程序，并确保在操作时对氮杂环卡宾与亚胺进行充分缓冲以避免出现意外情况。
同时，在进行反应时也应使用适合的溶剂，以减少化学风险。
总之，氮杂环卡宾对亚胺的加成反应是现代合成化学中具有广泛应用的一种反应类型。
它的高选择性与手性特征使其在新颖医药化学、生物化学以及小分子药物设计等领域具有非常重要的作用。
在以后的研究中，我们可以继续探索这种不对称的分子结构所带来的有趣化学特性，并努力推动其更广泛的应用。
jacobsen不对称环氧化反应
Jacobsen不对称环氧化反应是有机合成领域中一种重要的反应，它可以有效地将不对称性引入到环氧化合物的合成中。
本文将从反应机理、应用领域和未来发展方向等方面进行详细介绍。
一、反应机理Jacobsen不对称环氧化反应是由美国化学家Jacobsen等人于20世纪90年代初首次提出的。
它的反应机理如下：手性金属配合物与碳碳双键发生配位作用，形成一个活性中间体。
过氧化物与金属配合物发生氧化还原反应，从而实现环氧化合物的合成。
在反应过程中，手性金属配合物起到催化剂的作用，使得环氧化合物具有不对称结构。
二、应用领域Jacobsen不对称环氧化反应在有机合成领域具有广泛的应用。
它可以用于合成医药领域中的药物分子。
由于手性分子在生物活性中起到重要作用，因此能够合成具有不对称结构的环氧化合物对于开发新型药物具有重要的意义。
Jacobsen反应还可以应用于材料领域，合成具有特定空间结构的高分子材料，从而拓展新型功能材料的应用范围。
Jacobsen不对称环氧化反应还在农药合成和天然产物全合成中得到了广泛的应用。
三、未来发展方向随着有机化学合成领域的不断发展，Jacobsen不对称环氧化反应也在不断进行改进和拓展。
未来，可以通过改变金属配合物的结构和配体，提高反应的催化效率和选择性。
另外，还可以探索新的反应底物和反应条件，进一步拓展该反应的应用范围。
结合计算化学和实验方法，研究反应机理，也是未来发展的重要方向之一。
Jacobsen不对称环氧化反应是有机合成领域中一种重要的反应，它可以有效地引入不对称结构，拓展了有机合成的方法和应用领域。
随着有机合成领域的不断发展，相信Jacobsen不对称环氧化反应在未来会有更广阔的应用前景。
四、改进方法为了提高Jacobsen不对称环氧化反应的效率和选择性，研究人员可以通过改进金属配合物的结构和配体，来优化反应条件。
通过设计合适的手性配体，可以提高金属配合物对底物的识别能力，提高反应的立体选择性。
不对称有机催化剂
不对称合成（手性合成）是在制药、香精香料和农业化工等行业中广泛应用的合成方法。
而通过不对称催化剂（手性催化剂）催化合成是获得不对称物质的重要途径之一。
不对称催化剂（手性催化剂）又可分为过渡金属催化剂（过渡金属与手性配体组合而成）、不对称有机催化剂等。
与传统的过渡金属催化剂相比，不对称有机催化剂也广泛应用在越来越多的合成化学反应中。
其操作简便、无需金属、高效低毒，有益于药物或工业生产和绿色化学。
不对称有机催化剂催化的经典反应：Aldol反应Diels-Alder反应Mannich反应Michael加成反应Sharpless不对称氨基羟基化反应Henry反应Aza-Henry反应Friedel-Crafts酰基化反应Baylis Hilman反应Biginelli反应Strecker反应Stetter反应Benzoin缩合反应列表脯氨酸及其类似物脯氨酸在不对称反应中具有良好的催化活性的小分子有机催化剂。
2000年，List等发现，L-脯氨酸也能够催化分子间直接Aldol反应。
不对称催化剂领域的研究自此才广泛开展。
Aldol反应中，脯氨酸五元环的二级胺在羰基协助下，先与含α-H的醛酮反应物形成烯胺，然后烯胺再进行亲核攻击。
此外，脯氨酸及其衍生物还可以立体选择性地催化Diels-Alder反应、Mannich反应、Michael反应、醛酮的α-胺氧化反应、羰基的胺化反应等。
氨基酸金鸡纳碱金鸡纳碱被公认的手性诱导剂之一。
金鸡纳碱及其衍生的催化剂几乎可有效应用于所有类别的有机反应,如：Shapless反应、Mannich反应、Michael反应、不对称Henry反应和Aza-Henry反应等。
其催化活性主要来自于1）奎宁环上的叔胺可以成为Brønsted碱催化，Lewis碱催化，以及亲核催化的活性中心；2）C9位上羟基与氮原子共同形成了手性β-氨基醇的结构，能够与羰基等基团形成氢键活化底物；3）C9位上羟基可通过Mistunobu反应构型反转形成伯胺或进一步衍生形成酰胺、四方脲或硫脲等。
催化不对称合成法在手性药物合成中的应用
Asymmetric Catalysis in Synthesis of Chiral Drugs
WANG Jun, XU Ka-i jun* , WANG L-i chen
