第八章不对称合成
若潜手性分子某一反应面上的基团按优先次序 (L>M>S)排列的顺序为顺时针,则该反应面称为Re面( 拉丁文rectus);而若排列的顺序为逆时针则称为Si面(拉 丁文sinister)。
氢负离子作用于苯乙酮羰基的两个反应面得到
一对对映体。
反应中氢负离子进攻苯乙酮羰基的Si面得到(R)—构型 的1—苯基乙醇;而进攻其Re面则得到(S)—构型的1— 苯基乙醇,而进攻其Re面则得到(S)构型的1—苯基 乙醇。
这类不对称反应的最大优点在于反应的起始原料一 般来自于天然的手性化合物,如氨基酸、碳水化合 物、萜类和合成的光学纯化合物,具有很高的光学 纯度,因此对于新不对称中心的形成常常可以达到 好的不对称诱导效果。
抗生素milbemycin b3的合成方法之一可归结为(S)—香茅醇和D—甘 露醇为手性源出发的合成。
这类反应局限性主要在于手性原料的种类和来源比较有限的, 而且往往只有一种特定的构型易得,如糖只有D—型的,氨基 酸则为L—构型。
2. 手性辅助基团控制的不对称反应 这类反应与上述底物控制的反应类似。反应的立体选择性也是通过 分子内已有的手性中心控制的。但在这类反应中,手性中心不是底 物分子中固有的,而是通过形成化学键的方式将一手性基团特意引 入到底物分子中,使其在反应中“临时”起到不对称诱导作用,但 在反应结束后,则将其除去。因此引入底物的手性基团只起到一种 阶段性的辅助作用,故称为“手性辅助基团”。
潜手性单元可以是含有重键的平面基团如 羰基、碳碳双键、亚胺基,也可以是饱和 碳上的潜手性单元如乙苯中的亚甲基等。
一个成功的不对称合成的标准:
(1)高的对映体过量(e.e.);
对映体过量:在二个对映体的混合物中,一个对 映体过量的百分数。
e.e.=[( - )/( + )]×100%
(2)手性辅剂易于制备并能循环利用;
ee值为98%
但若底物分子中已有手性中心存在,且反应的产物为不等量的 一对非对映异构体,这样的反应则称为“非对映选择反应”。 非对映选择反应的产有光学活性。如光学活性烯酮(5)—(2) 与二甲基铜锂的共轭加成反应得到光学活性的非对映选择性产 物。
(3)可以制备到R和S两种构型;
(4)最好是催化性的合成。
* 迄今,能完成最好的不对称合成的,无疑应首推自然 界中的酶。发展像酶催化体系一样有效的化学体系是对人 类智慧的挑战。
底物分子本身则可以是非手性的或手性的。 在一个不对称反应中,若底物经转化后形成不等量的 一对对映异构体,则该反应称为“对映选择反应”。 如非手性的苯乙酮在手性硼噁唑烷1催化下由硼烷还 原后形成(S)—对映体为主的1—苯基乙醇就是一个对 映选择反应 .
第八章 不对称合成
Asymmetric synthesis
一、概述
二、概念
1.不对称合成
Morrison和Mosher提出了一个广义的定义, 将不对称合成定义为“一个反应,其中底物 分子整体中的非手性单元由反应剂以不等量 地生成立体异构产物的途径转化为手性单元。 也就是说,不对称合成是这样一个过程,它 将潜手性单元转化为手性单元,使得产生不 等量的立体异构产物”
de值为96%
立体选择性反应中,两个立体异构产物的比例可以用 于衡量反应立体选择性的优劣。但实际上更常用主要 异构体超出次要异构体的百分率即“百分过量”来表 示反应的立体选择性。 若 反 应 为 对 映 选 择 的 , 称 为 “ 对 映 过 量 ” (ee , enantiomeric excess); 若反应为非对映选择性的,则称为“非对映过量”(de, diastereomeric excess)。
其中S为含潜手性基团的底物,A*为光学纯的手性辅助试剂, S—A*为连上辅助基团的底物,P*—A*为连着辅助基团的产物, 而P*则为去除辅助基团后的最终产物。其中手性辅助试剂A* 一般可回收再使用。
以(S)—1—氨基—2—甲氧甲基吡咯烷(SAMP,8)为手性辅助基团合 成高光学纯度的食叶蚁警戒 信息素9就是这类不对称反应的一个典型例子
一个好的不对称合成反应首先应具有好的立体选择性,
即高的对映或非对映过量。此外,温和的反应条件、高 的收率、两种立体异构体合成的通用性、原料经济性等 亦是衡量其优劣的指标。
2. 反应面: 在不对称合成中,为了能方便地表述反应发生的方向, 对像苯乙酮这样的潜手性分子的两个反应面作了定义。 按广义的CIP(Cahn—Ingold—Prelog)规则,常见的含双 键的平面型潜手性基团的反应面按如下方式定义:
反应发生的面与产物的绝对构型之间没有必然的联系。 即在一个反应中发生于某一面所形成的产物可能是S— 构型的,亦可能是R—构型的,具体取决于反应产物按 CIP次序规则得出的构型。
三、不对称反应的原理和基本方法
一个不对称合成反应中必须至少有一种的不对称因素 存在,这种不对称因素可来自于底物、试剂、催化剂 (化学的或生物的)、溶剂或物理))(光、电磁场)等。根 据不对称因素的来源, 可将不对称反应分为: (1)手性底物控制; (2)手性辅助基团控制; (3)手性试剂控制 (4)手性催化剂控制的四个主要反应类型。
1. 手性底物控制的不对称反应
在底物控制的不对称反应中,反应的立体选择性是由底物分子中 已有的于性中心控制或诱导的。新不对称中心是由试剂与底物分 子中的潜手性基团反应而形成的。
其中S和G*分别为底物分子中的潜手性和手性基团,R为手性 或非手性反应试剂,P*为在反应过程中产生的新不对称中心。
通过羟基酮中存在羟基的诱导,硼氢化锌高 选择地还原分子中的潜手性羰基,形成>98 %(de)的还原产物
3. 手性辅助基团控制的不对称反应具有如下特点:
(1)具有比手性底物控制的反应更为广泛的应用范围。 前者只是单一底物控制的反应,而后者则可通过与一系 列不同的潜手性底物(一般为含同一官能团的化合物)相 连而实现不对称诱导。如(R)—和(5)—1—氨基—2—甲 氧甲基吡咯烷(RAMP)和(SAMP)既可用于各种酮,也可 用于醛o—位的不对称烷基化,形成各种不同类型的产 物,显示了手性辅助基团在不对称合成应用中的灵活性