《不對稱合成》課件

不對稱合成不對稱合成是合成化學(xué)中一個重要的領(lǐng)域，涉及合成手性分子。這種方法在制藥、農(nóng)化等行業(yè)中具有廣泛應(yīng)用。課程大綱不對稱合成的定義不對稱合成是指用化學(xué)方法合成手性分子，并控制其立體化學(xué)，得到特定的對映異構(gòu)體或非對映異構(gòu)體。手性分子的概念手性分子是指在空間中不能與其鏡像重合的分子。手性是化學(xué)和生命科學(xué)的重要概念，與藥物、天然產(chǎn)物、材料科學(xué)等密切相關(guān)。構(gòu)建手性中心的常見方法構(gòu)建手性中心常用的方法包括親核取代反應(yīng)、酰胺化反應(yīng)、Grignard反應(yīng)、烯丙基化反應(yīng)和Diels-Alder反應(yīng)等。不對稱催化的應(yīng)用不對稱催化技術(shù)可以提高反應(yīng)的選擇性，從而有效地合成手性分子。它在醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料、食品等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。不對稱合成的定義手性分子不對稱合成是指通過化學(xué)反應(yīng)生成手性分子，并控制其生成的對映異構(gòu)體或非對映異構(gòu)體的比例。催化劑它通常需要使用手性催化劑來誘導(dǎo)反應(yīng)的立體選擇性，從而實現(xiàn)目標(biāo)手性分子的高效合成。藥物合成不對稱合成在藥物化學(xué)、天然產(chǎn)物合成等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。不對稱合成的重要性藥物合成不對稱合成在藥物研發(fā)中至關(guān)重要，可以幫助我們高效地合成具有特定立體構(gòu)型的藥物分子，提高療效和安全性。農(nóng)藥生產(chǎn)不對稱合成技術(shù)可以用來合成高效、低毒的農(nóng)藥，減少對環(huán)境的影響。材料科學(xué)手性材料在光學(xué)、電子和催化等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，不對稱合成可以幫助我們合成具有特殊性質(zhì)的手性材料。手性分子的概念1鏡像異構(gòu)體手性分子是指其鏡像不能與其自身重合的分子。2手性中心手性分子通常含有至少一個手性中心，即與四個不同的基團相連的碳原子。3旋光性手性分子具有旋光性，即它們能夠使平面偏振光發(fā)生旋轉(zhuǎn)。4對映異構(gòu)體手性分子的鏡像稱為對映異構(gòu)體，它們具有相同的物理性質(zhì)，但具有相反的旋光性。手性中心及其表示方法1定義手性中心是指一個碳原子連接了四個不同的原子或基團。2立體異構(gòu)體手性中心的存在會導(dǎo)致分子的立體異構(gòu)體。3命名R/S命名法用于區(qū)分手性中心的立體異構(gòu)體。4表示方法手性中心可以通過楔形鍵和虛線鍵來表示。手性中心是理解和描述有機分子立體化學(xué)的關(guān)鍵概念。通過學(xué)習(xí)手性中心的定義、命名和表示方法，我們可以更好地理解立體異構(gòu)體之間的差異，并為有機合成反應(yīng)的設(shè)計提供指導(dǎo)。R/S命名法與E/Z命名法R/S命名法R/S命名法用于區(qū)分手性中心周圍的四個取代基的空間排列。該命名法基于優(yōu)先級規(guī)則，將四個取代基按照原子序數(shù)進行排序，并將最小的取代基指向遠離觀察者的方向。如果四個取代基的排列方向為順時針方向，則為R構(gòu)型，反之則為S構(gòu)型。E/Z命名法E/Z命名法用于描述雙鍵兩側(cè)的取代基的空間排列。該命名法基于CIP優(yōu)先級規(guī)則，將雙鍵兩側(cè)的兩個最高優(yōu)先級取代基的空間排列關(guān)系進行區(qū)分。如果兩個最高優(yōu)先級取代基在雙鍵的同側(cè)，則為Z構(gòu)型，反之則為E構(gòu)型。構(gòu)建手性中心的常見方法親核取代反應(yīng)親核取代反應(yīng)是構(gòu)建手性中心的常用方法之一。通過使用手性試劑或在手性環(huán)境中進行反應(yīng)，可以得到手性產(chǎn)物。酰胺化反應(yīng)酰胺化反應(yīng)可以通過引入手性輔助基團來構(gòu)建手性中心。手性輔助基團可以幫助控制反應(yīng)的立體選擇性，從而獲得特定構(gòu)型的手性產(chǎn)物。親核取代反應(yīng)親核取代反應(yīng)是指一個親核試劑取代另一個基團的過程。1第一步：親核試劑進攻親核試劑進攻帶正電荷的碳原子，形成一個新的化學(xué)鍵。2第二步：離去基團離去離去基團從碳原子上脫落，形成一個新的離子或分子。3第三步：形成新化合物親核試劑取代離去基團，形成新的化合物。