手性技术与生物催化

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在手性药物中的应用-10

传统化学合成法生成非对映体混合物（RS+SS)，然后用二环己胺成盐后分离得到(S,S)-异构体产物。化学酶法合成法采用皱落假丝酵母将异丁酸立体选择性氧化为（R)-a-甲基-β-羟基丙酸（24），后者与L-脯氨酸缩合再经巯基化可得到（S)-卡托普利（25）。
也可采用假单胞菌脂肪酶或黑曲霉脂肪酶拆分a-甲基β-乙酰硫代丙酸得到（S)-型对映体（26），再经酰氯化及与L-脯氨酸缩合可制成卡托普利。
S O
化学-酶法合成MK0507
二、氧化反应
生物催化的氧化反应可以使分子内非活泼的碳氢键立体选择性氧化，产生特定构型的羟基化产物，这种非活泼氢用化学法很难氧化。
甾体激素的微生物转化是生物催化法在手性合成研究中应用最早和最成功的例子，推动了生物催化的手性合成研究与发展。
1. 甾体类激素利用微生物生物转化制备甾体类药物已有多年的历史。常规化学法很难氧化非活泼碳氢键，但是生物催化法却很容易。
OH COOCH 1.Ta-Cl pyr
3
H 3 COOC
2. (R)-3-羟基丁酸甲酯 >99.5%e.e O S S
S
S
O
S HO 2 S （1） O
S O (6R)OH
S （2）
NH
O 粗糙脉孢菌 S O O (4S,6S)(6S)（3）（4） S O S O （5） MK0507 4步 S O S SO 2 NH 2 . HCl
OMe CF CF
OMe CF
3
OMe
3
3
O
OH N H （2）鲜红色诺卡氏菌 O N H O （3）
O
N H （1）
O
OMe OMe CF CF

手性药物

结晶法拆分又分为直接结晶法拆分和非对映异构体拆分，分别适用于外消旋混合物和外消旋化合物的拆分。前者是在一种外消旋混合物的过饱和溶液中直接加入某一对映体的晶种，使该对映体优先析出；后者是外消旋化合物与另一手性化合物（拆分剂，通常是手性酸或手性碱）作用生成两种非对映异构体盐的混合物，然后利用两种盐的性质差异用结晶法分离之。
种镇痛剂，而左旋丙氧吩则是一种止咳剂，两者表现出完全不同的生理活性。又如噻吗心安的S-对映体是β-阻断剂，而其R-对映体则用于治疗青光眼。
两种对映体中一种有药理活性，另一种不但没有活性，反而有毒副作用。一个
典型的例子是20世纪50年代末期发生在欧洲的“反应停”事件，即孕妇因服用酞胺哌啶酮（俗称反应停）而导致短肢畸胎的惨剧。后来研究发现，酞胺哌啶酮的两种对映体中，只有(R)-对映体具有镇吐作用，而(S)-对映体是一种强力致畸剂。
手性药物
严格地说，手性药物是指分子结构中存在手性因素的药物。通常所说的手性药物是指由具有药理活性的手性化合物组成的药物，其中只
含有效对映体或者以有效对映体为主。
药物的药理作用是通过其与体内的大分子之间严格的手性识别和匹配而实现
的，故不同对映体的药理活性有所差异。在许多情况下，化合物的一对对映体在生物体内的药理活性、代谢过程、代谢速率及毒性等方面均存在显著的差异，常出现以下几种不同的情况。
动力学拆分法是利用两个对映体在手性试剂或手性催化剂作用下反应速度不同而使其分离的方法。依手性催化剂的不同，动力学拆分又可分为生物催化动力学拆分和化学催化动力学拆分。前者主要以酶或微生物细胞为催化剂，后者主要以手性酸、手性碱或手性配体过渡金属配合物为催化剂。
色谱分离可分为直接法和间接法。直接法又分为手性固定相法和手性流动相添加剂法。其中手性固定相法应用较多，已发展成为吨级手性药物拆分的工艺方法。间接法又称为手性试剂衍生化法，是指外消旋体与一种手性试剂反应，形成一对非对映异构体，再用普通的正相或反相柱分离之。

手性诱导反应合成手性药物的重要途径

手性诱导反应合成手性药物的重要途径手性药物是由手性分子构成的，它们具有极高的生物活性和选择性。

由于手性分子的性质与其立体异构体有着重要的区别，合成手性分子成为了药物合成领域的研究重点之一。

而手性诱导反应则是合成手性药物的重要途径之一，通过选择性引入手性诱导剂，可以实现对手性药物的高度不对称合成。

本文将阐述手性诱导反应在手性药物合成中的重要性以及其应用情况。

一、手性诱导反应的基本原理手性诱导反应是一种通过引入具有手性信息的试剂或催化剂来实现不对称合成的方法。

在手性诱导反应中，手性诱导剂通过与底物的相互作用，使得反应具有高度不对称性。

手性诱导剂可以通过多种手段引入，例如手性配体、手性催化剂等。

这些手性诱导剂与底物之间的相互作用会导致形成特定的立体异构体，从而实现对手性药物的不对称合成。

二、手性诱导反应在手性药物合成中的应用手性诱导反应在手性药物合成中具有广泛应用。

以下将介绍一些典型的手性诱导反应。

1. 锁合反应锁合反应是一种常见的手性诱导反应，通过使用手性诱导剂和底物发生键环形成反应，实现对手性药物的合成。

锁合反应可以利用手性诱导剂的特性，选择性地控制反应的立体构型，从而合成特定的手性药物。

2. 亲核加成反应亲核加成反应是一种重要的手性诱导反应。

在亲核加成反应中，亲核试剂与底物发生加成反应，形成手性产物。

通过选择性引入手性诱导剂，可以控制反应的立体选择性，得到所需的手性产物。

3. 金属催化反应金属催化反应是手性诱导反应的另一种重要形式。

在金属催化反应中，手性催化剂与底物形成配位共价键，并催化底物的转化。

通过合理设计手性催化剂的结构，可以控制反应的立体选择性，实现对手性药物的合成。

4. 生物催化反应生物催化反应是指利用酶或微生物催化底物的转化反应。

酶或微生物具有极高的手性选择性，通过选择性引入手性底物，可以实现不对称合成手性药物。

生物催化反应在实际的药物制备中得到了广泛应用。

三、手性诱导反应的优势和挑战手性诱导反应在手性药物合成中具有明显的优势。

生物催化的手性合成

lgP 0.31 0.49 -0.23 -1.14 0.80 1.45
介电常数 — 7.6 20.6 2.2 17.0 5.8
选择率(E) 89 69 142 178 212 518
溶剂与酶活性的兼容性
lgP 与水混溶性
对酶活性的影响
-2.5-0
完全混溶用于亲脂底物,有机溶剂含量为 20-50%时,对酶活性影响较小
N
而得到SQ31765。
• 化学产率为：97%；
H3C
N HCl CH3
• 光学产率为：> 99.9% d.e.
OMe
OH O SQ31765
OMe
OMe
OMe
CF3
CF3
CF3
O N HO
1
OH
N
N
HO
H
2
橙红色诺卡菌
OMe
O
O3
CF3
N
H3C
N HCl CH3
OH O
5 SQ31765
OMe CF3
O-
中具有重要的作用。
L-肉毒碱
• 作为一种功能性食品添加剂， L-肉毒碱已经为世界各国所接受，可以添加于奶粉、运动饮料、老年营养保健食品、减肥健美食品等中。
H CH3
N N
O CH3
Talampanel
O O
O O
3
O O
O2N
CH3 接合糖酵母 O
O
XAD-7
O
1
关键反应步骤
S CH3 OH
2
p-O 2N-Ph-CHO HCl,甲苯
S CH3
O
O
NaOH,空气 O
DMSO/DMF

