有机合成不对称合成学习教案.pptx

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1、会计学1有机合成不对称有机合成不对称(duchn)合成合成第一页，共33页。Chapter 5 Asymmetric SynthesisK.Barry Sharpless Ryoji Noyori William S.Knowles The Nobel Prize in Chemistry 2001for their work on chirally catalysed hydrogenation reactionsfor his work on chirally catalysed oxidation reactions第1页/共33页第二页，共33页。5.1 不对称合成不对称合成(hchn

2、g)的意义的意义 D-葡萄糖葡萄糖第2页/共33页第三页，共33页。第3页/共33页第四页，共33页。L-氨基酸氨基酸第4页/共33页第五页，共33页。自然界的手性分子绝大多数是以单一对映自然界的手性分子绝大多数是以单一对映异构体的形式存在的，如糖是异构体的形式存在的，如糖是D-构型的，氨基构型的，氨基酸则是酸则是L-构型的。由这些单一构型的有机小分构型的。由这些单一构型的有机小分子所形成的生物大分子如酶、核酸等因而也是子所形成的生物大分子如酶、核酸等因而也是具有手性的。生物大分子的这种不对称性一方具有手性的。生物大分子的这种不对称性一方面决定了它们面决定了它们(t men)在进行各种生化反应

3、时具在进行各种生化反应时具有极高的立体专一性，另一方面对外来的、互有极高的立体专一性，另一方面对外来的、互为对映异构的化合物则表现出识别能力的差异，为对映异构的化合物则表现出识别能力的差异，因而体现出不同的生理活性。当对映异构化合因而体现出不同的生理活性。当对映异构化合物以某种特定的用途，如作为治疗药物使用时，物以某种特定的用途，如作为治疗药物使用时，对映异构体所表现出的生理活性可能很不相同，对映异构体所表现出的生理活性可能很不相同，甚至截然相反。甚至截然相反。第5页/共33页第六页，共33页。(S,S)-异构体的甜度是蔗异构体的甜度是蔗糖的糖的200倍，而其他倍，而其他(qt)异构体却呈苦味

4、异构体却呈苦味 治疗治疗(zhlio)帕金帕金森氏综合症的有效药森氏综合症的有效药物物不能透过不能透过(tu u)血脑血脑屏障而产生严重的副作用屏障而产生严重的副作用第6页/共33页第七页，共33页。治疗治疗(zhlio)结核病结核病的药物的药物会导致会导致(dozh)失明失明治疗治疗(zhlio)孕妇的早期孕妇的早期妊娠反应妊娠反应具有强烈的致畸活性具有强烈的致畸活性第7页/共33页第八页，共33页。5.2 Basic Information第8页/共33页第九页，共33页。对映体和手性对映体和手性18481848年年PasteurPasteur得到得到(d do)(d do)的的酒石酸盐晶

5、体酒石酸盐晶体生活生活(shnghu)中的镜像中的镜像第9页/共33页第十页，共33页。生活生活(shnghu)中的对映中的对映体体 镜象镜象井冈山风景桂林风情左右手互为镜象左右手互为镜象第10页/共33页第十一页，共33页。在立体化学中在立体化学中,不能与镜象不能与镜象(jn xin)(jn xin)叠合的分子叠合的分子叫手性分子叫手性分子,而能叠合的叫非手性分子而能叠合的叫非手性分子.镜象镜象(jn xin)与手与手性的概念性的概念 一个物体一个物体(wt)(wt)若与自身镜象不能叠合若与自身镜象不能叠合,叫具有手叫具有手性性.左手和右手不能叠合左手和右手不能叠合 左右手互为镜象左右手互为

6、镜象在有机化学中在有机化学中,凡是手性分子都具有旋光性凡是手性分子都具有旋光性(有些手有些手性分子旋光度很小性分子旋光度很小););而非手性分子则没有旋光性而非手性分子则没有旋光性.第11页/共33页第十二页，共33页。R-乳酸乳酸(r sun)S-乳酸乳酸(r sun)如如构型及表达式构型及表达式:R、S构型的确定构型的确定(qudng)在最小基团背面看；在最小基团背面看；其余三个基团：其余三个基团：大大中中小小连接；连接；顺时针：顺时针：R；反时针：；反时针：S。第12页/共33页第十三页，共33页。(i)(ii)(iii)(iv)(2R,3R)-(-)-赤藓糖赤藓糖(2S,3S)-(+)

7、-赤藓糖赤藓糖(2S,3R)-(+)-苏阿糖苏阿糖(2R,3S)-(-)-苏阿糖苏阿糖2,3,4-三羟基三羟基(qingj)丁醛丁醛(i)(ii)(i)(ii)对映体，对映体，(iii)(iv)(iii)(iv)对映体。对映体。(i)(iii),(i)(iv),(ii)(iii),(ii)(iv)为非对映体。为非对映体。呈镜影关系呈镜影关系(gun x)的旋光异构体为对映异构体。的旋光异构体为对映异构体。不呈镜影关系不呈镜影关系(gun x)的旋光异构体为非对映异构的旋光异构体为非对映异构体。体。第13页/共33页第十四页，共33页。获得获得(hud)单一对映体单一对映体的途径的途径手性源手性