親核取代反應(yīng)是化學(xué)合成中非常重要的一類反應(yīng)，它可以用來合成各種各樣的有機化合物。酰胺化反應(yīng)1酰胺化反應(yīng)酰胺化反應(yīng)是制備酰胺的重要方法，可以通過羧酸與胺或氨反應(yīng)生成。2反應(yīng)條件酰胺化反應(yīng)通常在酸性條件下進行，例如使用濃硫酸或鹽酸作為催化劑。3立體化學(xué)酰胺化反應(yīng)可以產(chǎn)生手性酰胺，這取決于反應(yīng)物的立體化學(xué)和反應(yīng)條件。Grignard反應(yīng)Grignard試劑的制備鹵代烴與金屬鎂在無水乙醚或四氫呋喃等溶劑中反應(yīng)生成Grignard試劑。Grignard試劑的反應(yīng)性Grignard試劑是一種強親核試劑，可與醛、酮、酯等羰基化合物反應(yīng)生成醇。反應(yīng)機理Grignard試劑與羰基化合物反應(yīng)生成烷氧基鎂中間體，然后水解生成醇。反應(yīng)條件反應(yīng)需要在無水條件下進行，因為Grignard試劑對水敏感。烯丙基化反應(yīng)反應(yīng)類型烯丙基化反應(yīng)是指在烯烴或炔烴的雙鍵或三鍵上引入烯丙基基團的反應(yīng)。它是構(gòu)建碳-碳鍵的重要方法，可以構(gòu)建各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的分子。催化劑烯丙基化反應(yīng)通常使用過渡金屬催化劑，例如鈀、鉑、鎳等。應(yīng)用烯丙基化反應(yīng)在有機合成中廣泛應(yīng)用，例如合成藥物、天然產(chǎn)物和聚合物等。優(yōu)勢該反應(yīng)具有以下優(yōu)勢：反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)率高、立體選擇性好。Diels-Alder反應(yīng)1反應(yīng)物Diels-Alder反應(yīng)涉及一個共軛二烯與一個親電子試劑（親二烯體）之間的反應(yīng)。2環(huán)加成二烯和親二烯體通過環(huán)加成反應(yīng)形成一個六元環(huán)狀產(chǎn)物。3立體化學(xué)反應(yīng)的立體化學(xué)受反應(yīng)物和產(chǎn)物的構(gòu)型控制，并能產(chǎn)生立體異構(gòu)體。不對稱催化簡介高效性不對稱催化劑可以顯著提高反應(yīng)效率，減少副產(chǎn)物的生成，降低反應(yīng)成本。選擇性不對稱催化劑可以控制反應(yīng)產(chǎn)物的立體化學(xué)，得到所需的手性產(chǎn)物，并提高光學(xué)純度。環(huán)境友好不對稱催化反應(yīng)通常使用溫和的條件，并能有效減少廢棄物的產(chǎn)生，對環(huán)境更友好。金屬絡(luò)合物催化過渡金屬配合物過渡金屬絡(luò)合物通常用作不對稱催化劑，具有高選擇性和活性。手性配體手性配體與金屬中心配位，形成手性催化中心，從而實現(xiàn)不對稱催化。不對稱氫化利用金屬催化劑將烯烴或炔烴不對稱地氫化，生成手性產(chǎn)物。生物催化11.酶的催化作用酶作為生物催化劑，可加速化學(xué)反應(yīng)，提高反應(yīng)效率。22.高度特異性酶對底物具有高度特異性，可選擇性地催化特定反應(yīng)。33.反應(yīng)條件溫和酶催化反應(yīng)通常在溫和條件下進行，無需高溫高壓。44.環(huán)境友好酶催化反應(yīng)通常不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物，符合綠色化學(xué)理念。酶催化反應(yīng)生物催化劑酶作為生物催化劑，加速反應(yīng)速率，但本身不參與反應(yīng)。高度特異性酶具有高度的特異性，只催化特定底物，提高反應(yīng)效率和產(chǎn)物純度。溫和條件酶催化反應(yīng)通常在溫和條件下進行，如常溫常壓，有利于環(huán)境友好性。廣泛應(yīng)用酶催化在藥物合成、食品工業(yè)、生物技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。有機小分子催化11.高度選擇性有機小分子催化劑可以實現(xiàn)高度立體選擇性、區(qū)域選擇性和化學(xué)選擇性，為復(fù)雜分子的合成提供新的途徑。22.溫和條件有機小分子催化劑通常在溫和條件下發(fā)揮作用，避免了高溫高壓或強酸強堿的使用，對于對熱不穩(wěn)定或?qū)λ釅A敏感的底物具有獨特的優(yōu)勢。33.結(jié)構(gòu)多樣性有機小分子催化劑結(jié)構(gòu)多樣，可以根據(jù)反應(yīng)的需求進行設(shè)計和合成，提供更廣泛的催化選擇。44.環(huán)境友好有機小分子催化劑通常具有較高的原子經(jīng)濟性，減少了廢物產(chǎn)生，有利于環(huán)境保護。