第八章 不对称合成.ppt
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1、第八章第八章 不对称合成不对称合成北京化工大学理学院北京化工大学理学院8.1 概论概论8.2 由手性反应物开始的不对称合成由手性反应物开始的不对称合成8.3 由手性反应试剂作用下的不对称合成由手性反应试剂作用下的不对称合成8.4 由手性催化剂作用下的不对称合成由手性催化剂作用下的不对称合成8.5 对映汇聚不对称合成对映汇聚不对称合成8.6 双立体差异不对称合成双立体差异不对称合成8.7 “绝对绝对”不对称合成不对称合成8.8 手性源手性源(元元)Chiron顺式结构顺式结构反式结构反式结构 命名命名:(R)3氯氯1,2丙二醇丙二醇 (S)3氯氯1,2丙二醇丙二醇红霉素红霉素分子式:分子式:C3
2、7H68O12N结构结构:14元环糖苷分子,含有元环糖苷分子,含有18个手性中心。个手性中心。手性异构体的数目:手性异构体的数目:218=262144合成具有某一特定构型的旋光性化合物是有机合成合成具有某一特定构型的旋光性化合物是有机合成中的一项重要而又艰巨的任务。完成这一任务的重中的一项重要而又艰巨的任务。完成这一任务的重要方法之一就是不对称合成。要方法之一就是不对称合成。8.1 概论概论8.1.1 不对称合成及原理不对称合成及原理8.1.2 常用术语常用术语8.1.3 不对称合成的分类不对称合成的分类 1874年,年,Lebel提出不对称合成的概念。提出不对称合成的概念。1894年,年,F
3、ischer实现了第一个不对称合成。实现了第一个不对称合成。1961年,年,Brown and Eweifel 完成了第一个完成了第一个有实用价值的不对称合成。有实用价值的不对称合成。回首页信息结束R.R-DIPAMP:(-)(R,R)1,2亚乙基双(邻甲氧苯基)苯基膦 不对称合成不对称合成:反应物分子内一个起反应的对称结构:反应物分子内一个起反应的对称结构单元(如单元(如 C=O),因某种原因使因某种原因使试剂试剂向向该单该单元元进进攻攻时时能能够够从两从两侧进侧进攻,并且表攻,并且表现现出几率不均等的出几率不均等的现现象,象,结结果得到不等量的立体异构体的混合物,从而果得到不等量的立体异构
4、体的混合物,从而产产生生旋光活性。旋光活性。8.1.1 不对称合成原理不对称合成原理1.概念概念 不对称合成的基本特征不对称合成的基本特征:1.)在手性因素影响下,产生新的活性中在手性因素影响下,产生新的活性中 心。(如心。(如C,N,P等)等)2.)该新的手性中心的两种光活性异构体在该新的手性中心的两种光活性异构体在产物中的量不等。(若各占产物中的量不等。(若各占50则不能称做不则不能称做不对称合成)对称合成)2.前手性结构单元(前手性结构单元(prechiral unit)可以通过化学反应产生手性中心的对称结可以通过化学反应产生手性中心的对称结构单元称为构单元称为前手性单元前手性单元。前手
5、性单元前手性单元通常为平面三角形结构通常为平面三角形结构。如:如:前手性单元前手性单元在在非手性非手性条件下得到条件下得到等量等量对映体对映体在在手性手性条件下得到条件下得到不等量不等量对映体。对映体。前手性单元,非手性条件下前手性单元,非手性条件下对映体过渡态对映体过渡态M-R,M-S能能量形同。产物也为对映体。量形同。产物也为对映体。故各占故各占50。过渡态过渡态R-S,R-R不为对映体,不为对映体,能量不等,故产物的量不等能量不等,故产物的量不等。前手性单元,手性条件下。前手性单元,手性条件下。8.1.2 常用术语常用术语拆分:拆分:指将一对对映体以一定手段分开,得到单一指将一对对映体以
6、一定手段分开,得到单一的对映异构体。的对映异构体。如果需要一个单一的对映异构体,我们可以直接用一种天然如果需要一个单一的对映异构体,我们可以直接用一种天然存在的光活性物质作原料直接合成。(不用拆分)或者用一存在的光活性物质作原料直接合成。(不用拆分)或者用一具有前手性单元的化合物作原料,在合成过程中拆分。具有前手性单元的化合物作原料,在合成过程中拆分。原则上,拆分应在早期阶段完成,但不排除后期合适时候原则上,拆分应在早期阶段完成,但不排除后期合适时候进行拆分。进行拆分。回首页信息结束已知商品谷氨酸已知商品谷氨酸S-(+)-GLu有如下结构,可作为原料。有如下结构,可作为原料。合成路线设计如下合