生物催化-自讲

老师和同学，大家好，我今天要讲的是《手性药物与生物催化》，我主要讲的内容包括3个方面。

分别是，手性药物介绍，手性药物合成方法和手性药物的发展前景。

手性药物：首先，我向大家介绍一下手性分子。

手性分子，是化学中结构上镜像对称而又不能完全重合的分子。

碳原子在形成有机分子的时候，4个原子或基团可以通过4根共价键形成三维的空间结构。

由于相连的原子或基团不同，它会形成两种分子结构。

这两种分子拥有完全一样的物理、化学性质。

但是从分子的组成形状来看，它们依然是两种分子。

（图中所展示的就是手性分子的结构式，它们就像我们人类的手一样左右对称。

）作为生命的基本结构单元，氨基酸也有手性之分。

也就是说，生命中最基本的东西也有左右之分。

人们惊奇的发现，除了少数动物或昆虫的特定器官内含有少量的右旋氨基酸之外，组成地球生命体的几乎都是左旋氨基酸，而没有右旋氨基酸。

我们已经发现的氨基酸有20多个种类，除了最简单的甘氨酸以外，其它氨基酸都有另一种手性对映体！右旋分子是人体生命的克星!因为人是由左旋氨基酸组成的生命体，它不能很好地代谢右旋分子，所以食用含有右旋分子的药物就会成为负担，甚至造成对生命体的损害。

(下面我为大家介绍一个有关的例子，在讲例子之前，先了解一下手性药物。

)手性药物（chiral drug），是指药物分子结构中引入手性中心后，得到的一对互为实物与镜像的对映异构体。

这些对映异构体的理化性质基本相似，仅仅是旋光性有所差别。

分别被命名为R-型（右旋D型）和S-型（左旋L型）、外消旋。

在手性药物未被人们认识以前，欧洲一些医生曾给孕妇服用没有经过拆分的消旋体药物作为镇痛药或止咳药，很多孕妇服用后，生出了无头或缺腿的先天畸形儿，有的胎儿没有胳膊，手长在肩膀上，模样非常恐怖。

仅仅4年时间，世界范围内诞生了1.2万多名畸形的“海豹婴儿”。

这就是被称为“反应停”的惨剧。

后来经过研究发现，反应停的R体有镇静作用，但是S-对映体对胚胎有很强的致畸作用。

神奇的手性现象与不对称催化

神奇的手性现象与不对称催化不知道大家有没有注意到生活中的一个有趣现象，就是无论你怎么摆姿势，都无法将自己的左手和右手重合。

而当你拿一面镜子时就会发现，左手在镜子里的像刚好跟你的右手重合。

我们把这种有趣的现象就叫做手性，即一个物体不能跟自己的镜像重合，我们就说这个物体具有手性。

在自然界中手性现象广泛存在。

例如喇叭花的缠绕方向是手性的，把右旋的喇叭花强行左旋缠绕，它也会自动恢复右旋；动物中的海螺同样是右旋世家，出现左旋海螺的概率是百万分之一；同样，组成我们生命体基本单位的氨基酸同样具有手性，除了极少数生物体内存在右旋氨基酸外，组成地球生命体的几乎都是左旋氨基酸；另外供给人体能量的葡萄糖都是右旋的，绝大多数生物遗传的物质基础DNA也是以右旋方式相互缠绕成的双螺旋结构等等许多例子，由此可见手性是许多物体的一项重要特点。

在化学领域中，手性现象同样广泛存在，而有机分子的手性通常是由不对称碳引起的。

在一个有机分子中，碳原子通过共价键能与四个其它原子或基团相连。

当相连的四个原子或基团互不相同时，就会产生手性，我们称该有机分子为手性分子。

两个互为镜像的手性分子构成一对对映异构体。

互为对映异构体两个手性分子在原子组成上完全一致，许多宏观物理性质如熔点、沸点、溶解性等，甚至许多微观化学反应性能也完全相同。

我们通常是通过手性分子的光学特征对其识别。

例如，如果手性分子所配成的溶液能使平面偏振光按顺时针方向旋转，我们称这个对映体为右旋体，记作（+）或者D；相反能使平面偏振光按逆时针方向旋转的对映体，称之为左旋体，记作（-）或者L。

当等量的对映体分子混合在一起时，不会引起平面偏振光的旋转，我们称之为外消旋体。

手性分子的右旋体和左旋体在生物体内的生理生化性质有时差不多，有时却差别极大。

上世纪60年代前后，很多妊娠妇女通过服用沙利度胺（Thalidomide，反应停）来镇痛和止咳，治疗效果很好。

但是随即而来的是，不少妇女生下的婴儿都是短肢畸形的怪胎。

生物催化技术在手性化合物合成中的应用

表１手性化合物的国际市场情况（亿美元）
产品１９年１９年１９预计２０９７９８９９年０４年平均增长，％
映体的合成。它是近年来有机化学的研究热点，已取得迅速发展。该方法虽然工艺简单，但适用范围有限，因需使用手性试剂、手性催化剂或手性溶剂，成本高，另外因手性催化剂往往含有重金属，在医药上应用受到一定限制。 ③手性色谱分离：需要使用手性色谱分离柱，或使用一般色谱分离柱，采用手性流动相进行对映体分离，其特点是快速，产物纯度高，简便，但处理量
合成的融合和优势互补，生物学家、生物化学家与有
机化学家的合作，促成了新的研究领域酶化学技术（ｈｍｚｍｅｅｈｏｇ）ｃｅｙｃｎｌｙ的形成。ｔｏ
２手性拆分技术
除了天然的手性化合物外，一般化学合成只能制备外消旋体，如果制备手性化合物需采用以下方
法［：３］
对映体，互成镜像，彼此对称而不重合。单一对映体
可使偏振光的方向偏转，故又称光学异构体或光学活性化合物，现在则称为手性化合物。手性是自然界的重要属性，手性化合物的不同对映体表现不同的性质。首先，同一化合物的两个对映体之间不仅具有不同的光学性质，而且具有不同的生物活性，可与其受体以手性的方式相互作用，因此手性已成为生命科学中的一个关键因素。比如在药理上，药物作用包括酶的抑制、药物的穿膜传递和受体结合等
与拆分是制备手性化合物的首选方法。
表２手性化合物制备方法的比较
化成生合和分色法学翼物成拆谱