( Department of Basic Science, China Pharmaceutical University , Nanjing 210038, China)
2 2 氧化反应 酶催化的氧化反应可以使分子内非活泼的碳氢
键立体选择性氧化, 产生特定构型 的羟基化合物。 卡托普利属于血管紧张素转化酶抑制剂类药物, 用
于治疗高血压。采用化学- 酶合成法, 用皱落假丝 酵母将异丁酸立体选择性氧化为( R)- - 甲基- - 羟基 丙酸, 后者 与 L- 脯氨 酸 缩合, 再 经巯 基化 可 得到 ( S)- 卡托普利, 合成路线如下[ 18] :
2 4 转移与裂合反应 转移裂合酶可以立体选择性地催化 C- C 键的形
成或断裂, 在手性合成中有很好的应用前景。利巴
韦林是一种抗病毒核苷类似物, 运用嘌呤核苷磷酸 化酶和嘧啶核苷磷酸化酶可实现利巴韦林的酶不对 称催化合成, 合成路线如下[ 20] :
综述与专论
110 2005, Vol . 29, No. 3
不对称合成的发展与应用
不对称合成的发展与应用
不对称合成的发展与应用
专业：化学 姓名：史茹月 学号：2013296043 巨大的吸引力，其广阔的市场需求更是不对称催化发展的强劲动力。 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，其中，手性催化合成方法被公认为学术和经济上最为可取的手性技术，因而得到广泛的关注和深入的研究。因为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。 因此，如何设计合成高效、新型的手性催化剂，探讨配体和催化剂设计的规律，解决手性催化剂的选择性和稳定性，以及研究手性催化剂的设计、筛选、负载和回收的新方法，发展一系列重要的不对称反应是该研究领域面临的新挑战。 3.科学基金布局手性合成研究 手性催化剂的研究目前还缺少系统的理性指导以及规律性可循，手性催化剂及高效催化反应的开发大都凭借经验、运气和坚持不懈的努力。因此，要实现手性催化反应的高选择性、高效率，需要从基础研究入手，通过理论、概念和方法的创新，解决这一挑战性问题。 上世纪80年代，我国科学家就开始注意到手性合成这一重要研究方向，并陆续有出色的成果出现。国家自然科学基金委员会适时组织了我国化学和生物学两个学科的研究人员，集中力量在手性药物的化学和生物学领域开展基础研究。 国家自然科学基金“九五”计划期间，由中国医学科学院药物研 究所和中国科学院上海有机化学研究所的黄量与戴立信两位院士主持的国家自然科学基金“九五”重大项目——“手性药物的化学与生物学研究”批准立项，经过4年努力，该项目在黄皮酰胺、丁基苯肽、羟甲芬太尼和异硫氰基羟甲芬太尼等手性化合物及所进行的促智、抗细胞凋亡、抗老年痴呆、抗血栓形成以及镇痛作用的持续性和成瘾性等多方面研究，取得系列重要发现，为推动我国具有自主知识产权的手性药物研发积累了经验。 4.不对称催化氢化 早在20世纪30年代，就有报道把金属负载在蚕丝上，然后催化氢化合成了具有一定光学活性的产物，但此后相当一段时间内没有取得任何进展。直到1968年，美国孟山都公司的W.S.Knowles应用手性膦配体与金属铑形成的络合物为催化剂，在世界上第一个发明了不对称催化氢化反应，开创了均相不对称催化合成手性分子的先河。以这一反应为基础，20世纪70年代初Knowles就在孟山都公司利用不对称氢化方法实现了工业合成治疗帕金森病的L-多巴[6]这一手性药物。这不仅仅成为了世界上第一例手性合成工业化的例子，而且更重要的是成为了不对称催化合成手性分子的一面旗帜，极大地促进了这个研究领域的发展。 随着不对称催化加氢技术的发展，利用新的合成手段进一步开发具有C2轴对称的刚性结构的多种高效磷配体;建立多样性的手性催化剂库以满足不同手性化合物的合成需要;绿色合成路线;手性催化加氢技术的工程应用研究(主要包括加氢工艺条件、加氢反应器的设 计等)已成为人们研究的重点[8]。 羰基的不对称催化还原 高效率的催化剂的获得激发了人们的研究热情,更多的还原型催化剂研究出来,研究拓宽到了还原氢化羰基不饱和键得到手性醇等众多领域。两个重要的手性催化剂是手性恶唑硼烷和 Ru(BINAP)[9]。1987年Corey小组报道了手性恶唑硼烷的不对称硼烷还原反应(CBS方法)，e.e.≥95% (Scheme 1);同年Noyori[10]报道了用Ru(BINAP)手性催化剂对酮类化合物的不对称催化还原，发现在含卤配体的存在下，用Ru(BINAP)催化氢化(-酮酯能得到产物e.e.≥99% 羟基酯的好结果。美国Merck公司利用此法用手性硼烷对酮进行不对称还原，制得手性醇，然后进一步反应得到水溶性的碳酸酐酶阻滞剂MK-0417，它可降低眼球内压力，用于治疗青光眼疾病( 5.不对称催化氧化 在不对称催化还原反应取得迅速发展的同时，美国科学家Sharpless从另一个侧面发展了不对称催化反应。