7、成路线设计如下回首页信息结束 立体选择性反应立体选择性反应 (stereoselective reaction)凡反应机理能提供两条可供选择的,凡反应机理能提供两条可供选择的,化学上等同的途径以便能够选择最有利的途化学上等同的途径以便能够选择最有利的途径(动力学控制)或生成最稳定的产物(热径(动力学控制)或生成最稳定的产物(热力学控制)的方式进行的反应,力学控制)的方式进行的反应,称为立体选称为立体选择性反应择性反应。即:不对称合成中产生的两个(或多个)即:不对称合成中产生的两个(或多个)异构体中,其中一种占优势,则为立体选择异构体中,其中一种占优势,则为立体选择性反应。性反应。回首页信息结束
8、1.2.回首页信息结束立体专一性反应立体专一性反应 (stereopercific reaction)凡其机理要求生成一种特定立体化学结构凡其机理要求生成一种特定立体化学结构的反应,我们称之为的反应,我们称之为立体专一性反应立体专一性反应。不管产物是比较稳定还是比较不稳定,立不管产物是比较稳定还是比较不稳定,立体专一的产物必定生成。而且这类反应还伴随体专一的产物必定生成。而且这类反应还伴随着一个概念,即起始原料的每一立体异构体分着一个概念,即起始原料的每一立体异构体分别给出一个不同的立体异构产物。(如别给出一个不同的立体异构产物。(如SN2反应,反应,机理要求从背面进攻。)机理要求从背面进攻。
9、)回首页信息结束回首页信息结束回首页信息结束回首页信息结束选择性定量标志选择性定量标志 光学纯度百分率光学纯度百分率(percent optical purity,%O.P)对映体过量百分率对映体过量百分率 (percent enantiomeric excess,%e.e )A1生成较多的对映体,生成较多的对映体,A2生成较少的对映体。生成较少的对映体。回首页信息结束立体选择性百分率:立体选择性百分率:回首页信息结束 几种异构体的区别几种异构体的区别:a 同分异构体同分异构体:分子式相同,原子键的性质或次:分子式相同,原子键的性质或次 序不同,如乙醚和丁醇、异丁醇。序不同,如乙醚和丁醇、异丁
10、醇。b 立体异构体立体异构体:分子式相同,结构相同,而原子:分子式相同,结构相同,而原子 的空间排列不同。的空间排列不同。c 对映异构体对映异构体:立体异构体中,两个互为镜像立体异构体中,两个互为镜像关系。关系。回首页信息结束回首页信息结束d 非对映异构体非对映异构体:立体异构体中,两个不为镜像关系立体异构体中,两个不为镜像关系的,如的,如A与与C,B与与C。e 外消旋体与内消旋体外消旋体与内消旋体 外消旋体:等量左右旋的混合物。外消旋体:等量左右旋的混合物。内消旋体:分子内含有对成因素而不具有旋光性。内消旋体:分子内含有对成因素而不具有旋光性。H2O m.p 密度溶解度内消旋 0 140C
11、1.666 120 左旋体 -11.96 170 C 1.760 147 右旋体 +11.96 170 C 1.760 147 外消旋 0 205 C 1.687 25回首页信息结束注意注意下列反应中的对映体和非对映体下列反应中的对映体和非对映体回首页信息结束8.1.3 不对称合成的分类不对称合成的分类 (1)依依产物的立体关系产物的立体关系分:分:对映选择性合成对映选择性合成 非对映选择性合成非对映选择性合成 (2)依依原料原料分:分:手征性反应物手征性反应物非非手征性试剂手征性试剂 非非手征性反应物手征性反应物 手征性试剂手征性试剂 (3)依依反应反应性质:性质:不对称还原不对称还原 不对
12、称烷基化不对称烷基化 (4)本章分类本章分类:由手性反应物开始的不对称合成由手性反应物开始的不对称合成 由手征性试剂开始的不对称合成由手征性试剂开始的不对称合成 由手征性催化剂作用下的不对称合成由手征性催化剂作用下的不对称合成8.2 由手性反应物开始的不对称合成由手性反应物开始的不对称合成8.2.1 1,4-诱导不对称合成诱导不对称合成8.2.2 1,2-诱导不对称合成诱导不对称合成8.2.3 手性脂环酮的不对称加成手性脂环酮的不对称加成 反应反应8.2 由手性反应物开始的不对称合成由手性反应物开始的不对称合成 选用某一种构型的光活性(或先拆分,选用某一种构型的光活性(或先拆分,或事先提纯)物