手性技术

手性技术汪朝阳　(华南师范大学化学系)关键词　手性技术　绿色化学　不对称合成　手性催化　生物技术手性技术不仅与我们的生活中的医药、农药等密切相关,而且对生命起源等问题具有重要的理论意义.本文全面地介绍了手性技术,特别是不对称合成.其中,从绿色化学的观点看,与生物技术有关的各种手段较有前途;而手性催化不仅符合绿色化学潮流而且经济实惠,目前在工业上已被广泛应用,为此2001年诺贝尔化学奖授予了该领域的三位开拓者. 2001年10月10日,瑞典皇家科学院宣布:2001年诺贝尔化学奖一半奖金授予美国科学家威廉・诺尔斯与日本科学家野依良治,以表彰他们在“手性催化氢化反应”领域所作出的贡献;奖金的另一半授予美国科学家巴里・夏普莱斯,以表彰他在“手性催化氧化反应”领域所作出的贡献[1].他们的成就,可以用一个共同的词语概括———“手性催化”.其实,手性催化只是手性技术的一个组成部分.因此,2001年诺贝尔化学奖的授予,充分反应了社会对科学家们从事手性技术研究的肯定.一、手性的重要性手性的概念与不对称密切相关.从原子到人都是不对称的,如人左手和右手不能重叠,而是互为镜像;自然界存在的糖都是D型的,氨基酸是L型的,蛋白质和DNA是右旋的;海螺的螺纹和缠绕植物都是右旋的.因此,我们的世界是不对称的,即手性是宇宙间的普遍特征,是自然界的本质属性之一.在手性环境中,在手性化合物相互作用时,不同的对映体往往表现出不同的性质,甚至有截然不同的作用,特别是医药、农药针对蛋白质、糖、核酸等手性生物大分子的生化作用. 最典型的例子是“反应停”(Thalidomide)[1,2].20世纪50年代中期,德国Chemie G runen Thal公司以消旋体上市Thalidomide,作为镇痛剂用于预防孕妇的恶心.1961年发现,怀孕后3个月服用此药可引起胎儿的海豹畸形.据统计,由“反应停”致畸的案例,全世界达17000例以上,是20世纪最大的药害事件.1979年,德国波恩大学研究人员对该药物进行了拆分,发现是S型对映体具有致畸作用,而只有R型对映体具有镇痛作用.惨痛的教训使人们认识到,药物必须注意他们不同的构型.从此,手性药物的开发引起了人们的注意. 除“反应停”外,其他一些药物也有类似的情况.例如,治疗帕金森症的药物多巴,只有S型(左旋)对映体有效,而R型有严重副作用;治疗结核病的药物Etham2 butol,只有SS型有效,而RR型对映体却会致盲.另外,有些药物不同对映体的药理作用大相径庭,如Propranol2 ol的S型对映体是一类重要的β-受体阻断剂,而R型对映体则有避孕作用.因此,美国的食品与医药管理局1992年提出的法规强调,申报手性药物时,必须对不同对映体的作用叙述清楚[2]. 同样,在农药方面,有些化合物一种对映体是高效的杀虫剂、杀螨剂、杀菌剂和除草剂,而另一种却是低效的,甚至无效或相反.例如,芳氧基丙酸类除草剂Fluazi2 fop-butyl,只有R型是有效的;杀虫剂Asana的4个对映体中,只有一个是强力杀虫剂,另三个则对植物有毒;杀菌剂Paclobutrazol,RR型有高杀菌作用,低植物生长控制作用,而SS型有低杀菌作用、高植物生长控制作用[2]. 手性的重要性也表现在经济方面.自1992年以来,手性药物市场一直快速增长,1999年第一次超过1000亿美元,单一对映体药物销售额达到1150亿美元,比1998年增长16%,占世界药品市场3600亿美元的32%.专家预计,到2003年将达到1460亿美元,以8%的速度增长.在世界最畅销的前100、300、500种药物中,单一对映体药物都达到或超过50%.到2005年,全球上市的化学合成新药中,约有60%为单一对映体药物[3]. 目前,商品化的650种农药中,170余种属于手性农药.其中,年销售额超过1亿美元的有30余种,超过2500万美元的有60余种;高活性对映体成分的手性农药年销售额超过100亿美元,纯手性对映体手性农药年销售额接近30亿,手性农药占全球市场的35%.与手性药物相比,虽然手性农药对光学纯度没有过高的要求,但手性农药工业化规模要大得多,都是在百吨级,甚至千吨・912・级以上.因此,手性农药的商品化特别需要低成本,并适宜于大规模工业生产的手性技术[4]. 手性技术的关键是用简单、经济的方法获得手性化合物,而手性化合物的获得途径有天然手性化合物的提取与半合成、外消旋体的拆分和不对称合成等三种,并且各自有不同的特点.现在,绿色化学已经成为势不可挡的潮流[5],并且已经初具雏形[6],因此用绿色化学的观点进行思考,有利于我们看得更深更远.二、天然手性化合物的提取与半合成在早期,手性化合物主要靠从自然界进行提取.这类手性化合物主要是天然存在的氨基酸、糖类、羟基酸、萜类、生物碱等及它们的衍生物.目前,它们中的不少已经投入了工业化生产.提取的优势是方法简单,但是总体而言,它们的种类有限,或者可以提取的原料不足,最终难以满足人类的需求.因此,人们在提取的基础上,借助于先进的生物栽培技术,开发了手性化合物获得的半合成途径.这方面一个近来引人注目的例子是抗癌药物紫杉醇的获得[7]. 紫杉醇最早是从生长在美国和加拿大的一种紫杉———短叶红豆杉的树皮中提取得到的.在1958～1980年间,美国国家癌症研究所(NCI)在国内组织各方面力量对35000种植物进行抗癌活性的筛选工作.1963年,Wa2 ni等首先提取出纯的紫杉醇,并测定了它的化学结构. 1971年,初步临床试验结果发现,它具有特殊的抗癌活性,其抗癌作用机制与其他抗癌药不同.后来的研究证明,紫杉醇是20世纪80年代以来发现的最重要的一种抗癌药. 然而,其来源却十分困难.这种树生长极为缓慢,一棵百年老树的树干直径仅6英寸(约15.4cm).从每棵树上一般只能剥得2.5kg左右的树皮,而1kg干的树皮仅能提取到50～100mg的紫杉醇.NCI曾经作过估计,用紫杉醇为一名病人治病,就需要砍掉三棵紫杉.1991年NCI 决定从紫杉树皮中提取25kg纯的紫杉醇为12000例癌症患者进行临床试验,这个计划意味着生产者需要从30000棵紫杉上剥树皮.因此,一旦此药大量使用,势必会造成这一树种的灭绝.事实上,这种担心绝非多余,我国西南地区、东北地区也有红豆杉生长,但自从传出其可以提取出紫杉醇的消息后,云南等地红豆杉的盗砍十分严重,使该植物资源几乎绝迹.但幸运的是,人们发现,紫杉的叶中可以提取出合成紫杉醇的原料,因此可以通过提取后的半合成而得到紫杉醇.在国内,人工繁育紫杉醇在黑龙江已经取得了成功.目前,虽然紫杉醇的实验室人工合成已经于1994年完成,但关于紫杉的栽培和紫杉醇的提取、合成、性能等仍是科学家们研究的热点之一.三、外消旋体的拆分获得手性化合物的第二个重要途径是外消旋体的拆分.因为被拆分的外消旋体大多是通过人为的反应得到的,因此外消旋体拆分的方法使手性化合物的来源扩展到全人工合成的领域,解决了提取原料不足带来的手性化合物来源有限的问题.依拆分方法的不同,外消旋体的拆分可分为物理、化学和生物手段三大类.1.物理拆分法物理手段的拆分包括晶体机械分离、播种结晶和圆偏振光照射等方法.其中,机械分离和圆偏振光拆分法适用的范围很小而应用价值不大,但是前者对外消旋酒石酸的偶然成功,对手性、立体化学、有机化学等研究有着不可磨灭的历史贡献[8]. 在以葡萄汁酿酒的过程中,酒石酸的盐酒石酸氢钾由于难溶于乙醇,便逐渐以细小的结晶析出,古代将这种附着在酒桶上的沉淀叫做酒石,酒石酸因而得名.