早在1980年Sharpless [11]报道了用手性钛酸酯及过氧叔丁醇对烯丙基醇进行氧化，后在分子筛的存在下，利用四异丙基钛酸酯和酒石酸二乙酯(5～10 mol %)形成的络合物为催化剂对烯丙基醇进行氧化，实现了烯烃的不对称环氧化反应[12]，并在此后的将近10年的时间里，从实验和理论两方面对这一反应进行了改进和完善，使之成为不对称合成研究领域的又一个里程碑。 此后，Sharpless又把不对称氧化反应拓展到不对称双羟基化反 应,这一反应成功用于抗癌药物紫杉醇(Taxo1)侧链的不对称合成。近年来，Sharpless还发现了不对称催化氧化反应中的手性放大及非线性效应等新概念，在理论和实际上都具有重要意义。 谈到手性催化研究时，Noyori指出：未来的合成化学必须是经济的、安全的、环境友好的以及节省资源和能源的化学，化学家需要为实现“完美的反应化学”而努力，即以100%的选择性和100%的收率只生成需要的产物而没有废物产生。 但手性催化合成作为实现“完美合成化学”的重要途径之一，目前还有许多科学问题有待解决。 6.参考文献 [9] 张晓斌. 生物酶不对称氧化法制备D-丙氨酸[J]. 粮食科技与经济. 2011(04) [1] 戴晓庭,吴坚平,孟枭,徐刚,杨立荣. 动态动力学拆分制备(R)-1-氨基茚满[J]. 有机化学. 2014(05) [3] 吴坚平,杨立荣. 生物制造手性化学品的现状及其发展趋势[J]. 生物加工过程. 2013(02) [1] Madeleine C. Warner,Grigory A. Shevchenko,Suzan Jouda,Krisztián Bogár,Jan‐E. B?ckvall. Dynamic Kinetic Resolution of Homoallylic Alcohols: Application to the Synthesis of Enantiomerically Pure 5,6‐Dihydropyran‐2‐ones and δ‐Lactones[J]. Chem. Eur. J. . 2013 (41) [2] Shi-Zhen Wang,Jian-Ping Wu,Gang Xu,Li-Rong Yang. Chemo-enzymatic asymmetric synthesis of S -citalopram by lipase-catalyzed cyclic resolution and stereoinversion of quaternary stereogenic center[J]. Bioprocess and Biosystems Engineering . 2013 (8) [7] Elina Siirola,Francesco G. Mutti,Barbara Grischek,Sebastian F. Hoefler,Walter M. F. Fabian,Gideon Grogan,Wolfgang Kroutil. Asymmetric Synthesis of 3‐Substituted Cyclohexylamine Derivatives from Prochiral Diketones via Three Biocatalytic Steps[J]. Adv. Synth. Catal. . 2013 (9) [8] Michael J. Abrahamson,John W. Wong,Andreas S. Bommarius. The Evolution of an Amine Dehydrogenase Biocatalyst for the Asymmetric Production of Chiral Amines[J]. Adv. Synth. Catal. . 2013 (9)
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不对称氮杂环卡宾催化在农药活性分子合成中的应用
金家渺;宋佳;沈廷伟;吕洁;金智超
【期刊名称】《世界农药》
【年(卷),期】2023(45)2
【摘要】手性农药的不同构型对其生物活性有很大的影响。
光学纯手性农药具有
药效高、用药量小、对作物和环境生态更安全、相对成本更低和市场竞争力强等优势,已成为21世纪新农药研发的热点,但大多数手性农药仍以消旋体形式市售使用。
针对氮杂环卡宾催化高效、高立体选择性构建中心手性、轴手性和面手性农药活性分子的方法分别作简要分析和总结,旨在为手性农药高效合成提供指导。
【总页数】6页(P38-43)
【作者】金家渺;宋佳;沈廷伟;吕洁;金智超
【作者单位】贵州大学绿色农药全国重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TQ450
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