8、源(chiral pool)合成合成(hchng)前手性前手性底物底物(d w)不对称不对称合成合成外消外消旋体旋体拆分拆分防止防止“外消旋化外消旋化”“立体选择性立体选择性”反应，如手性反应，如手性催化、手性诱导、生物催化催化、手性诱导、生物催化结晶法结晶法衍生法衍生法酶法酶法色谱法色谱法第14页/共33页第十五页，共33页。5.3 不对称不对称(duchn)合成的基本合成的基本概念概念5.3.1 不对称合成不对称合成(hchng)的定义的定义 Morrison 和和 Mosher，1977 年年 不对称合成定义为不对称合成定义为“底物分子中潜手性单底物分子中潜手性单元与反应物作用元与反应物

9、作用(zuyng)形成不等量立体异形成不等量立体异构体的过程构体的过程”第15页/共33页第十六页，共33页。衡量衡量(hng ling)对映选择性的优劣：对映选择性的优劣：对映体过剩（对映体过剩（ee,enantiomeric excess）百分数）百分数5.3.2 立体立体(lt)选择性选择性l 在一个不对称在一个不对称(duchn)反应中，若底物经转化后形成不反应中，若底物经转化后形成不等量等量l 的一对对映异构体，则该反应就具有对映选择性的一对对映异构体，则该反应就具有对映选择性 一、对映选择性一、对映选择性第16页/共33页第十七页，共33页。二、非对映选择性二、非对映选择性 l 若

10、底物分子若底物分子(fnz)中已有手性中心存在，且反应的产物为中已有手性中心存在，且反应的产物为不等不等l 量的一对非对映异构体，则该反应就具有非对映选择性量的一对非对映异构体，则该反应就具有非对映选择性 衡量非对映选择性的优劣衡量非对映选择性的优劣(yu li)：非对映体过剩（非对映体过剩（de,diastereomeric excess）百分数）百分数第17页/共33页第十八页，共33页。三、三、syn（或（或 threo 苏式）和苏式）和 anti（或（或 erythro 赤式）赤式）l 在可以同时形成两个在可以同时形成两个(lin)手性中心的不对称反应中，手性中心的不对称反应中，还还l

11、 存在顺（存在顺（syn）-反（反（anti）异构）异构 syn(同侧同侧 或或 threo 苏式苏式)anti(反侧反侧(fnc)或或 erythro 赤式赤式)第18页/共33页第十九页，共33页。5.4 实现不对称合成的原理与基本实现不对称合成的原理与基本(jbn)方法方法 一个不对称合成一个不对称合成(hchng)反应中必须至少有一种反应中必须至少有一种不对称因素存在，这种不对称因素可来自于底物、试不对称因素存在，这种不对称因素可来自于底物、试剂、催化剂（化学的或生物的）、熔剂或物理力（光、剂、催化剂（化学的或生物的）、熔剂或物理力（光、电磁场）等电磁场）等根据不对称因素的来源根据不对

12、称因素的来源(liyun)，可将不对称反应分，可将不对称反应分为：为：l 手性底物控制手性底物控制l 手性辅助基团控制手性辅助基团控制l 手性试剂控制手性试剂控制l 手性催化剂控制的四大主要反应类型手性催化剂控制的四大主要反应类型 第19页/共33页第二十页，共33页。5.4.1 手性底物手性底物(d w)控制控制 S：为底物分子中的潜手性单元：为底物分子中的潜手性单元(dnyun)G*：为底物分子中的手性基团：为底物分子中的手性基团R：为手性或非手性的反应试剂：为手性或非手性的反应试剂P*：为反应过程中产生的新不对称中心：为反应过程中产生的新不对称中心l Cram 规则规则(guz)第20页

13、/共33页第二十一页，共33页。Cram 规则规则(guz)（氯与羰基（氯与羰基(tn j)氧的静电排斥）氧的静电排斥）第21页/共33页第二十二页，共33页。第22页/共33页第二十三页，共33页。5.4.2 手性辅助手性辅助(fzh)基团控制基团控制 S：为含潜手性基团的底物：为含潜手性基团的底物A*：为光学：为光学(gungxu)纯的手性辅助试纯的手性辅助试剂剂SA*：为连上辅助基团的底物：为连上辅助基团的底物P*A*：为连着辅助基团的产物：为连着辅助基团的产物P*：为去除辅助基团后的最终产物：为去除辅助基团后的最终产物手性辅助试剂手性辅助试剂A*一般可回收再使用一般可回收再使用 l P

14、relog 规则规则(guz)第23页/共33页第二十四页，共33页。第24页/共33页第二十五页，共33页。5.4.3 手性试剂手性试剂(shj)控制控制 S：为潜手性的底物：为潜手性的底物R*：为手性试剂：为手性试剂(shj)P*：对映过剩的产物：对映过剩的产物手性醇铝试剂手性醇铝试剂(shj)对潜手性酮的还原（对潜手性酮的还原（Meerwein-Ponndorf 还原）还原）主要主要次要次要第25页/共33页第二十六页，共33页。5.4.4 手性催化剂控制手性催化剂控制(kngzh)L*：手性催化剂：手性催化剂S：潜手性底物：潜手性底物(d w)R：非手性试剂：非手性试剂Nobel 化学

15、奖获得者化学奖获得者 W.Knowles 手性催化剂控制手性催化剂控制(kngzh)的不对称反应，简称催化不对称合成的不对称反应，简称催化不对称合成第26页/共33页第二十七页，共33页。ConclusionA.Resolution of racemic material:第27页/共33页第二十八页，共33页。第28页/共33页第二十九页，共33页。第29页/共33页第三十页，共33页。第30页/共33页第三十一页，共33页。第31页/共33页第三十二页，共33页。Assignment:1.Give the mechanism of Aldol condensation catalyzed by acid condition.2.Synthesis of 2-phenyl-propanal from acetophenone.3.第32页/共33页第三十三页，共33页。