法国是葡萄酒的故乡,因此很早法国科学家就对酒石酸进行了研究.1801年开始,科学家们发现:水晶晶体显示半面现象,晶体的某些小平面排列为不可重合的物体,这些物体具有实物与镜像的关系(以上两点也就是今天手性的基本含义);并且,水晶晶体可以引起偏光效应,有的左旋,有的右旋,甚至一些有机物也如此(实际上这是手性的基本特征之一). 1846年,法国著名科学家巴斯德(Pasteur)发现了酒石酸具有旋光现象.1848年,巴斯德将酒石酸钠铵的水溶液慢慢蒸发,左旋的对映体和右旋的对映体便分别结晶形成较大的晶体颗粒,并表现出与水晶相似的显著的半面现象.借助放大镜,巴斯德能够用镊子把那些不同的晶体分开,从而进行单独的旋光性研究.巴斯德的这次成功研究,为有机化学里程碑式的发展,奠定了坚实的实验基础,最终导致了1874年立体化学的诞生.后人的研究表明,当年巴斯德在巴黎进行这一工作时非常幸运,温度低于27℃,否则就得不到酒石酸钠铵的外消旋混合物,或两种对映体的晶体无明显的差别,从而无法用机械的方法进行拆分. 播种结晶方法就是在外消旋体溶液中,人为地加入一种对映体,让其诱导溶液的该组分结晶,从而达到分离不同对映体的目的.目前,由于该方法简单易行,因此・22・在工业上仍有应用,但关键是先要得到晶种.其实,圆偏振光拆分也是一种诱导法,只不过是用圆偏振光为“晶种”.2.化学拆分法外消旋体拆分中最常用和最重要的化学拆分法是形成非对映体分离法,即将对映体与一些手性试剂反应,生成非对映体,利用非对映体物理性质(如溶解度、熔点等)的不同,将非对映体分离后,再通过适当的反应恢复各自的对映体.该方法不仅对外消旋混合物适用,也适用于外消旋化合物,因此范围比机械拆分法要广.不仅如此,形成非对映体分离法也可以使两种结晶性能相近对映体分离,并可以解决播种结晶法中某些“晶种”缺乏的困难,因此也比播种结晶法等的适用范围广.由于具有超过物理拆分法的一些优越性,因此形成非对映体分离法在工业生产上仍有应用. 但是,形成非对映体分离法也存在需要消耗较多的手性拆分试剂等问题,因此人们把手性拆分试剂固定在不溶性物质上作为色谱柱的固定相,开发了手性色谱柱分离法.该方法中,被拆分物质以不稳定的键合作用与固定相结合,通过固定相的手性基团与被拆分外消旋体中两个对映体亲和力的不同而分离,因此可以免去形成非对映体分离法中连接和去除手性试剂的两步反应.同时,由于色谱柱种类繁多,色谱方法操作简单,因此手性色谱柱分离法成为外消旋体拆分中的研究热点,其关键是选择适宜的手性试剂作为固定相. 近来,化学拆分法中的动力学拆分特别引人注目.由于手性化合物之间的反应速度不同,因此可以利用外消旋体中一个反应快、一个反应慢的特点,当外消旋体反应到一定程度,即其中快的接近反应完成时,停止反应进行分离,可以得到高光学纯度的未反应的对映体,而已经反应的对映体往往也可以得到高纯度的产物.该方法实际上是不对称合成的孪生兄弟[9],既拆分又发生手性反应,一举两得,因此很有前途.3.生物拆分法生物拆分法是用酶、微生物、细菌等广泛的生物手性物质与外消旋体作用而进行的,它具有专一性强、拆分效率高、生产条件温和等优点.目前,生物拆分法,尤其是酶催化的动力学拆分,是手性分离技术的研究热点之一,是化学与生物研究的结合点之一.四、不对称合成外消旋体的拆分一般只能利用合成反应中的一半,且大多有工作量大等不足.因此,人们又在合成外消旋体后拆分的基础上,发展了获得手性化合物的第三个途径———不对称合成.简单地说,不对称合成就是采取某些方法,使反应生成的两个对映体中一个过量,甚至全部为单一的对映体,从而避免和减少拆分过程.某单一对映体的过量情况,可以用e.e.%来衡量,e.e.%越高,则不对称合成的效率越高.从绿色化学的角度出发,高效的不对称合成有利于节约资源,提高原子利用率.因此,不对称合成是手性技术发展的主流方向.1.绝对不对称合成依据采用手段的不同,不对称合成也可以分为物理方法、化学方法和生物方法三类.物理方法即在化学反应中,采用圆偏振光照射反应体系而进行诱导,产生手性物质的方法.由于其在反应体系中没有引入任何具有手性的物质(一般称之为手性源),而以非分子的不对称源促进不对称合成反应的发生,故被称为“绝对”不对称合成.但是,用圆偏振光诱导方法所得主要产物的e.e.%很低,因此这方面的研究仍处于纯理论研究的状态中.然而,研究绝对不对称合成的意义,目前并不在于其应用价值,而是在于探讨一个涉及生命起源的问题:在自然界中,最初可能出现的一些不对称合成是怎样发生的?与物理方法相对而言,采用化学方法和生物方法的不对称合成可以称为相对不对称合成.2.化学方法诱导的不对称合成 (1)化学计量的手性化合物诱导的不对称合成化学方法诱导的不对称合成,就是人们常说的不对称合成.最早的不对称合成,可追溯到1890年E.Fischer 对糖类的合成.但有关学者认为,不对称合成技术的开始应从1944年算起.1944～1980年间为第一代,其合成技术的特征是,化学家们利用反应原料(亦称底物)中的手性因素去诱导新的手性中心产生.有机化学中的Cram 规则,就是因此类型而提出的.底物诱导的不足之处是必须存在原有的手性中心,因此不适合于底物为非手性的情况.鉴于此,人们提出许多新的办法解决非手性底物的不对称合成问题. 最早的办法是引入手性助剂.所谓手性助剂,就是一些有手性的化合物或基团,在反应前被引入非手性底物中去,使反应原料具有手性而进行诱导,在反应结束后它们又从反应产物中解离下来.因为在整个不对称合成反应中,它们只是辅助底物进行诱导,故名助剂.一个理想的手性助剂,需要具有三个条件,即诱导效果良好、“能上能下”、廉价易得.这种“过河拆桥”的方法,就是第・122・二代不对称合成技术.很明显,寻找合适的手性助剂是关键.但是,不论手性助剂多么理想,都存在操作上的不便,甚至出现“请神容易送神难”的问题,更何况理想的手性助剂本身就不多. 针对手性助剂的困惑,科学家们提出了一种“一劳永逸”的方法,来解决非手性底物的不对称合成问题,这就是1987年以后的第三代不对称合成技术———使用手性试剂控制.所谓手性试剂,就是引入了一些手性化合物或基团的试剂.由于手性基团的存在,改性后得到的手性试剂在进行正常反应的同时,也实现了手性诱导.目前,手性试剂诱导已经成为化学方法诱导中最常用的方法之一,特别是在手性负氢试剂对非手性酮的还原、手性硼烷对烯烃的加成等不对称合成反应中,并且e.e.%都高达90%以上,甚至100%. (2)催化量的手性化合物诱导的不对称合成尽管手性试剂已经比较理想,科学家们仍然精益求精,最终开发了第四代技术———使用手性催化剂来控制不对称合成,目的是降低成本,更易于工业化.这是因为,在上述的三代不对称合成技术中,手性化合物都需要使用化学计量的,而使用手性催化手段后,可以使手性化合物的需要量大大降低,这就是催化剂的魅力.正因为如此,该领域的研究最吸引人、最激动人心,也取得了最辉煌的成就,并且已经有了工业化规模应用. 例如,广泛应用于食品、医药、化妆品等行业的天然左旋薄荷醇,可以由月桂烯工业化合成,关键步骤是手性催化的烯丙基胺异构化,这是手性催化应用中的显著成果之一.现在全球每年一大部分左旋薄荷醇产品由该合成方法提供,其中日本T akasag o公司用该法年产薄荷醇和其他萜类产品达1500t.