13、质,利用其手性中心对前手或事先提纯)物质,利用其手性中心对前手性单元的影响,不用附加任何其他手性条件,性单元的影响,不用附加任何其他手性条件,即可进行不对称合成。即可进行不对称合成。1,4诱导不对称合成诱导不对称合成回首页信息结束1,2诱导不对称合成。诱导不对称合成。手性脂环酮的不对称合成手性脂环酮的不对称合成8.2.1 1,4-诱导不对称合成诱导不对称合成 此类反应的反应物不是基本原料此类反应的反应物不是基本原料,而而是经过了手性处理。其产物也不是最终产是经过了手性处理。其产物也不是最终产物,而是一个中间产物。物,而是一个中间产物。回首页信息结束信息结束(1)(1)a a羰基酸手性醇酯与格氏
14、试剂的加成羰基酸手性醇酯与格氏试剂的加成 Prelog 法则法则:当前手性单元的当前手性单元的 位(位(4位)位)有手性中心时,试剂受其影响,优先从位阻小的有手性中心时,试剂受其影响,优先从位阻小的方向进攻前手性单元,从而导致产生的两个异构方向进攻前手性单元,从而导致产生的两个异构体的量不等。体的量不等。S,M,L三个基团的大小直接影响三个基团的大小直接影响 e.eS,M,L大小顺序依基团次序规则(大小顺序依基团次序规则(sequence rules of substituents)。)。信息结束比比较较如下两个基如下两个基团团次序次序:信息结束(2)a a羰基酸手性酸酯与还原试剂的作用羰基酸
15、手性酸酯与还原试剂的作用(3)a a,不饱和酸手性醇酯的加成不饱和酸手性醇酯的加成练习练习:信息结束(4)a a,不饱和酸手性醇酯的催化加成不饱和酸手性醇酯的催化加成练习练习:信息结束信息结束(5)a a,不饱和酸手性酰胺的加成不饱和酸手性酰胺的加成 练习练习:信息结束(6)反丁烯二酸二手性醇酯的反应反丁烯二酸二手性醇酯的反应信息结束信息结束8.2.2 1,2-诱导不对称合成诱导不对称合成 手性中心处于前手性单元的手性中心处于前手性单元的位时,为位时,为1,4诱导不对称合成,诱导不对称合成,手性中心处于前手性单元的手性中心处于前手性单元的位时,为位时,为1,2诱导不对称合成。诱导不对称合成。1
16、,4诱导不对称合成服从诱导不对称合成服从Prelog规则规则:(受(受位手性中心影响,进攻基团从位阻小的一面接位手性中心影响,进攻基团从位阻小的一面接近。)近。)1,2诱导不对称合成服从诱导不对称合成服从Cram规则规则。信息结束(1)Cram规则规则:含有手性含有手性a a碳的羰基化合物在进行加成时,进攻碳的羰基化合物在进行加成时,进攻试剂优先从位阻较小的方向进攻反应中心。对不同的反试剂优先从位阻较小的方向进攻反应中心。对不同的反应物,应物,Cram法则分为两部分。法则分为两部分。Cram法则一法则一:如果醛或酮的手征性如果醛或酮的手征性a a碳原子碳原子上结合的三个不同的基团有大(上结合的
17、三个不同的基团有大(L),中(中(M),小),小(S)之分,那么这些醛酮在发生试剂()之分,那么这些醛酮在发生试剂(R1)对其羰基)对其羰基的加成反应时存在如下优势构象:的加成反应时存在如下优势构象:重叠式重叠式 优势产物优势产物信息结束 Cram法则二法则二:如果醛酮的手性如果醛酮的手性a a碳原子上结合的三个不同的碳原子上结合的三个不同的基团中,有一个羟基或氨基等可以和氢形成氢键的基团中,有一个羟基或氨基等可以和氢形成氢键的基团。那么试剂主要从含氢键的环的空间阻碍较小基团。那么试剂主要从含氢键的环的空间阻碍较小的一侧对羰基加成。的一侧对羰基加成。信息结束根据手性基团的不同,立体控制途径有如
18、下形式根据手性基团的不同,立体控制途径有如下形式:(2)开链模式。开链模式。开链模式适用于手性碳上的三个基团均为烃基开链模式适用于手性碳上的三个基团均为烃基的情况的情况信息结束 练习练习:信息结束(3)环形模式环形模式 若手性碳上的一个基团可以和羰基形成氢键,若手性碳上的一个基团可以和羰基形成氢键,或与金属形成鳌合环,则空间构象与开链模式不同。或与金属形成鳌合环,则空间构象与开链模式不同。信息结束 若不成氢键则羟基应尽可能远离羰基成如下构象:若不成氢键则羟基应尽可能远离羰基成如下构象:练习练习:信息结束(3)偶极模式)偶极模式 当当a a手性碳上有一高度极化的基团(如卤素等,手性碳上有一高度极
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- 第八章 不对称合成 第八 不对称 合成
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