工业催化期末论文——手性催化研究方向姓名：学院：班级：学号：手性催化研究发展摘要：手性就是物质的分子和镜像不重合性。

手性是自然界的基本属性之一，手性是物质具有旋光性和产生对映异构现象的必要条件。

构成生命体的有机分子绝大多数是不对称的，手性是三维物体的基本属性，如果一个物体不能与其镜像重合，就称为手性物体。

这两种形态称为对映体，互为对映体的两个分子结构从平面上看完全相同，但在空间上完全不同，如同人的左右手互为镜像，但不能完全重合，科学上称其为手性。

人工合成是获得手性物质的主要途径。

外消旋体拆分、底物诱导的手性合成和手性催化合成是获得手性物质的三种方法手性物质的获得，其中，手性催化是最有效的方法，因为他能够实现手性增殖。

一个高效的手性催化剂分子可以诱导产生成千上万乃至上百万个手性产物分子，达到甚至超过了酶催化的水平。

关键字：手性催化催化剂影响引言：我国关于手性催化研究的进程与发展本文介绍了手性催化剂的基本特征，并结合国际上手性催化研究的最新进展，主要回顾了我国科学家近年来在新型手性配体、金属配合物手性催化、生物手性催化、有机小分子手性催化、负载手性催化剂、以及新概念与新方法等方面取得的重要研究进展[4]，并展望了手性催化的未来发展趋势。

一、手性催化的简介手性就是物质的分子和镜像不重合性,如分子具有手性,此物就具有旋光性,手性是物质具有旋光性和产生对映异构现象的必要条件。

有机分子由于具有若干相同组成原子而具有对称性。

(1)旋转对称性,如果一个分子围绕着通过这个分子的一条线旋转一定角度后,结果分的定向和原来的分子一样,则这个分子有一个对称轴。

(2)反射对称性,如果一个分子的所有原子都在同一个平面里,或者一个平面能够通过这个分子,从而把这个分子分为互为镜像的两半,一半反应着另一半,这个分子就有一个对称平面。

(3)中心对称性,如果所有能通过分子的中心的直线在以分子中心等距离的地方都遇到相同的原子,这个分子就有一个对称中心。

(4)象转对称性,如果一个分子围绕着通过分子的轴旋转一定角度,再用一面垂直于旋转轴的镜子反射经过旋转的分子,结果所得构型和原构型一样,这个分子就有一个象转对称轴。

“手性”(chirality,意思是“手征性”),是用来表达化合物构型的不对称性的术语, 它是指化合物分子或者分子中某些基团的构型可以排列成互为镜像但是不能重叠的两种形式。

手性化合物分子中的原子组成相同,但其中的原子三维空间排列不同,从而引起构型相反,互为镜像。

这就好比人手的左右不对称性:右手和左手相互不能重叠,正如同实物和其镜像的关系。

持这种对映关系的一对化合物称为对映体。

由此看来,用“手性”这一术语来表达分子的对映关系显得既科学又形象。

如果这对对映体是等量地混合在一起的,则称之为消旋体。

如果只有一种对映体,则称为单一对映体。

如果在不对称合成反应中生成两个不等量的对映异构体时, 则不对称合成的效率通常用对映体过量百分率（percent of enantiomeric excess即%e.e.）来表示（假设[R]对映体过量），%e.e.又称为旋光收率或光学收率%e.e.=R−[S]×100%R+[S]因此，如果看到有立体选择性，则它一定归因于立体异构产物过渡态之间的活化能之差。

图3在第一种情况中，A2为动力学控制产物，而A1为热力学控制产物；第二种情况中，动力学和热力学控制产物都是A2。

二、影响手性催化工业化的因素近年来手性催化反应的报道越来越多, 但把它们应用于手性化合物的工业生产却是一个复杂的过程, 影响其工业化的主要因素包括：（1）催化剂的效率: 它可以用作用数(turnovernumber) 来表示, 即在100 % 转化率下每摩尔催化剂所能催化反应物的摩尔数。

1996年11月在布鲁塞尔召开的ChiralTech ’9 6 会议上,Spindler认为, 一个工业上可行的催化作用数大概应在20000 -50000之间。

（2）催化剂本身的价值以及起始原料的价格:对于低值产物这一点尤为重要, 如用手性催化方法生产L 一苯丙氨酸只是昙花一现, 因生产成本太高而无法持续。

（3）反应速率和选择性(指化学选择性和立体选择性):选择性和反应速率过低, 则难以工业应用。

（4）反应条件:催化体系对湿度和空气的敏感程度, 同时应避免过高的压力和过低的温度。

（5）催化剂的分离和回收利用问题:手性催化大多是均相催化体系, 催化剂和产物的分离、催化剂的回收利用是其工业化应用必须解决的问题(尤其对于价值昂贵的催化剂来说)。

三、手性技术在工业应用上的发展趋势在20 世纪有机化学的发展中, 最重要的突破之一是不对称催化反应的研究成功。

它作为手性技术应用于合成工业, 尤其是涉及到人类健康和巨大市场需求而崛起的高科技产业—手性药物工业, 备受国际社会的关注, 促使手性催化领域迅速发展。

目前正在开发的药物有80 % 是单一异构体产品。

预计今后几年中, 随着市场经营者大力提高药物效率并缩短药物开发过程, 这一比例还将增大。

跨国市场咨询公司Froet & Sullivan公布了它对全球手性技术市场的最新调查结果。

由于手性药物开发在手性技术方面所占据的独一无二的地位, 可以说, 手性药物工业的发展趋势代表了整个手性工业的发展方向。

（1）市场潜力巨大, 发展迅速法律因素和经济压力是促进手性技术广泛采用的主要动力;另外, 由于分子结构日益复杂, 因而需要越来越先进的检测手段和生产设施, 从而使人们对手性技术的兴趣有增无减; 手性技术的增长机遇主要是在药物行业, 全球手性技术的总收人中, 药物行业所占比例高达81 % 。

