“手性”和不对称催化反应简介及发展
时间：2021-02-05 04:00:52 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要:本文简单介绍了手性的重要性和类型;就不对称催化法合成作简要概述,包括生物不对称催化和化学不对称催化技术,展望了不对称催化反应在高分子化学合成中的发展方向。
关键词:手性生物不对称催化反应
中图分类号:R917文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)06(a)-0221-02
Abstract:This paper has introduced the importances and types of chirality simply,and summarized the synthesis of skew symmetric catalysis,including biologiycal and chemical asmmetriccatalyticreaction technology.The paper also has looked forward to the development orientation of asmmetriccatalyticreaction reaction in polymer chemistry synthesis.
KeyWords:chirality;biologiycal asmmetriccatalyticreaction
1 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,结果分子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。
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,其中,手性催化合成方法被公认为学术和经济上最为可取的手性技术,因而得到广泛的关注和深入的研究。因为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。
未来的合成化学必须是经济的、安全的、环境友好的以及节省资源和能源的化学,化学家需要为实现“完美的反应化学”而努力,即以100%的选择性和100%的收率只生成需要的产物而没有废物产生。
“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。
手性化合物的一个重要特征是,它们能将平面偏振光旋转一个角度。对映体各自使偏振光旋转的能力大小相等,但方向却是相反的。使偏振光朝顺时针方向旋转的称为右旋对映体,引起逆时针方向旋转的称为左旋对映体。对于消旋体,由于组成的对映体(实物与镜像)相互抵消,不会使偏振光旋转,则无光学活性。
手性化合物的两个对映体不仅具有相反的旋光特性,而且还可能具有截然不同的生理活性。例如,日常生活中熟知的抗菌素合霉素,如果是消旋体,则无光学活性。合霉素中起抗菌活性的是其中的一半,即称为氯霉素的左旋对映体。
“手性”是自然界的一种属性。在生命的产生、演变进化这样漫长的过程中,自然界造就了许多分子,手性分子占去了很大的比例。构成蛋白质的氨基酸都是L型氨基酸,多糖和核酸的单糖是D型糖(L和D型是一种表示分子中原子排列的符号,它们是一种对映关系)。目前,这一规律在天然的蛋白质、多糖和核酸中均无例外。虽然产生这种手性的确切机理、起源和过程仍是科学上的未解之谜,但有一点是明确的:这些分子的作用以至于生命过程均与手性有关。这个现象称为“手性识别”。这种识别可比喻为手与手套的关系,右手能套进右手套,而左手就套不进右手套。
“手性识别”对人类的健康非常重要。这可通过手性药物的情况来说明。以前,人工合成的手性药物极大部分是所谓的“右手和左手各占半”的消旋药。而在人体内起作用的也许仅是其中的一半,即其中的一个对映体有药理作用,而另一个对映体少有或者没有药理活性甚至可能有强毒副作用。原因是手性药物的对映体在人体内的生理活性、代谢过程、代谢速率以及毒副作用等方面有差异。
这种例子很多。治疗哮喘病的沙丁胺醇就是一例。它的有效对映体的药理活性要比另一对映体的大80倍。1999年美国食品与药物管理局(FDA)批准了新药“左旋沙丁胺醇”(商品名为Xoperex)上市。该药作为一种带喷雾剂的吸入溶液在治疗和预防哮喘病人的支气管痉挛方面,具有疗效好、副反应小和服药量更小的优点。又例如,L－多巴是治疗帕金森症的药物,作为“前药”摄入病人体内,再由体内的酶将多巴转化为具有药理作用的多巴胺。由于人体内的酶对该“前药”多巴是专一性的,只有左旋的L－多巴能被酶所转化,因此,服用消旋的多巴的话,右旋多巴不被酶所转化,日积月累在人体内沉积下来,势必对病人造成新的危害。
也有一种情况是,如果手性药物的两个对映体的药理活性相当,它们的毒副作用无差别,那就没有必要服用单一对映体的药了。
2 发展
综观20纪90年代高分子手性催化剂的发展过程,不对称合成反应的研究越来越受到人们的重视,它已成为整个有机合成化学的热点和前沿,也代表了21世纪有机合成化学的发展方向。在不对称合成中,最有效最有经济价值的是不对称催化反应,它仅使用少量的手性催化剂便可获得大量的新的光学活性物质因而成为合成手性化合物的非常有用的方法,也是当前不对称合成研究领域重要的研究课题。越来越多的科学化学公司意识到这一方面的优越性和潜在应用前景。高分子手性催化剂具有分离简单和可循环使用等多相催化剂的优点,克服了昂贵的均相催化剂回收困难等缺点,符合当前绿色化工和可持续性发展战略和需要,国际上研究已逐步走向应用阶段,国内一些单位也正在加快研究步伐,可望在21世纪高分子手性催化剂在工业生产手性原料,药物,香料等精细化学品方面得到应用。
绿色化学所追求的目标是实现高效,高选择性(包括化学选择,区域选择,立体选择和对映选择)的化学反应,极少的副产物,实现零排放以达到原子经济性反应。相对于化学量的反应,在金属络合物催化剂存在下进行的高效,高选择性反应更符合绿色化学的基本要求,虽然利用传统的拆分消旋体可以得到单一的手性分子,但是最高的产率也只有50%,另一半异构体只得废弃,污染环境。因此,不对称催化反应更符合绿色化学的要求。低成本、高药效的手性药物开发为不对称催化合成的发展提供了巨大的吸引力,其广阔的市场需求更是不对称催化发展的强劲动力。
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