化学前沿论文

手性化合物的合成四川大学化学学院1手性化合物的研究与展望姓名：王倩学号：2013141231041班级：202摘要：作为本学期有机立体化学课堂补充，同时也为了开拓同学们的视野，让大家对手型合成与手性物质有更深的理解，2015年12月17日，刘小华老师于本学期第十五周化学前沿的课程讲授中为我们讲解了关于不对称合成的研究与展望，此次课主要围绕怎样精准获取手性物质以及手性科学与技术的发展展开，讲述了Sharpless不对称环氧化、不对称Robinson成环等化学反应。而本文主要围绕手性化合物及其性质与应用展开简单讨论。关键词：手性化合物、分离提纯、催化合成、手性色谱柱引言：手性化合物是自然界的基本特征，作为生命活动基础的重要生物大分子物质，如蛋白质、糖类、核酸和酶等几乎是手性的，当今世界所用的化学药物中手性化合物所占的比例达到了60%之多，它们的药理作用是通过与生物体类大分子完美的手形结合完成的，近年来，手性化合物的销售总额也不断增加，由于市场巨大，已经在学术界和工业界掀起了巨大浪潮，获得了国际社会的高度重视！那么，什么是手性化合物呢？手性化合物是指分子量、分子结构相同，但左右排列相反，如实物与其镜中的映体。人的左右手、结构相同，大姆至小指的次序也相同，但顺序不同，左手是由左向右，右手则是由右向左，所以叫做“手性”。也就是指一对分子。由于它们像人的两只手一样彼此不能重合，又称为手性化合物。正文：一、何为手性？当我们伸出双手，双手手心向上时，可以看出左右手是对称的，但是将双只手叠合，无论如何也不能全部重叠，总有一部分是不能重合在一起的；如果我们将左手置于一面平面镜前，手心对着镜子，可以看到镜子里的左手的像和右手手心对着自己一样，即左手的像和右手可以完全重叠。象这样左手和右手看来如同物与像，但又不能叠合在一起，互相成为“镜像”关系，就称之为“手性”。有机化合物是含碳的化合物，一个碳原子的最外层上有四个电子，若以单键成键时，可以形成四个共价单键，共价键指向四面体的顶点，当碳原子连接的四个基团各不相同时，与这个碳原子相连接的四个基团有两种空间连接方式，这两种方式如同左右手，互为“镜像”，也是不能完全叠合在一起的，因此，这样的分子叫做“手性分子”。这种构成手性关系的分子之间，把一方叫做另一方的“对映异构体”。许多有机化合物分子都有“对映异构体”，即是具有“手性”。构成生物体的许多有机化合物都有“手性”。如α-氨基酸，在碳连接有一个羧基、一个氨基、一个烃基和一个氢原子（或一个不同于前边的烃基），这时想将其中手性化合物的合成四川大学化学学院2三个相同颜色的球重叠，但是余下的那个颜色的球总不能重叠。由这些手性氨基酸组成的蛋白质也就与“手性”有密切的关系，因此，生命生理活动中的许多现象与“手性”密不可分。二、如何获取手性物质？A、拆分注意：尽量早一点合成手性中心并拆分，以免浪费更多的原料。缺点：反应的原子经济性不高对策：把不需要的东西消旋，进入下一轮拆分。B、用手性原料合成适用：手性原料价格便宜，容易购买，性质稳定。一般常用L-氨基酸，糖类，生物碱。注意：手性原料是按当量加入的。缺点：适用范围小C、酶催化合成(包括细菌发酵)适用：范围较广优点：在常温常压反应，不污染环境，反应速度快。注意：1.选择合适的酶或菌种.2、注意酶和菌种的储存条件3、控制温度，PH，防止异种细菌污染.免失活.4.废液排放前要注意灭菌.缺点：1.酶或菌种很难选择，很难鉴定.2.条件不易控制.3.酶或菌种不易保存，容易失活.4.反应液往往粘性大，后处理不好进行.因此往往出现反应完全进行但收率不高的情况.5.菌种可能对人体及环境有害，如果操作不当可能会引发疾病流行，甚至一些突变菌种进入自然界引发生化危机.D、手性催化剂催化不对称合成适用：适用于多种天然合成及人工化学合成，如前面我们所提到的Robinson成环以及sharpless不对称环氧化。注意：1.手性催化剂多为配位化合物，选择反应条件时应避免强酸强碱高温高压，以免分解.2.注意原料及试剂不能跟催化剂反应.3.催化剂中心离子往往是重金属及贵金属，反应过程中催化剂可能分解，因此可能造成产品重金属超标，需要严格精制.4.废液排放前要处理重金属.缺点：1.难以找到合适的催化剂.手性化合物的合成四川大学化学学院32.