（2）手性技术将被大公司所垄断虽然近几年大型企业的数目在减少, 但它们所控制的市场却越来越大, 预计大型的精细化工公司和制药公司将占据越来越明显的统治地位。

( 3 ) 改变经营方式, 外包成主流为了削减盘旋上升的成本并将其资金集中在药物的开发和推销上, 顶级的跨国药物公司正越来越多地把他们的研究开发和生产业务外包出去。

外包方式的普及将进一步推动手性技术的迅速变革。

( 4 ) 美国走在发展前列Froet & Sullivan分地区的考察表明, 美国成功地夺取了手性市场的领先地位,2000年北美地区的销售额占了全球总销售额的60%左右。

到2007年,美国将占有市场总收入的67 % 。

四、我国手性催化的发展和现状我国在手性技术方面虽起步较晚, 但发展却相当快, 主要的基础研究单位是中国科学院的研究所以及几个重点大学, 成都有机所还专门设立了不对称合成联合开放实验室。

1997年8 月6 一7 日, 全国首次“不对称催化学术讨论会”在兰州召开, 国内在该领域有影响的专家参加了此次会议。

专家们分别就手性稀土配合物催化的亚麟酸醋对醛的不对称加成反应、手性氨基酸衍生物为手性配体的合成及其不对称催化反应、手性Schiff碱铜(Ⅱ)络合物催化不对称环丙烷化反应、新型手性胺麟配体及催化剂的分子设计和不对称催化反应、酶工程与有机合成、手性原子簇合物与不对称催化反应、几种自制手性配体及其在不对称催化中的应用及不对称氢甲酞化和氢酷基化反应的研究等作了专题报告。

由本次会议可见, 国内在手性催化方面发展也很快, 主要的配体都已有研究, 而且不对称催化剂的合成、催化反应以及手性催化剂和手性药物的分离技术都已进行了较为深人的研究。

会议还出版了手性催化专辑, 发表在(分子催化)1997 年第6 期上。

中国科学院上海有机化学研究所利用L一( +)一酒石酸二乙酯一钛手性催化剂, 使十三碳烯丙醇环氧化, 光学收率90% 一95%e.e., 再经3 步合成环氧十九烷。

本品的左旋体为一种昆虫性引诱素, 已用于江浙一带农田中虫害的控制。

虽然, 手性技术已引起了政府的重视, 并在国内取得了较快发展, 但在手性化合物的规模化生产上,国内大多采用天然化合物提取和外消旋的化学拆分法, 手性催化工艺几乎是空白, 无论是在基础研究还是工业应用上与发达国家还存在较大差距。

其可能的原因和表现是:（1）我国真正从事手性催化基础研究的人员较少(即使是在重点大学和研究所中), 队伍也不够稳定, 能够坚持在一个方面进行长期深人研究的科研人员并不多;（2）国家对手性催化基础研究的投人相对较少,而国内多数精细化工和医药企业也无力在这方面进行大的资金扶持;（3）科学研究和探索的大氛围尚未形成;（4）缺乏国际水平层次上的合作和交流, 即使是国内的交流也不多;多喜欢跟随国际热门课题跑, 往往不能形成自己的特色, 一些新的想法(但不一定是热门课题) 由于种种原因得不到扶持;（5）先进的仪器几乎全部依赖进口, 由于资金和加工能力上的原因, 自己设计和研制新实验技术和仪器上力量较弱, 在研究和分析方法上常常落后, 因此往往不能取得第一手的最新实验结果, 影响了成果的创新性。

面对手性技术的迅猛发展和我国加人W T O 的挑战, 国内的手性催化工作者应该在基础研究和实用目的两个层面上进行工作, 同时加强与美、日等催化强国的著名科研机构和跨国公司的合作交流, 在重视手性催化剂开发的同时, 还要研究催化剂的重复利用(非均相体系)和产物的规模化分离(手性柱、模拟移动床色谱等方面的研究)技术。

五、结束语在20 世纪的最后十年里, 手性科学受到了科学界的普遍重视, 为此专门创刊了两本学术杂志《手性》(Chirality )和《四面体:不对称》(Tetrahedon:Asymmetry),而且定期分别在美国和欧洲召开一次美国手性(Chiral USA)和欧洲手性(Chiral Europe)国际专题研讨会; 各国政府对于手性技术的的发展迅速作出反应, 如英国政府已将其作为决定投资的技术领域之一, 并加大财力作为对本国精细化学公司全面支持的一部分。

我国对手性技术也十分重视, 国家科委和医药管理局在各自的“九五”计划中, 已立项支持不对称合成和拆分技术攻关; 国家自然科学基金委员会近年来一直优先资助手性科学的研究,1996年国家自然科学基金第一批12个“九五”重大项目就包括“手性化学与手性生物学”。

因此, 我们有充分理由相信, 未来不对称催化研究理论和工业应用必将不断完善和扩大, 更好地造福于21 世纪的人类社会。

参考文献1.戴立信，陆熙炎，朱光美“手性技术的兴起”，《化学通报》，1995, (6), 9.2.黄量，戴立信主编，《手性药物的化学与生物学》，化学工业出版社，2002年.3.林国强，王梅祥主编，杜灿屏，吴镭副主编，《手性合成与手性药物》，化学工业出版社，2008年.4．(a) 林国强，陈耀全，李月明，陈新滋著，《手性合成—不对称反应及其应用》（第三版），科学出版社，2007年。