又如,左旋多巴是目前治疗帕金森症(震颤麻痹症)的主要药物,它能通过血脑屏障进入脑中,经多巴脱羧酶转化成多巴而发挥作用,服药后能明显改善震颤麻痹症的肌肉僵直和运动障碍等症状,使面部表情好转,步态变灵活,发言困难减轻,目前也已经通过手性催化剂的不对称氢化而工业化合成,其中就有2001年诺贝尔化学奖得主之一的威廉・诺尔斯不可磨灭的贡献[1]. 农药方面,使用手性催化剂的不对称催化,也给人类带来了福音.舞毒蛾引诱剂右旋Disparlure是一种生态农药(生态农药是符合绿色化学潮流的绿色产品),早期已经有多种方法合成,但价格昂贵(1000英镑Π克).1980年,巴里・夏普莱斯(Sharpless)(2001年诺贝尔化学奖得主之一)发现了一种通过手性催化使烯丙醇环氧化的方法(后来被命名为Sharpless反应),该方法的e.e.%高达90%以上.科学家们马上利用Sharpless反应对舞毒蛾引诱剂右旋Disparlure进行工业化生产,使其价格猛降到100英镑Π克. 在手性催化剂控制的不对称合成中,使用低光学纯度的手性源物质,得到高光学纯度的手性产物的现象,被称为不对称放大.这方面2001年诺贝尔化学奖得主之一日本科学家野依良治做出了重要的贡献.对地球上生物分子的手性起源问题有许多学说,在这些学说中,往往存在一个共同的症结,即最初由某一原因而造成的两对映体比率的极微小差别是如何演化成今天这个地步的.这也就是要求有一种不对称放大的机制存在.因此,“试管”中不对称放大的发现,并对其机理的研究,对于解释上述手性起源问题,乃至揭开生命的奥秘,可能具有深远的意义[10]. 近来,手性催化剂控制的不对称合成中,一个有趣的现象是不对称自动催化,它是指由不对称反应生成的手性产物自身作为催化剂的反应过程.在这类体系中,手性催化剂和手性产物是相同的,反应结束后不需要分离催化剂,将会使不对称合成更为方便和经济.因此,有人认为,不对称自动催化将成为新一代的不对称合成技术.同时,在不对称自动催化中,从e.e.%很低的手性产物开始,可以形成高e.e.%的产物,因此它也可能与手性起源有关[11]. 总之,从绿色化学看,手性催化剂控制正是催化方法与合成化学的联姻,在工业应用领域,将继续具有远大的前景.同时,对于手性起源、生命起源等重大的理论领域,手性催化剂控制的研究也很有意义. (3)其他化学方法诱导的不对称合成化学方法诱导的不对称合成除上述控制方法外,也有使用手性溶剂控制的不对称合成.但是,相比之下,手性溶剂控制方面的进展很小,实验数据有限,e.e.%较低,因而应用价值也很小. 另外,随着研究的深入,化学方法诱导的不对称合成,也已经从单不对称诱导(仅含一个诱导因素),发展到双不对称诱导(含有两个诱导因素).由于诱导因素的多样性(手性底物、手性助剂、手性试剂、手性催化剂、手性溶剂),因此两个因素的组合(包括同一类因素间的组合)将为化学方法诱导的不对称合成提供更多的选择.目前,双不对称诱导中研究较多的是Diels-Alder反应, Diels-Alder反应本身是绿色化学中一个原子利用率为100%的典型反应,因此该领域的研究值得深入.3.生物方法诱导的不对称合成微生物和酶,都可以作为生物手段而应用于不对称合成.在工业上,已经利用微生物法合成具有手性的物・222・质,如具有重要生理作用的药物、可作食品抗氧化剂的L -抗坏血酸,以及用作治疗风湿性关节炎、气喘及皮肤病的甾类药物可的松等.酶的应用价值是不言而喻的,但是在生物体外活性要受反应溶剂的影响,且要求酶具有较高的稳定性,此外酶本身的种类也有限.因此,近来人们利用生物上的单克隆抗体技术,开发了具有类似高性能的催化抗体,也可以作为手性催化剂进行不对称合成.五、结　语手性技术的研究,不仅与我们生活中的医药、农药等密切相关,而且对生命起源等问题的探索具有理论上的指导意义.获得手性化合物的途径有很多,这些手性技术分别与物理手段、化学手段和生物手段相结合.其中,生物方法进行拆分或不对称合成不仅选择性高,而且从绿色化学的观点看,利用生物技术具有能量与环境保护等方面的巨大优势,因此有关的各种手段较有前途,化学家和生物学家在手性技术方面进行合作很有必要;而化学方法诱导中的手性催化,不仅符合绿色化学潮流,而且经济实惠,现在和将来在工业上都有广泛的应用,其研究的理论意义也很深远,2001年诺贝尔化学奖的授予将会更加激励科学家在该领域努力工作,取得更多的突破.(2002年1月25日收到)汪朝阳　博士生,副教授,华南师范大学化学系,广州5106311　廖春阳,孙立力,李声时.自然杂志,2001;23(6):3492　戴立信,陆熙炎,朱光美.化学通报,1995;(6):153　王普善,王宇梅.精细与专用化学品,2002;(1):34　郑卓.精细与专用化学品,2001;(23):35　汪朝阳.化学通报(网络版),2001;64(2):W0216　Clark J H,Lancaster M.自然杂志,2000;22(1):17　张德和.化学通报,1993;(8):248　林国强,陈耀全,陈新滋等.手性合成———不对称反应及其应用.北京:科学出版社,2000:19　苏镜娱,曾陇梅.有机立体化学.广州:中山大学出版社,1999:95 10　王宗睦.化学通报,1992;(10):111　刘纲,马红敏,邵瑞链.化学进展,2001;13(3):198ChirotechnologyWang Zhao2yangPh.D.Candidate,Associate Pro fessor,Department o f Chemistry,South China Normal University,Guangzhou510631K ey w ords　chirotechnology,green chemistry,asymmetric synthesis,chiral catalysis,biological technology外来有害生物入侵性传播灾害和治理方法的研究3白希尧　白敏冬　杨　波　周晓见　(大连海事大学环境工程研究所)3国家自然科学基金项目(N o:699010001)、国家自然科学基金重点项目(N o:60031001)关键词　生物入侵　船舶压载水　羟基自由基外来有害生物入侵性传播是海洋四大威胁之一,船舶排放压载水是造成有害生物传播的最主要途径,对此至今尚无一种有效的处理方法.采用高频脉冲大电流气体强电离放电方法,把高密集度氧、水分子离解成高浓度羟基自由基OH以及其他活性粒子,具有广谱、快速、低浓度致死有害入侵生物的特性.它将成为治理外来生物入侵有效、廉价、无残留物的绿色新方法.一、引　言外来有害生物入侵性传播已被世界环保基金会(GEF)认定为海洋面临的四大威胁之一[1].船舶排放压载水是造成地理性隔离水体间的有害生物传播的最主要途径[2-5],每年全球船舶携带的压载水大约有100亿吨,一艘载重10万吨货船携带的压载水量达到5万～6万吨,平均每立方米压载水有浮游动植物1.1亿个[2,3],每天全球在压载水中携带的生物就有3000～4000种[6],它们以不同方式生活在压载水中.由于货物运输经济效益的驱使,船舶航行速度加快,进而加剧了那些有害的外来生物物种的存活与传播,对港口水域的生态平衡和居民健康造成了严重危害. 20世纪70年代北美水母(combjelly)侵入黑海,嗜食浮游生物、鱼卵及鱼苗,给凤尾鱼和鲱鱼养殖业带来了・322・。

