13第十三章-不对称合成
羰基不对称加成——非螯合加成:
在无手性因素时,普通亲核试剂进攻羰基碳的 Re和Si面的几率相同,产物是一对外消旋体:
与手性碳相邻的羰基碳,由于手性碳的影响使 得Re面与Si面进攻能量存在差别,因此存在非 对映过量(de)
7:4
羰基不对称加成:非螯合加成
Cram(克拉姆)规则:
亲核进攻试剂主要通过位阻最小的一侧进攻
当存在特定金属时,它可与羰基氧及α-C上的 氧结合,这种螯合结构的形成导致亲核进攻试 剂只能通过相反的位置进攻羰基碳:
de>98%
螯合结构导致反应的立体选择性大大提高
手性辅助基团参与的羰基加成
螯合结构使得手性底物与小位阻试剂也能 实现高de值的手性合成
将无手性中心或手性中心不合适的底物引入手 性辅助基团,就能实现高产率的单一手性合成
由于双烯体或亲双烯体上难以存在手性基团, 因此控制不对称环合反应主要有两种方法:
通过在双烯体、亲双烯体上引入手性辅助基团
使用手性催化剂催化环合反应
12.5 不对称氢化与氧化
概述:
氢化反应可以将π键还原为单键而得到新的手 性中心,氧化则通过氧化π键而得到新的手性 中心。他们得到单一手性产物的前提是在手性 因素(如催化剂或试剂)存在下进行反应
e键稳定 含量90%
反应具有立体选择性
a键能量高 含量10%
立体专一性:
不同的立体异构体反应得到不同的单一产物的 反应称为立体专一性反应,如还原反应:
还原产物均为单一纯品,具有立体专一性
还原产物为外消旋体,不具有立体专一性
对映过剩(ee)与非对映过剩(de):手性合成 效率的标准
对映选择的反应使用ee:
通过特定方式反应,也能生成单一手性产物
不对称合成的实现方法:
单一手性原料进行反应:
无手性化合物引入手性辅助基团进行不对称合 成,结束后再脱去,类似于保护:
保护
反应
解保护
手性试剂和手性催化剂进行的反应:
手性硼试剂的不对称硼氢化-氧化反应
(R,R)-DIPAMP:
手性配体络合的不对称催化还原反应
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手性分子合成的困难之处是得到单一手性
的纯物质,通过各种手段合成单一的手性
化合物是不对称合成的研究目的
不对称合成的研究内容:
Morrison与Mosher的定义:“底物分子中潜在 手性单元与反应物作用形成不等量立体异构体 的过程”称为不对称合成
制备手性化合物的方法:
第十三章 不对称合成简介
药物及特殊活性化合物 ——手性化合物的合成
13.1 不对称合成的含义
大多数外消旋化合物可直接使用,但药物、 酶和旋光性材料等只能使用单一手性化合 物,因为不同异构体通常有不同的生物活 性,如:
反应停: 外消旋体
有效药物
致畸作用
原因是体内的酶具有单一手性
异构体的性质差别:
辅助基团参与的过程可以是诱导过程,也可以 是控制过程
这些合成都需要消耗大量手性基团,使用普通 试剂,在手性催化剂条件下进行催化不对称反 应是理想的途径
手性催化下的羰基加成:
手性催化剂一般是手性配体的络合物
典型催化方式:
通过手性配体控制金属的配位点,可使金属剩余的 配位点呈现特殊的空间取向,从而导致产物的单一 立体结构
R,S
R(S)
S(R)
原料
原料
ห้องสมุดไป่ตู้产物
产物
无手性因素 的消旋反应
手性因素诱导 的不对称反应
12.3 实现不对称合成的方法
反应得到手性化合物并不难,问题是如何 得到单一手性产物:
没有手性因素存在时,可以得到两种手性产物 的混合,但无法分离
得到纯手性异构体的条件:存在手性因素
单一手性原料通过SN2等反应可得到单一手性产物 手性催化剂、手性试剂参与反应时,使得原料只能
通过手性原料、手性催化剂等进行合成获得单一或 某构型过量的手性产物
通过手性手段拆分对映异构体得单一手性化合物 我们主要关注如何合成手性产物
13.2 不对称合成的简单概念
立体选择性:
反应生成两种或以上的立体异构体产物,其中 仅某种异构体占优势的反应具有立体选择性
如下列还原反应:
据此可选择和改进配体的结构以提高选择性。
不对称羟醛反应:
与羰基加成相似,羟醛反应也可以通过手性底 物、手性辅助试剂、手性催化剂三个方面进行 不对称合成
影响因素与羰基加成类似,能影响烯醇盐结构 的因素都能影响产物结构
不对称环合反应:
环合反应中最重要的是Diels-Alder反应,该反 应遵循Woodward-Hoffmann规则,具有好的 区域和立体选择性
无手性得到一个手性中心
非对映选择的反应则使用de:
单手性增加一个手性中心
高ee或de值是检验反应立体选择性的指标
反应面:
基团按优先顺序为顺时针的为Re面,逆时针则 称为Si面,与R/S构型定义相同
Nu-
Nu-
通过定义Re与Si面可以确定不同的进攻方向:
不对称反应的过渡态
不对称合成反应的原因:手性因素造成过 渡态的能量不同
2001年,威廉·诺尔斯、野依良治因手性催化氢 化方面,巴里·夏普雷斯因手性催化氧化的贡献 而分享了诺贝尔化学奖
一、催化氢化:
最常使用的是C=C体系的还原,利用过渡金属 -双齿膦络合催化剂能获得手性中心:
研究比较多的是烯酰胺、取代丙烯酸和烯丙醇 的还原研究,因为它们的还原产物在具有重要 作用,如阿斯巴甜、L-多巴的催化还原制备
12.4 不对称碳碳键的合成
不对称反应可以按照合成的角度分为构建碳架的 FGA反应与保持碳架的FGI反应
FGA反应增加手性碳是其中最主要的一类反应, 可以按照形成碳架的反应分为:
羰基的不对称加成反应 羰基α-碳的不对称反应 不对称羟醛缩合反应和不对称环合反应
FGI反应则主要包括不对称氢化和不对称氧化
Cram模型的缺陷:
重叠构象,不符合真实分子结构 垂直进攻,位阻较大
Felkin-Anh(费尔金-安)模型:
修正了Cram模型,认为亲核试剂是从最小和 中等取代基之间的位置进攻
改进后,模型的预测准确性大为提高,且进攻 试剂体积越大,预测越准确,体积小则立体选 择性较差
羰基不对称加成——螯合加成: