不对称合成.

金属有机化学与应用—不对称合成化学姚英明苏州大学材料与化学化工学部自然界的基本现象和定律由手性产生宇宙是非对称的，如果把构成太阳系的全部物体置于一面跟随着它们的各种运动而移动的镜子前面，镜子中的影象不能和实体重合。------生命由非对称作用所主宰。我能预见，所有生物物种在结构上、在其外部形态上，究其本源都是宇宙非对称性的产物。———LouisPasteur不对称合成化学手性：互为实物和镜像关系物体的非重叠性；互为镜像关系的手性分子在本质上是两个不同的化合物。手性的概念不对称合成化学手性是自然界的普遍特征！不对称合成化学手性是自然界的普遍特征！不对称合成化学手性是自然界的普遍特征！不对称合成化学手性是自然界的普遍特征！不对称合成化学手性是自然界的普遍特征！不对称合成化学手性是自然界的普遍特征！不对称合成化学手性是自然界的普遍特征！不对称合成化学手性是自然界的普遍特征！不对称合成化学手性是自然界的普遍特征！不对称合成化学Allcelestialbodies(天体)insolarsystemspiralforwardinaanticlockwisedirection，whichcallsright-handrule.手性是自然界的普遍特征！不对称合成化学MirrorImageMirrorImageBuildingblocksoflife------protein,aminoacids,sugars,enzyme手性是自然界的普遍特征！不对称合成化学不对称合成化学不对称合成化学产生手性的条件1、化合物带有不对称碳原子(既非必要条件，也非充分条件)2、化合物带有其它四价共价键联的不对称原子，四个价键指向四面体的四个角，且四个基团不相同3、化合物带有三价的不对称原子，原子带有角锥键，与三个不同的基团相连，未共享的电子对类似于第四基团---倒伞效应不对称合成化学命名1、Fischer投影式2、Cahn-Ingold-Prelog惯例(CIP惯例)以顺序规则为基础。键合在手性中心的原子或者基团按如下顺序规则排序：(1)、有较高原子序数的原子排在前面，同位素中高质量数的排在前面；(2)、若两个或者多个相同的原子直接连在手性原子上，按相同规则对侧链原子进行比较；若侧链没有杂原子，烷基的顺序是叔基仲基伯基；(3)、以双键或者三键连接的原子对它所连接的原子作一次或二次重复；(4)、对取代的烯基，Z构型基团比E构型的优先。HOHCHOCH2OHD-甘油醛中心手性(centralchirality)xCzywabcd金刚烷的四个叔碳上连有不同基团时，也是手性分子。当abcd时，构型为(R)C→w:x→y→z顺时针(R)C→w:x→y→z逆时针(S)xyzw不对称合成化学轴手性(axialchirality)C2轴OHOH(R)-BINOLPPh2PPh2(R)-BINAP不对称合成化学轴向手性化合物的命名对于四个基团分两对围绕一个轴排列在平面之外所构成的体系，当每对基团不同时，该体系可能是不对称的，这样的体系称为轴手性体系。不对称合成化学命名规则(1)加上“前面的基团总是优先于后面的基团”这条限定，可以用CIP规则(Cahn-Ingold-Prelog)对轴向手性化合物进行命名，用aR和aS表示，其中a为axis的缩写。只考虑大基团。(2)不同于Fisher投影式，没有横键、竖键之分。(3)无论从分子的哪一端看，结果相同。(4)用螺旋手性命名时，前面大基团到后面大基团的指向为顺时针为P，指向为逆时针为M。（aS通常对应P，aR通常对应M，但不总是如此。）(5)F类型的螺环化合物按中心手性处理更方便，原则是：同样基团前面的优先。不对称合成化学不对称合成化学不对称合成化学OO1234OO1234旧的命名法则，(R)构型新的命名法则，(S)构型不对称合成化学联苯型手性化合物的稳定性要求：(1)X≠Y,U≠V(2)X－U，X－V，Y－U，Y－V之间的作用足够大，造成旋转受阻。不对称合成化学平面手性(planarchirality)由对称平面的失对称作用而产生的手性称为平面手性。CH2BrFe1）选择手性平面；2）选择优先边，选择导向原子（分别标记为1号，2号，3号）；3）从上往下看，1-2-3是顺时针还是逆时针；1→2→3顺时针1→2→3逆时针Rp√Sp不对称合成化学不对称合成化学螺旋手性(helicalchirality)M构型从旋转轴的上面观察：顺时针P构型逆时针M构型采用右手螺旋P(plus)和左手螺旋M(Minus)命名属螺省类化合物没有手性中心，没有手性轴！不对称合成化学Newman（1947年）将化合物A拆分，发现室温下几分钟就全部消旋。化合物B的对映异构体在室温下可以稳定存在。而化合物C的对映异构体非常稳定，Newman（1956年）将其拆分，[]D=24.3640(CHCl3)，它只有在熔点(260oC)以上才可能发生消旋。不对称合成化学对映体与非对映体不对称合成化学和镜像不等同的分子称为手性分子非等同的镜像彼此称为对映体具有相同化学组成，但不是镜像，在分子中的一个或者多个不对称中心具有不同的构型而彼此不同的物质称为非对映体，它们通过任何操作都无法重合对映体与非对映体enantiomersdiastereomersClOHClOHClOHClOH不对称合成化学D/L和d/lD/L:分子的绝对构型，一般用于氨基酸、氨基醇或糖类化合物。它是按照与参照化合物D或L-甘油醛的绝对构型的实验化学关联而定d/l:右旋(+)或左旋(-)，按照实验测定的将单色平面偏振光的平面按顺时针或反时针旋转而定外消旋体：(±)或者rac内消旋体：meso不对称合成化学e.e和d.e.对映体(enantiomers)对映体过量(enantiomericexcess)e.e.对映体选择性(enantioselectivity)非对映体(diastereoisomers)非对映体过量(diastereoisomericexcess)d.e.