酶促合成手性化合物技术及应用展望

酶促合成手性化合物技术及应用展望手性化合物是现代有机化学研究中的重要分支, 它们具有不对称结构特征, 可以同时存在两种或多种同分异构体。

在医药、农药、食品、香料、材料科学等领域具有广泛的应用前景。

然而，手性化合物的制备一直是有机合成化学中的一个难题。

传统的化学合成方法通常需要大量的试验以及复杂的化学步骤，且易引发环境问题。

近年来，酶催化合成手性化合物的技术取得了长足的进展，成为一种可行的制备手性化合物的方法。

酶是一种生物催化剂，具有选择性高、底物特异性强以及反应条件温和等特点，可以实现手性产物的高选择性。

酶催化合成手性化合物的技术是利用酶作为催化剂，通过底物与酶之间的特异性作用，使底物在酶的催化下发生手性选择性的转化反应，最终得到手性化合物。

常用的手性反应包括不对称还原、不对称氧化、不对称酯化、不对称酰胺等反应。

酶催化合成手性化合物的主要优势包括高度的立体选择性、环境友好、容易分离底物和产物、反应条件温和等。

与传统的化学方法相比，酶催化合成手性化合物的步骤较少，减少了试剂和废物的使用，提高了反应的选择性和效率。

随着酶催化手性化合物合成技术的不断发展，其应用领域也在不断扩展。

在制药领域，酶催化手性合成已经成功用于合成多种药物分子。

例如，利用酶催化反应可以合成高性能药物如那必利、舍曲林、多西他赛等，这些药物在临床治疗方面具有重要的意义。

在农药领域，酶催化手性合成可以用于合成高效、低毒的农药分子，从而提高农作物的产量和抗性。

在食品工业中，酶催化合成可以合成天然食品添加剂，如氨基酸和甜味剂，从而提高食品的品质和营养价值。

在香料和化妆品工业中，酶催化合成可以合成高纯度、高稳定性的香料和化妆品成分。

此外，酶催化手性合成还可以用于合成具有特殊功能和特殊结构的手性化合物，如手性催化剂和手性液晶等。

然而，酶催化手性合成技术仍然面临一些挑战和限制。

首先，生物催化反应的速度通常比较慢，需要较长的反应时间。

其次，酶催化反应受到生物催化剂的稳定性和底物特异性的限制。

分子手性的控制及其生物学功能研究

分子手性的控制及其生物学功能研究作为生命体系的基本单元，生物分子的手性对于生物学过程的影响非常重要。

手性是指分子的空间构型无法重合的镜像等效物，即左右手取向的不同性质。

手性分子在生物学中广泛存在，例如葡萄糖、核酸、氨基酸等。

在这些分子中，手性决定了生物分子的功能、相互作用以及生化反应等行为。

因此，针对分子手性的控制及其生物学功能研究是一个重要领域。

分子手性控制的方法目前，对于手性分子的制备和控制方法十分丰富。

其中，手性催化和手性分离是两种重要的手性控制方法。

手性催化是指对于不对称反应中的催化反应，手性配体可以引发具有特定手性的产物。

该方法的优势是产物的纯度高，手性化学品的产量大且反应条件温和。

手性分离则是指通过某种手段分离不同手性的分子。

它可以通过手性色谱和手性晶体等技术对手性混合物进行分离，是手性控制的有效手段。

不同手性分子对于生物学的影响生命体内最为典型的手性分子是氨基酸。

天然氨基酸中，L型氨基酸比D型氨基酸更普遍。

因此，在绝大多数生物分子中，手性氨基酸都是L型。

在合成药物中，对手性混合物的分离和控制也非常重要。

例如，镰状细胞贫血症的治疗药物“戈达尔”就是左旋异构体；而普通感冒药‘伊布布前列’中右旋异构体会带来不良反应。

分子手性与生物学过程分子手性在生物学过程中扮演着重要角色。

例如，我们知道生物的左右对称性往往是破缺的，这是因为生物分子一般是单手性的。

在井然有序的生物体内，左右手生物分子发挥的生物学功能通常相同，但在外界介质中或用于生物组织外来物质之间，由于分子间的非共价作用的逆手性，两个对映异构体的生物学功能可能会大不相同。

最近一些研究显示，分子手性的不同还可能会导致生物学过程中的多种生物学效应，这些效应既可以是有利的也可以是不利的。

例如，在一些蛋白质酶（如丝氨酸蛋白酶和蛇毒酶等）中，只有正确的手性分子才能导致有效的催化反应。

此外还有，部分超分子聚合物由于其手性的不同而有着长距离传输电荷的功能。

生物催化原理与应用在手性药物合成领域的进展

生物催化原理与应用在手性药物合成领域的进展生物催化原理与应用在手性药物合成领域的进展 1.生物催化的特点生物催化是指利用酶或者生物有机体作为催化剂进行化学转化的过程，又被称为生物转化。

生物催化反应具有高度的化学、区域和立体选择性，应用生物催化不对称合成技术生产手性药物可获得的产物光学活性纯度高，产率高，有些可达100%[1] 。

微生物是生物催化中常用的有机体催化剂，本质是利用微生物细胞中的酶催化非天然有机体化合物的生物转化，转化液经分离纯化可得所需产品的过程[2] 。

自然界中微生物种类繁多，含酶丰富，因此利用微生物可进行多种生物转化反应。

微生物生物转化反应具有选择性高，尤其是立体选择性高的特点，可顺利地完成一般化学方法难以实现的反应；反应条件温和，尤其适用于不稳定化合物的制备。

微生物生物转化既可以采用游离的细胞，也可以使用固定化细胞作为催化剂进行转化。

到目前为止，微生物生物转化法已在一些有机酸、抗生素、维生素、氨基酸、核苷酸和甾体激素等方面实现了工业化生产[3] 。

生物催化技术能够大大地增加衍生物的多样性，能够有效地对复杂产物进行结构修饰和从简单的分子构建新的化合物库，在此过程中，往往能够发现新的生理活性物质。

利用生物催化发现先导化合物的优越性在于：①可能进行反应的范围广；②能够定向进行区域选择和立体选择；③不需基团保护和脱保护，一步实现所需的反应；④在温和和均一的条件下可容易地实现自动化和一步反应的重现性；⑤温和的反应条件保证了复杂易变的分子结构的稳定性；⑥高的催化活性可以降低催化剂的用量；⑦酶的固定化可以使催化剂反复和循环使用；⑧生物催化剂可在环境中完全被降解。

生物催化过程一般无污染或污染较少、能耗相对较低，是一种环境友好的合成方法[4]。

2.手性化合物的认识与发展手性是自然界物质的基本属性，构成生命有机体的分子都是不对称分子，生命中普遍存在的糖为 D 型、氨基酸为L 型、DNA 的螺旋构象和蛋白质都是右旋，并且生命体内许多内源性化合物，包括与药物发生药动学和药效学相互作用的天然大分子都具有手性。