催化剂价格昂贵，由于结构特殊也不好买.有些只能自己制备.3.这种催化剂要求回收，后处理繁杂，且价格昂贵。4.催化剂回收套用几次后可能会出现催化能力下降，只好更换.E、结晶法。向反应体系加入易得的手性化合物，使原料形成特殊的空间构型，进攻试剂及催化剂只能从另一个方向进攻，从而得到高EE%的目标产物.适用：目前适用范围较小注意：1.作为诱导化合物的手性化合物一般结构简单，容易购买.2.一般一类反应的诱导试剂是相同或近似的.例如MANNICH反应常用脯氨酸诱导.3.有时仍需要用手性催化剂，有些只用一般催化剂。可能需要高效的稀土三氟甲磺酸盐催化剂搭配使用。缺点：.一般只能单向诱导.例如能形成R型，但无法形成S型。三、关于手性色谱柱手性色谱法是最重要的手性分离技术之一，不仅可以快速地测定对映体纯度(对映体过量值)，而且也可以用于制备拆分光学异构体。在众多已商品化的手性固定相中，多糖类手性固定相因分离选择性好、柱容量大而被广泛使用。本文探讨了多糖类手性固定相在制备分离中的应用，快速筛选手性固定相(手性柱)和优化流动相条件(醇等调节剂和改性剂)是成功的关键。同时，样品溶解度是影响拆分速度的一个重要因素。可以与其它较便宜的纯化方法(重结晶、化学拆分法)相结合以降低操作的总体成本。手性色谱柱（ChiralHPLCColumns）是由具有光学活性的单体，固定在硅胶或其它聚合物上制成手性固定相（ChiralStationaryPhases）。通过引入手性环境使对映异构体间呈现物理特征的差异，从而达到光学异构体拆分的目的。要实现手性识别，手性化合物分子与手性固定相之间至少存在三种相互作用。这种相互作用包括氢键、偶级-偶级作用、π-π作用、静电作用、疏水作用或空间作用。手性分离效果是多种相互作用共同作用的结果。这些相互作用通过影响包埋复合物的形成，特殊位点与分析物的键合等而改变手性分离结果。由于这种作用力较微弱，因此需要仔细调节、优化流动相和温度以达到最佳分离效果。单一构型手性化合物的获得对于药理和毒理实验的开展是极其重要的。一般可以通过手性合成和手性拆分两种途径来获取单一异构体。各种手性拆分技术中，色谱法因其快速、高效、经济等优势而得到广泛应用。对于液相色谱法手性制备拆分对映体，其步骤大致如下：1)、了解待分离化合物样品结构信息;2)、选择合适的手性固定相(手性分析柱);3)、对所选的分析柱进行筛选，优化色谱条件;4)将分析条件转移到制备柱上，并对放大手性化合物的合成四川大学化学学院4分离条件做最后的调整。5)、开始制备拆分，若条件允许的话，可以自动进样;6)去除溶剂，回收产品。许多情况下，样品因在流动相中没有足够大的溶解度，因而影响单针上样量，更甚至于沉积于制备柱上而无法洗脱。);形成氢键H-、π键或者偶极相互作用的能力;是否有极性官能团(是否含氨基NH2-、羧基-COOH或者既含酸性基团又有碱性基团);手性中心附近有无大取代基;紫外光谱可否检测等。诸如此类的样品结构信息对预判手性分离能力及手性固定相的选择有较大的帮助作用。2)、怎样选择合适的手性柱：由于手性方法是用于制备分离，在选择手性柱时就应考虑柱容量(柱样品荷载量)。从手性固定相通用性考虑，各商品化的手性柱通用性大致顺序为：多糖柱﹥蛋白柱﹥糖肽柱﹥配体交换柱。多糖类手性固定相基于其独特的分子结构特征在手性分离方面显示出卓越的性能，已经广泛用于各种各样手性分子对映体的分析和制备分离。四、未来的方向我国手性化合物市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励手性化合物产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对手性化合物市场的关注越来越密切，使得手性化合物市场越来越受到各方的关注。面对这样一个机遇与挑战，从事化学研究的人员应该抓住机遇、迎接挑战，作为“化时代”的新一代接班人，我们更应不断培养科学精神、增强科学素养，以便全身心地投入科研事业，获取更多的新物质与能源，为全球人类谋福。参考文献及网站：1.手性化合物市场研究报告，编号69689560；2、、、手性化合物的合成四川大学化学学院手性化合物的研究与展望*王倩姓名：王倩学院：化学学院学号：2013141231041班级：202邮箱：[e-mail]