%d.e.=[S*S][S*R][S*S]+[S*R]×100%不对称合成化学不对称合成化学手性固定相（色谱柱）(a)以氨基酸为基础的肽、蛋白质类手性固定相如Chiralsil－ValTM(b)含有金属络合物的手性固定相不对称合成化学(c)环糊精类手性固定相(,,)如ASTEC－GTA[R＝trifluoroacetyl](d)纤维素类手性固定相如DAICEL－CHIRALCELHPLCCOLUMN不对称合成化学NMR应用手性位移试剂(CSR):Eu(hfc)3不对称合成化学Specificrotatorypower:[]D20为测定的旋光L为样品池光路长度c为浓度D为用于测定的光波长D线20为温度(℃)光学纯度(%)＝[]obs/[]max[α]D20=αL(dm)×c(g/100ml)×100不对称合成化学其中手性合成是合成科学中最具挑战性的方向之一获得光学活性手性化合物的一些主要方法不对称合成化学不对称反应的发展历程：第一阶段手性源的不对称反应（chiralpool）第二阶段手性助剂的不对称反应（chiralauxiliary）第三阶段手性试剂的不对称反应（chiralreagent）第四阶段不对称催化反应（chiralcatalysis）注：前三个阶段是化学当量(Stoichiometric)的，第四个阶段是催化量(catalytic)的反应。不对称合成化学手性源的不对称反应手性源S*经不对称反应进入了新的手性化合物S*T*不对称合成化学手性助剂的不对称反应借助于手性助剂S*与反应物A作用而成为手性中间体AS*，经不对称反应得到新的反应中间体S*T*，回收S*后，得到新的手性化合物T*。S*T*AAS*S*T*S*不对称合成化学手性试剂的不对称反应底物A在进行不对称反应中加入手性试剂S*，得到产物为新的手性化合物T*，而手性试剂能部分得到回收。S*T*A不对称合成化学不对称催化反应在底物A进行不对称反应时加入少量的手性催化剂cat*，使它与反应物或试剂形成高活性的中间体，催化剂作为手性模板控制反应物的对映面，经不对称反应得到新的手性产物T*，而cat*在反应中循环使用，达到手性增值（chiralityincrement）或手性放大效应（chiralityamplification）。cat*T*A不对称合成化学甲醇脱氢酶H亚基的三维结构飘带图不对称合成化学酶催化这是一个羧肽酶的结构模型，羧肽酶是一个含金属离子锌的酶。不对称合成化学不对称合成化学不对称合成化学有机小分子催化不对称合成化学不对称合成化学不对称合成化学coordinationcatalyticcycleorganicligandmolecularcatalystreactioneliminationM=metalatomA,B=reactionMoleculeRorS金属有机化合物催化不对称反应机理不对称合成化学(S)-(+)-thalidomide(R)-(+)-thalidomide镇静剂和止吐剂致畸剂不对称合成化学沙利度胺（反应停）―人间悲剧12000handicapped!!!不对称合成，2001年诺贝尔化学奖获得者WilliamsS.KnowlesRyojiNoyoriK.BarryShapless不对称合成化学2001年诺贝尔奖：不对称催化氢化和氧化不对称合成化学催化不对称氢化反应的“拓荒者”----威廉·诺尔斯威廉·诺尔斯于1917年生于美国。1942年，他获得美国哥伦比亚大学博士学位。1966年，威尔金森等人发现了可用于均相催化氢化的威尔金森催化剂---三（三苯基膦）氯化铑。在此前后，霍勒等人先后发现了手性膦的制备方法。在此基础上，1968年，当时在孟山都公司（圣路易斯）工作的诺尔斯用（-）-甲基正丙基苯基膦替代威尔金森催化剂中的三苯基膦，并以此为催化剂催化α-苯基丙烯酸，得到一种对映体过量15%的氢化产物。虽然对映体过量相对于目前水平还较低，但在此方向上却是突破性的进展。不对称合成化学催化不对称氢化反应的另一个开拓者----野依良治野依良治于1938年生于日本神户。1967年，他取得日本东京大学博士学位，并于1972年获得名古屋大学化学教授职位。早年，他从事催化不对称环丙烷化反应，但没有取得重大突破。1980年，他与合作者发现一种手性双膦配体--BINAP，其中任何一个对映体与铑（I）的配合物比其它多种催化不对称氢化反应的催化剂具有明显更强的活性。不对称合成化学BINAP,abeautifulchiralmoleculePh2PPh2PPPh2PPh2(R)-BINAP(S)-BINAPBINAP:[2,2'-bis(diphenylphosphino)-1,1'-binaphthyl],axiallydissymmetricnovelC2chiraldiphosphine不对称合成化学BINAPChemistry不对称合成化学BINAP:Simpleandfunctionalstructure.Anewfullyaromatic,axiallydissymmetricC2chiraldiphosphine.Strongstericandelectronicinfluencesontransitionmetalcomplexes.Fine-tunedpropertiesbysubstitutionsonthearomaticrings.PPh2Ph2PRuOOOOBINAP-RucatalystStereo-controllingBINAPligandReaction-promotingmetalatomSeven-memberedchelaterings,sp2carbonChiralitytransmissionKeyroleIrreproduciblestereospecificsynthesisofBINAPAccesstoenantiomericallypureBINAPDuetoth