不對稱合成(手性合成)

按照IUPAC金皮書的定義，不對稱合成（Asymmetric synthesis），也稱手性合成、立體選擇性合成、對映選擇性合成，是研究向反應物引入一個或多個具手性元素的化學反應的有機合成分支。按照Morrison和Mosher的定義，不對稱合成是“一個有機反應，其中底物分子整體中的非手性單元由反應劑以不等量地生成立體異構產物的途徑轉化為手性單元”。這裡，反應劑可以是化學試劑、催化劑、溶劑或物理因素。

基本介紹

• 中文名：不對稱合成
• 外文名：Asymmetric synthesis
• 也稱：手性合成
• 屬於：有機反應

原理簡介

不對稱反應;不對稱合成;asymmetric synthesis;asymmetric reaction

又稱不對稱合成(asymmetric synthesis) 生成有旋光性產物的反應。在反應過程中因受分子內或分子外的手性因素的影響，試劑向反應物某對稱結構的兩側進攻，進而在形成化學鍵時表現出不均等，結果得到不等量的立體異構體的混合物，具有旋光活性。

詳細內容

不對稱合成目前在藥物合成和天然產物全合成中都有十分重要的地位。但無疑，現在最完善的不對稱合成技術，要數存在於生物體內的酶。能否實現像酶一樣高效的催化體系，是對人類智慧的挑戰。

標準

一般地講，一個不對稱合成可以算作成功的標準是：

高的ee（對映體過量百分數）；

手性試劑易得，最好可以循環使用；

R與S異構體都可以分別製得；

最好是催化性的合成。

立體化學控制有三種方法：

底物控制（手性庫）：手性的底物與非手性的試劑反應；

試劑控制：非手性的底物與手性試劑反應—手性輔助劑、不對稱催化；

雙不對稱反應：對映體純底物與對映體純試劑發生反應。

有時手性拆分也被算作不對稱合成的一種。

此外，針對手性的來源，有人把不對稱合成分為普通不對稱合成和絕對不對稱合成。

普通不對稱合成是指依靠直接或間接有天然獲得的手性化合物衍生的基團誘導產生手性化合物的合成。而絕對不對稱合成是指絕對脫離天然產物來源而通過物理方法（比如說通過圓偏光的照射）誘導產生手性的合成。後者相當吃功夫，所以時下只有非常有限的幾個反應能做到絕對不對稱合成。

不對稱合成介紹

首先說，什麼是手性？

在有機化合物中，化合物分子主要是以彼此相互連線的碳碳鍵構成骨架。碳原子在成鍵時，採取了sp3的雜化方式，使得碳原子的四個價鍵彼此成109度28分，為一正四面體形。正是因為這樣的成鍵特性，導致了他們當中的有些碳原子，雖然其結合的四個基團的種類相同，但卻始終無法重合，兩者互為鏡像，就像我們的左手和右手一樣。這樣的性質就稱之為手性。我們稱兩種互為鏡像的分子為對映異構體。

其次，什麼是不對稱合成？

為了得到同一物質中的其中一種手性分子，我們就需要採取特定的合成方法，這種方法就是不對稱合成。

然後，我們再來討論，經過不對稱合成得到的具有某一手性的分子有什麼樣的特性？

手性分子最大的特點在於它的光學活性，它可以使通過它的偏振光發生一定角度的偏轉，就是我們通常意義上的旋光性。若光的旋轉方向是順時針，稱為右旋；反之，稱為左旋。

意義

不對稱合成有什麼樣的意義？

舉幾個簡單的例子，大家就知道了。青黴素我們再熟悉不過了，作為一種藥力強，副作用小的抗生素藥物，長期以來一直被人們廣泛的使用。然而近一時期人們發現，青黴素分子同樣存在兩種手性分子，其中一種有藥效，而另一種卻根本沒有。換句話說，我們花了一瓶青黴素的錢，有用的部分卻只有半瓶，這其實是一種很大的浪費。當然如果光是浪費，都可以接受，但事實上有的藥物兩種手性分子中，其中一種不僅沒有藥效，反而還有相當強的毒副作用。上個世紀中葉，懷孕婦女經常使用一種叫“反應停”的藥物來抑制妊娠反應，卻產生了大量的畸形胎兒。後來才發現該藥物兩種手性分子中的其中一種具有致畸形胎兒的作用。

不僅僅是藥物，一些食品添加劑也有這樣的問題。兩種手性分子中，其中一種是甜味，而另一種卻是苦味。

所以由此可見，我們對於不對稱合成的研究是非常有意義，也是十分有必要的。

技術發展階段

( 1) 手性源的不對稱反應( chiralpool) ;

( 2) 手性助劑的不對稱反應( chiral auxiliary) ;

( 3) 手性試劑的不對稱反應( chiral reagent ) ;

( 4) 不對稱催化反應( chiral catalysis 或asymmetric catalytic reaction) 。

傳統的不對稱合成是在對稱的起始反應物中引入不對稱因素或與非對稱試劑反應, 這需要消耗化學計量的手性輔助試劑。不對稱催化合成一般指利用合理設計的手性金屬配合物( 催化劑量) 或生物酶作為手性模板控制反應物的對映面, 將大量前手性底物選擇性地轉化成特定構型的產物, 實現手性放大和手性增殖。簡單地說, 就是通過使用催化劑量級的手性原始物質來立體選擇性地生產大量手性特徵的產物。它的反應條件溫和,立體選擇性好, ( R )-異構體或( S )-異構體同樣易於生產, 且潛手性底物來源廣泛, 對於生產大量手性化合物來講是最經濟和最實用的技術。因此, 不對稱催化反應( 包括化學催化和生物催化反應) 已為全世界有機化學家所高度重視, 特別是不少化學公司致力於將不對稱催化反應發展為手性技術( chirotech􀀁nology) 和不對稱合成工藝。