手性化学合成技术的发展现状

手性化学合成技术的发展现状手性，就是分子在空间中的立体构型，如左右手的区别。

手性分子在化学和生物学中非常重要，因为它们具有不同的化学和生物活性。

这是因为生物体中的酶和受体通常只能识别其中一种手性分子，因此，生命体系的化学反应必须具有高度的手性选择性。

手性化学合成技术是指制备或合成手性分子的化学方法和技术。

手性化合物广泛应用于医药、农药、香料、精细化工、光电材料等领域。

手性化学合成技术的发展对新药研究及应用、医药品质控制与药效评价、环境保护、生命科学、材料科学和能源领域等都有广泛的影响与重要作用。

从理论上讲，合成纯粹的手性化合物很容易，但在实际应用中，合成纯合物并不容易，因为手性化合物通常非常难分离。

自1960年代以来，大量有关手性化学合成技术的研究工作，已开发出多种新型的手性化合物的合成方法和技术。

为了使读者了解手性化学合成技术的发展现状，下面将简要介绍一些现代手性化学合成技术的发展。

一、手性催化合成技术手性催化合成技术是指利用手性催化剂进行手性选择的合成方法。

催化剂一般是光学活性化合物，如手性有机酸和胺等。

催化剂在反应过程中会产生手性中间体，从而实现手性选择性。

手性催化合成技术具有单步合成、开发方便，且反应操作简单等优点，已经成为手性合成技术的主要方法之一。

二、手性多相催化合成技术手性多相催化合成技术是一种基于固体多相催化体系的手性选择性合成方法。

多相催化剂一般采用手性多孔材料或对称二次代谢产物等，并通过吸附或表面反应实现手性选择性。

手性多相催化合成技术具有环境友好，可重复使用，还可以减少工艺生产中出现的反应副产物等优点，是绿色合成技术的典型代表。

三、手性DNA催化合成技术手性DNA催化合成技术是一种基于人造核酸的手性选择性合成方法。

这种方法是利用手性核酸分子（如外切酶分子和外切酶-mimic分子等）的手性选择性催化反应，实现对选择性手性分子的优美性。

手性DNA催化合成技术具有反应条件温和，合成手性选择性高，反应速度快等优点，并具有非常重要的应用潜力。

手性化学在生物化学中的应用

手性化学在生物化学中的应用手性化学是研究分子镜像对称性质的分支学科。

手性物质是指分子中不对称的中心有两个以上的不同的立体异构体。

这种截然不同的分子结构，可以产生截然不同的化学、生物活性和药理效果。

因此，手性化学在生物化学中的应用非常广泛。

1. 药物研发正常情况下，手性分子的物理化学性质都是一样的，但是它们对生物体内的反应会产生不同的影响。

这也就是为什么现在的药物研发中越来越注重研究和应用手性化学。

举例来说，市面上的口服药片中，有很多是手性药物，而这些药物的活性是非常受它们的立体异构体分布所影响的。

比如，现在流行的左旋多巴，我们通常都只加它的左旋体，而不加它的右旋体。

2. 食品添加剂在食品添加剂市场上，手性化学的应用也是十分广泛的。

举个例子，我们常见的阿司匹林就是包含左旋异戊烯基水杨酸这种手性分子的药物。

而对于某些防腐剂、甜味剂、色素等，有些必须使用手性分子，才能使它们成功地发挥出它们的功能。

3. 生物大分子的组成在生物大分子的组成中，手性化学也是不可避免的。

常见的有蛋白质、核酸等。

例如，世界上最著名的药物DNA就是由脱氧核糖核酸组成的，而DNA中的核苷酸都是由糖和碱基这两部分组成的，其中的碳原子都是手性中心。

由于长时间内的生物进化，我们也可以发现，生物界中含有的手性异构体在一些情况下是具有不同的功能和选择性的。

4. 酶的构建酶是一种超级催化剂，在生物学上起着十分重要的作用。

而酶的构建中，手性化学也是一个不可缺少的组成部分。

酶通常具有手性特异性，即优先作用于一种立体异构体，而不与另一个立体异构体反应。

这通常受到酶本身分子的手性结构的影响，也可以通过人工创建有手性的酶来发挥作用。

总结来说，手性化学在生物化学中的应用十分广泛。

从药物研发到食品添加剂，从生物大分子组成到酶的构建，手性化学都起到了至关重要的作用。

这也为我们更深刻地认识手性化学的意义提供了依据。

有机合成中的手性识别技术

有机合成中的手性识别技术有机合成是一门重要的化学科学，广泛应用于药物合成、农药合成、材料合成等许多领域。

其中一个关键的问题是手性识别技术，因为许多有机化合物具有手性，而手性对于化学反应的影响非常重要。

本文将从手性的概念入手，介绍有机合成中的手性识别技术及其应用。

一、手性的概念手性是描述分子非对称性的概念，指的是分子或物体无法与其镜像完全重合。

根据手性的性质，分子可分为两种类型：手性分子和非手性分子。

手性分子又可进一步分为左旋体和右旋体，它们的镜像不能通过旋转或平移可以重合。

手性非常常见，例如天然界中的氨基酸和糖类都是手性的，而非手性分子则是它们的酸或醇对应的化合物。

二、手性识别技术的重要性手性对化学反应的影响非常大，同分异构体的手性化合物在性质上可能截然不同，有时候仅仅一个手性原因就能导致药物的疗效差异。

因此，在药物合成、农药合成等领域，正确识别手性非常重要。

此外，手性的药物合成需要合成目标化合物的特异性，避免对身体造成不必要的副作用。

因此，手性识别技术的发展对于有机合成具有重要的意义。

三、手性识别技术的发展1. 光学方法光学方法是目前应用最广泛的手性识别技术之一。

通过测量分子对圆偏振光的旋光性质，可以精确地确定分子的手性。

常用的光学方法包括旋光度测定法、紫外光旋光谱法、红外光旋光谱法等。

这些方法简单易行，无需特殊仪器设备，非常适合实验室的手性分析。

2. 核磁共振（NMR）方法核磁共振方法是另一种常用的手性识别技术。

通过分析手性分子在核磁共振光谱中的差异，可以确定分子的手性。

这种方法对于分析液态样品非常有效，尤其适用于手性药物的合成研究。

3. 色谱法色谱法是一种常见的手性分析方法，主要通过将手性分子分离到不同的键合相上，再进行特异性的检测。

常用的色谱方法包括高效液相色谱法（HPLC）和气相色谱法（GC）。

色谱法具有高灵敏度和高分辨率的特点，广泛应用于药物合成和农药合成等领域。

四、手性识别技术的应用1. 药物合成中的手性识别药物合成中的手性识别技术是有机合成中最为重要的应用之一。

催化在现代医学领域的应用

催化在现代医学领域的应用
催化在现代医学领域有广泛的应用，主要体现在以下几个方面：
1.制药领域：生物催化技术主要应用于药物合成、转化、
再生等方面。

这种技术可以用于合成各种药物的中间体，如药物碱、酸、醛等。

同时，生物催化技术也可以帮助制备手性药物。

2.医学诊断：许多疾病需要通过医学诊断才能确定。

生物
催化在医学诊断中起着至关重要的作用。

例如，酶的催化作用可用于检测体液中的特定化学物质，从而帮助诊断疾病。

3.生物材料：生物催化可以生产生物可降解材料，这些材
料可以替代传统的不可降解的医疗材料，如手术缝合线、导管等。

4.组织工程：生物催化可以用于生产人工器官和组织，这
些人工器官和组织可以用于移植手术，以帮助治疗疾病或替换受损的器官和组织。

5.新兴的压电催化医学（PCM）：这种技术利用压电材料
的特性，将机械能转化为电能或化学能，以触发催化反应。

在医学应用中，PCM 可用于去污、杀菌和治疗等目的。

总的来说，催化在现代医学领域的应用十分广泛，未来随着科学技术的不断进步，可能会有更多创新性的应用被开发出来。

有机合成中的手性催化反应研究

有机合成中的手性催化反应研究手性催化反应是有机合成中一种重要的方法，可以高效地合成手性分子。

手性分子具有不对称的空间构型，能够在生物、医药、农药等领域发挥重要作用。

本文将介绍手性催化反应的原理、研究进展和应用前景。

一、手性催化反应的原理手性催化反应是指使用手性催化剂催化的反应。

手性催化剂是有机合成中的一类特殊催化剂，它们具有手性结构，能选择性地催化反应中的手性底物，产生手性产物。

手性催化反应的原理主要包括两个方面：手性识别和手性传递。

手性识别是指催化剂与手性底物之间的特异性相互作用，通过手性识别，催化剂能选择性地催化手性底物。

手性传递是指手性催化剂能够将其自身手性转移到底物上，使底物生成手性产物。

手性催化反应的原理为有机合成提供了一种有效的手段。

二、手性催化反应的研究进展1.金属催化手性反应金属催化手性反应是手性催化反应中的一种重要类型，广泛应用于有机合成领域。

例如，钯催化的手性Suzuki偶联反应可以实现对手性芳基化合物的合成。

