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第9章 光学异构体的拆分和不对称合成
L-葡萄糖酸。
9.2.1 不对称合成在测定对映体绝对构型中的应用及对映体 纯度的测定
(1)对映体绝对构型的测定 对于对映体绝对构型的测定,最常用的、也是最直接的方 法是X射线结晶学的方法。然而这样一个直接测定的方法也
有它的局限性,例如它只限于适宜的晶体或含有适当其他原
子的晶体,同时还需要通过繁琐的计算才可以得知(现在常 用计算机来计算)。
(2)包结拆分
该方法是80年代由日本化学家Toda教授发明的。其 基本原理是在外消旋化合物的溶液中加入某种手性化合物, 该手性化合物作为主体能够通过弱的分子间作用力(如氢 键或分子间的π-π作用力)选择性地与外消旋化合物中的 某一个对映异构体(客体)形成稳定的超分子配合物(即
包结复合物)析出,从而达到使对映异构体分离的目的。
9.1.2 化学拆分法 化学拆分法是广泛使用的一种方法。根据手性试剂与外 消旋体反应所得生成物不同可分为以下三种: (1)生成非对映异构体的拆分法 该方法称为经典成盐拆分法,是一种经典的应用最广 的拆分方法。它是利用手性试剂与外消旋体进行反应可以 生成两个非对映异构体,再利用生成的两个非对映异构体 的某种性质(主要是溶解度)方面存在的差异而将两者分 开,最后再把拆分开的两个非对映异构体分别复原为原来 的对映异构体。
晶、非线性光学材料、导电高分子方面也显示出诱人的前景。
9.1 光学异构体的拆分 9.1.1 直接结晶拆分法 (1)自发结晶拆分法 自发结晶拆分法又称晶体机械分离拆分法,是指当外 消旋体在结晶过程中,对映异构体分别能够自发的形成足 够大的、肉眼可以识别的晶体,从而可以在放大镜的帮助 下,用镊子将他们分别拣出来,从而达到拆分的目的。
Pr,镱Yb)和不同的手性β-二酮配合,就可制成一系列 的CSR。由于手性位移试剂CSR可以使范围广泛的各种不
同类型的有机物对映体信号化学位移产生明显的不等价,
因此已经被成功用于数百种不同手性化合物的对映体纯度 的测定,成为测定对映体纯度的有力手段。
有供测定用的很完备的仪器。
化学上主要是化学转变或降解,不过要充分注意的是在进 行这些反应时不要影响手性原子或中心,避免异构化或消旋化 的产生。应用不对称合成测定构型是化学方法的一种。
(2)对映体纯度的测定 对映体过量百分数(ee,enantiomeric excess),如在反应产物中有R型和S型两种对映体,当
目前常用“构型联系”这样一个间接的方法来测定对映体
的绝对构型。它是首先通过X射线结晶学的方法测定一个化合
物的构型,然后将待测构型的化合物与已测定其绝对构型的化 合物联系起来,从而获得待测化合物的绝对构型。
构型联系的方法有化学方法和物理方法。物理上最经常应
用同时也比较可靠的是施光色散(optically rotatory dispersion)和圆二色散(circular dieroism),他们都
第9章
光学异构体的拆分和不对称合成
手性是自然界中普遍存在的现象,构成生物体的基本物
质如氨基酸、糖类等都是手性分子。含有手性因素的药物,不 同光学异构体之间在活性、代谢过程及毒性等方面往往存在着 差异。随着人们对手性分子认识的不断深入,手性分子的重要 性不仅表现在与生物相关的领域,而且在功能材料领域,如液
R型为主要产物时,则
① 比旋光度测定法
描述对映体组成的最常用术语是光学纯度(op, optical purity)。它指的是所测样品的比旋光度与所测
化合物两对映体之一的最大比旋光度之比。即:
② 核磁共振法
通常情况下,互为对映体的两种化合物的NMR信号完
全重合。当我们给对映体加一个不对称的环境,使它们处 于非对映异构关系下,这时它们就有可能产生化学位移不
(2)晶结晶
法和接种结晶法三种。
诱导结晶法也称优先结晶法,是在饱和或过饱和的外消旋
体溶液中加入其中一个光学异构体的晶种,使该对映异构体 稍稍过量而造成不对称环境,结晶就会按非平衡的过程进行。 得到晶体后,反复的重结晶可进一步提高产物的光学纯度。
等价,从而使相应基团的信号分开。
实际应用时,主要通过两种途径来实现:一是用一种光学 纯试剂将对映体变成非对映体,然后测定其内部非对映异构 基团的相对峰强度;二是在测定的样品中加入手性试剂或手 性位移试剂,提供一个外部非对映异构环境。
手性位移试剂(CSR) 镧系金属离子对NMR信号有
抗磁位移作用。将不同的镧系金属离子(主要有铕Eu,镨
溶液中加入其中一种纯对映体的晶种,然后冷却,则同种对映
体将附在晶种上析出。
(3)手性溶剂结晶法 利用外消旋体的两个对映体与手性溶剂的溶剂化作用力 的差异来进行对映异构体结晶的拆分方法就叫做手性溶剂
结晶拆分法。然而这种方法需要寻找特殊的手性溶剂,且
适用于拆分的外消旋体混合物的范围相当狭窄,故实际工 业生产的意义不大。
逆向结晶法,是通过加可溶性的某一种构型的异构体到外
消旋体的饱和溶液中,添加的这种构型的异构体就会吸附到外
消旋体溶液中同种构型异构体结晶的表面,从而抑制该外消旋 体饱和溶液中跟这种构型相同的异构体晶体的继续生长,而外
消旋体溶液中跟所添加的异构体相反构型的异构体结晶速率就
会加快,从而形成结晶析出。 接种结晶拆分法,是综合了优先结晶法和逆向结晶法的特点 而发展起来的一种方法。它是指向一个外消旋混合物的热饱和
9.2 不对称合成 不对称合成,也称手性合成、立体选择性合成、对映选择 性合成,是研究向反应物引入一个或多个具有手性元素的有机 合成的分支。不对称合成的第一个实例是被称为“糖化学之父” 的Fischer完成的。1890年,Fischer用L-阿拉伯糖与氢氰
酸反应,再经酸性水解,成功地分离出3:1量的L-甘露糖酸和