不對稱反應(yīng)的立體化學(xué)立體異構(gòu)體不對稱反應(yīng)產(chǎn)生手性分子。手性分子是具有鏡像異構(gòu)體的分子，其具有相同的化學(xué)式，但其原子在空間中的排列方式不同。對映異構(gòu)體對映異構(gòu)體是手性分子的一對鏡像異構(gòu)體。它們具有相同的物理性質(zhì)，但它們在與其他手性分子相互作用時表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。非對映異構(gòu)體非對映異構(gòu)體是手性分子，它們不是對方的鏡像異構(gòu)體。它們具有不同的物理性質(zhì)，例如沸點和熔點。光學(xué)純度的表示ee(enantiomericexcess)表示某一手性異構(gòu)體在混合物中占有的比例de(diastereomericexcess)表示某一非對映異構(gòu)體在混合物中占有的比例光學(xué)純度的測定光學(xué)純度是指手性化合物中對映異構(gòu)體的一種純度測量，對映異構(gòu)體是指鏡像異構(gòu)體。光學(xué)純度可以通過多種方法測定，例如旋光儀法、高效液相色譜法（HPLC）和核磁共振（NMR）等。1旋光儀法旋光儀法是測定光學(xué)純度的經(jīng)典方法，通過測量手性化合物對平面偏振光的旋轉(zhuǎn)角度來確定其光學(xué)純度。2HPLCHPLC可以分離對映異構(gòu)體，通過分析峰面積比例來確定光學(xué)純度。3NMRNMR可以區(qū)分對映異構(gòu)體，通過分析信號強度來確定光學(xué)純度。4其他方法其他方法包括氣相色譜法（GC）、毛細管電泳法（CE）等。拆分手性藥物定義拆分是指從外消旋混合物中分離出兩種對映異構(gòu)體的方法。拆分是制備單一手性藥物的關(guān)鍵步驟，因為外消旋混合物通常會表現(xiàn)出不同的藥理活性。方法常用的拆分方法包括：重結(jié)晶法酶法拆分手性色譜法結(jié)晶法天然產(chǎn)物全合成復(fù)雜性天然產(chǎn)物通常具有復(fù)雜的多環(huán)結(jié)構(gòu)和手性中心，給合成帶來挑戰(zhàn)。生物活性許多天然產(chǎn)物具有顯著的生物活性，例如抗菌、抗癌和抗病毒活性，因此具有重要的藥用價值?？沙掷m(xù)性通過全合成可以獲得稀有或難以獲取的天然產(chǎn)物，并提供可持續(xù)的生產(chǎn)途徑。生物堿的合成復(fù)雜結(jié)構(gòu)生物堿往往具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，合成路線需要巧妙設(shè)計。合成挑戰(zhàn)合成生物堿需要克服許多挑戰(zhàn)，例如立體選擇性控制、官能團轉(zhuǎn)化等。重要價值合成生物堿在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有重要價值，例如藥物研發(fā)和農(nóng)藥生產(chǎn)。手性中間體的應(yīng)用藥物合成手性中間體是合成藥物的重要組成部分，有助于提高藥物的效力、安全性，并減少副作用。材料科學(xué)手性中間體可用于合成具有特殊光學(xué)性質(zhì)的材料，例如手性液晶和手性聚合物。不對稱催化手性中間體是構(gòu)建高效不對稱催化劑的基石，推動了合成化學(xué)的發(fā)展。案例分析:檸檬墨水合成檸檬墨水是一種天然的食用色素，也可用作指示劑。它主要由檸檬黃素、檸檬紅素和檸檬橙素組成。檸檬黃素是一種主要存在于檸檬皮中的類胡蘿卜素。檸檬黃素的合成是一個復(fù)雜的生物過程，涉及多個酶的催化作用。在實驗室中，可以使用化學(xué)合成方法模擬這種生物過程，以生產(chǎn)檸檬黃素。該合成路線通常包括從檸檬酸或其他植物來源中提取檸檬黃素前體，然后通過一系列化學(xué)反應(yīng)將這些前體轉(zhuǎn)化為檸檬黃素。案例分析:小檗堿的合成小檗堿是一種重要的天然產(chǎn)物，具有多種藥理活性，包括抗菌、抗炎、抗腫瘤等。近年來，小檗堿的合成研究取得了重大進展，多種合成路線被開發(fā)出來。其中，不對稱催化合成方法是近年來備受關(guān)注的合成路線之一，該方法能夠有效地控制小檗堿的立體化學(xué)，從而獲得具有高光學(xué)純度的目標(biāo)產(chǎn)物。總結(jié)與展望不對稱合成不對稱合成是合成化學(xué)中的重要領(lǐng)域，在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和材料科學(xué)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。不對稱合成的研究和應(yīng)用不斷發(fā)展，為創(chuàng)造新的手性藥物、農(nóng)藥和材料提供了新的途徑。未來趨勢未來的研究方向包括開發(fā)更高效、更具選擇性的催化劑，擴展不對稱合成的適用范圍，以及探索合成手性材料的新方法