基本介紹
- 中文名：立體專一性
- 外文名：stereospecificity
- 學科：化學
基本概念,舉例,SN2反應,Mitsunobu 反應,
基本概念
1、立體專一性；stereospecificity：一種指定的立體異構反應物，在反應中只得到相應的一種立體異構產物。或者說，立體異構不同的反應物生成立體異構不同的產物。立體專一反應必然是立體選擇反應，立體選擇反應卻不一定是立體專一反應。
2、區域專一性；regiospecificity：當一個有機反應可以有幾個可能的反應方向時，只按一個方向進行反應、生成一個結構異構產物時，則稱為區域專一性。如鹵化氫與不對稱烯烴的加成反應，鹵原子只加到含氫較少的雙鍵碳原子上。
3、立體選擇性；stereoselectivity：在有機反應中，同一反應物可以生成不等量的兩個立體異構體，其中一個立體異構體的量遠優於另一立體異構體時，則稱此反應具有立體選擇性。
4、化學選擇性；chemoselectivity：有機化合物分子中含有2個或多個相同或不相同的官能團時，其中之一的官能團可與某試劑發生反應，而其他的不反應。這種官能團之間的反應性能的差異，稱為化學選擇性。例如巴豆醛分子中的碳碳雙鍵與醛基都可被還原劑還原，但用硼氫化鈉(NaBH4)作還原劑時，只還原醛基而不影響雙鍵。
5、區域選擇性；regioselectivity：在有機反應中，同一反應物可以給出兩種或兩種以上的結構異構的產物，其中一種產物的量遠優於其他產物，是這種反應的特性稱為區域選擇性。
舉例
SN2反應
鹵代烴中的鹵素可以被其他原子或基團所取代。反應中，鹵素以負離子的形式離去，取代原子或基團則是一些親核試劑。親核試劑進攻缺電子的碳形成取代產物——親核取代反應，用SN表示。
SN2機理：對溴甲烷的水解，反應是同步過程。親核試劑從離去基團的背面進攻中心碳原子，首先生成較弱的鍵，同時離去基團與碳之間的鍵有一定程度的減弱，碳原子上的另外三個鍵也逐漸發生變化，由傘形到平面形，這需要消耗能量（活化能）。隨著反應的進行，當達到能量最高狀態即過渡態後，新鍵生成，舊鍵斷裂，碳原子上的其餘三個鍵由平面形重新變為傘形。整個過程象雨傘在大風中翻轉一樣。當反應物生成過渡態時，需要吸收活化能，過渡態為勢能的最高點，一旦形成過渡態，即釋放能量，形成產物。由於控制反應速率的一步是雙分子，需要兩種分子相互碰撞反應，故反應為雙分子的親核取代，表現為二級反應。
SN2反應的立體化學：
從SN2反應機理可以看出，親核試劑從離去基團的背面進攻，其結果發生了構型的轉化。Ingold等人將光活性的2—碘辛烷與放射同位素碘離子在丙酮中進行交換反應，結果發現，消旋化速率是交換反應速率的兩倍，說明產物的構型發生了轉化——瓦爾登（Walden）轉化。反應物2—碘辛烷是S構型，經SN2反應後，構型完全轉化，成為R構型，旋光方向相反，R、S構型形成一對外消旋體，旋光抵消，因此，消旋化速率是交換反應速率的兩倍。
立體化學的證據支持了SN2機理，從構型的完全轉化，說明了親核試劑是從離去基團的背面進攻中心碳原子。絕大多數親核取代反應屬於SN2機理，大量的實驗事實證明了這一點。因此，SN2反應總是伴隨著構型的翻轉，或者說，完全的構型轉化往往是SN2反應標誌。 為什麼親核試劑總是從離去基團的背面進攻？這是由於①從正面進攻會受到攜帶電子的離去基團的排斥；②從背面進攻能形成較為穩定的過渡態，降低反應的活化能。
Mitsunobu 反應
1967年，Oyo Mitsunobu 報導了在三苯膦（PPh3）和偶氮二甲酸二乙酯（DEAD）作用下酸和醇縮合成酯的新方法。當底物為仲醇的時候，與羥基相連的碳原子的構型會發生翻轉。
經過多年的研究和發展，形成了一大類合成方法，我們稱之為Mitsunobu 反應。這類反應被廣泛套用在有機合成，特別是天然產物的合成中。
在Mitsunobu 反應中，DEAD 和三苯膦首先生成一個活性的甜菜鹼式中間體（betaine intermediate），這個活性中間體奪取作為親核試劑的酸的質子並同時活化醇，隨後經過SN2取代，得到手性翻轉的酯；將得到的酯水解，其淨結果是醇的構型翻轉。
反應在很溫和的條件下進行，通常反應溫度是在0oC到室溫，大部分基團都不會影響反應。但親核試劑質子的pKa值必須小於甜菜鹼式中間體（betaine intermediate）的pKa 值（～13），否則親核試劑的質子不能被中間體（betaine intermediate）奪取，反應不能進行。低極性的溶劑有利於反應，通常用四氫呋喃，乙醚，二氯甲烷和甲苯作為溶劑，有時候乙酸乙酯，乙腈和DMF也用作溶劑。
1991年，Eli Lilly 的化學家 Martin 和 Dodge 發現用p-硝基苯甲酸（PNBA）作為親核試劑對立體位阻較大的醇的翻轉更有效。Buszek和Jeong據此合成了Octalatin A和B的前體。