此外，还有钯催化的手性氢化反应、手性羟基化反应等。

这些反应在制备手性药物、天然产物合成中发挥着重要作用。

2.有机小分子催化手性反应有机小分子催化手性反应是近年来催化反应研究的热点之一。

通过设计和合成具有手性结构的有机小分子，可以实现对手性底物的高效催化。

例如，手性硅化合物、手性有机碱等都可以作为手性催化剂应用于手性催化反应中。

有机小分子催化手性反应不仅具有催化活性高、手性产率高的优点，还具有反应条件温和、催化剂易于合成和回收利用等优点。

三、手性催化反应的应用前景手性催化反应在有机合成中具有广阔的应用前景。

它可以高效地合成手性药物分子，为药物研发提供了有效的方法。

此外，手性催化反应对于研究手性识别、手性传递的机制也具有重要意义。

通过深入研究手性催化反应的原理和机制，可以发现更多的手性催化剂和反应体系，丰富手性催化反应的反应类型和催化剂种类，进一步拓展手性催化反应的应用领域。

药物合成中的新型合成方法

药物合成中的新型合成方法药物的合成是指将原材料通过一系列化学反应转化为最终的药物分子的过程。

随着科学技术的不断发展，新型的合成方法逐渐被引入到药物合成领域中，为药物研究和开发带来了新的可能性。

本文将介绍一些在药物合成中广泛应用的新型合成方法，并探讨其在药物研发中的潜在应用。

一、催化合成法催化合成法是一种将催化剂引入反应中，加速反应速率并提高产率的合成方法。

在药物合成中，催化合成法被广泛应用于复杂分子的构建和不对称合成等领域。

例如，金属催化的碳碳键形成反应（如Suzuki反应、Heck反应等）使得药物分子的构筑更加高效和可控。

此外，手性催化剂的引入也为不对称合成提供了便利，并大大提高了药物合成的成功率。

二、生物催化法生物催化法利用酶或细胞作为催化剂来完成化学反应，具有高效、高选择性和环境友好等特点。

生物催化方法在药物合成中有着广阔的应用前景。

例如，酶催化反应可以在温和的条件下，对手性药物的合成进行选择性催化，从而降低副反应的发生和废物的产生。

此外，通过工程改造酶的活性和特异性，甚至可以实现对不易合成的天然产物的高效合成。

三、多组件反应法多组件反应法是将三个或以上的原料在同一个反应体系中反应生成目标化合物的方法。

多组件反应法具有高效、节省原料和时间的特点，被广泛应用于药物合成的快速筛选和多样性合成领域。

通过合理设计多组件反应的反应条件，可以高效地构建细胞色素P450抑制剂等药物分子的结构骨架。

四、微流控技术微流控技术是一种在微尺度下进行反应和混合的技术，具有混合均匀度高、反应速率快和副反应少的优势。

在药物合成中，微流控技术被广泛应用于快速筛选反应条件和实现高效合成。

通过微流控技术，可以实现不同反应条件的高通量筛选，并加快药物研发的速度和效率。

总结在药物合成中，新型合成方法的引入为药物研发和合成提供了新的可能性。

催化合成法、生物催化法、多组件反应法和微流控技术等方法的应用，使得药物的合成变得更加高效、可控和环境友好。

有机合成中的手性催化剂研究与应用

有机合成中的手性催化剂研究与应用手性催化剂在有机合成中扮演着重要角色。

它们以其特殊的立体化学性质，能够高度选择性地催化反应，从而实现单一手性产物的合成。

本文将介绍手性催化剂的研究与应用，以及其在有机合成中的重要性。

一、手性催化剂的研究1.手性催化剂的概念手性催化剂是一类具有手性中心的化合物或金属配合物。

由于其手性特点，它们能够与手性反应底物发生选择性作用，催化生成手性产物。

手性催化剂的研究旨在提高反应的立体选择性和效率。

2.手性催化剂的分类手性催化剂可以分为有机手性催化剂和金属手性催化剂两大类。

有机手性催化剂是由一些手性有机分子构成，例如L-酪氨酸衍生物和葡萄糖衍生物等。

金属手性催化剂则是由手性金属配合物组成，例如手性配体与过渡金属形成的配合物。

3.手性催化剂的研究方法手性催化剂的研究方法主要包括研究手性诱导催化反应的机理和优化手性催化剂的结构。

通过对反应机理的研究，可以了解催化剂与底物之间的相互作用，从而指导合成更高效的手性催化剂。

优化手性催化剂的结构则可以提高其催化活性和立体选择性。

二、手性催化剂的应用手性催化剂在有机合成中具有广泛的应用价值。

以下将介绍几个常见的应用领域。

1.不对称催化反应不对称催化反应是手性催化剂最常见的应用之一。

通过选择合适的手性催化剂，可以实现对称底物的不对称合成，合成单一手性的产物。

常见的不对称催化反应包括不对称氢化、不对称烷基化和不对称烯烃反应等。

2.手性药物合成手性药物合成是手性催化剂的另一个重要应用领域。

由于手性分子对于生物活性和代谢机制的影响，许多药物需要合成单一手性的产物。

手性催化剂能够高度选择性地催化合成手性药物中的手性中间体，从而提高合成效率和药物活性。

3.手性材料合成手性催化剂也被广泛应用于手性材料的合成。

手性材料具有特殊的光学、电学和结构性质，对于光学器件、电子器件和生物传感器等具有重要意义。

通过手性催化剂的催化合成，可以有效地合成手性材料中的手性单体和聚合物。

化学反应中的手性催化剂

化学反应中的手性催化剂手性催化剂是一种非常有趣的化学物质。

它可以在化学反应中起到非常重要的作用。

在这篇文章中，我将向您介绍手性催化剂的基本概念、应用以及一些有趣的实验事例。

1. 手性催化剂的基本概念手性催化剂，顾名思义，就是具有手性的催化剂。

什么是手性呢？手性可以简单理解为对称性不同的分子。

在化学中，我们把分子分为左右两种对称性不同的类型，称之为手性。

与之相对的是不对称的分子，我们称之为非手性。

手性催化剂具有两种手性异构体，分别为左旋异构体和右旋异构体。

它们的具体结构非常复杂，不同种类的手性催化剂有不同的结构。

手性催化剂的作用非常特殊。

它可以使反应发生手性选择性，也就是在一个反应中只生成一种手性的产物。

这对于制药、农药、化妆品等领域的合成意义重大。

2. 手性催化剂的应用手性催化剂可以应用于各种有机化学反应。

以下是一些常见的反应：(1) 不对称羟化反应不对称羟化反应是一种重要的有机合成反应。

通过使用手性催化剂，可以实现对产物的手性选择性。

(2) 不对称的Michael反应Michael反应是一种经典的不对称反应。

通过使用手性催化剂，可以实现对反应物的手性选择性，从而获得手性对映体。

(3) 不对称的Mannich反应Mannich反应是一种重要的不对称反应。

通过使用手性催化剂，可以实现对Mannich反应产物的手性选择性。

(4) 不对称的缩合反应不对称的缩合反应也是一种常见的不对称反应。

通过使用手性催化剂，可以实现对缩合反应产物的手性选择性，得到具有高度立体选择性的产物。

3. 一些有趣的手性催化剂实验手性催化剂不仅有应用价值，还非常有趣。

以下是一些有趣的手性催化剂实验案例。

(1) 千姿百态的手性固体手性催化剂可以存在于各种形态的固体中，这些固体形态包括晶体、液晶、胶态等等。

因为手性催化剂的结构非常复杂，所以它可以形成非常多样化、千姿百态的手性固体。

(2) 手性指纹在实验上，我们可以通过手性催化剂和手性分子配位来制备“手性指纹”。

药物合成中的新型催化反应方法

药物合成中的新型催化反应方法自从20世纪以来，化学领域一直在不断发展，尤其是药物合成领域。

传统药物合成方法通常涉及复杂的步骤和条件，而且产率不高。

然而，随着新型催化反应方法的引入，药物合成变得更加高效和可持续，为医药行业带来了重大突破。

一、金属有机化学催化金属有机化学催化是一种有效的催化反应方法，通过金属配合物的参与，可以加速反应速率，提高产率，并降低副产物的生成。

例如，过渡金属催化剂可以催化碳-碳键或碳-氧键的形成，从而实现所需药物的合成。

二、光催化随着人们对可持续发展的关注增加，光催化在药物合成中的应用越来越受到重视。

光催化利用可见光或紫外光激发催化剂，产生高能的激发态电子，从而促进反应，提高产率。

该方法具有绿色环保、选择性高等优点，并在室温下进行反应。

三、手性催化手性催化是一种基于手性催化剂的催化反应方法，可以选择性地合成手性分子，这对于药物合成来说尤为重要。

手性催化剂具有手性中心，可以选择性地催化只发生在其中的一个手性形式上，而不是另一个手性形式上的反应。

这种方法在药物研究和合成中具有广泛的应用前景。

四、氧化还原催化氧化还原催化是一种通过氧化还原反应来催化药物合成的方法。

在这种反应中，氧化剂和还原剂的共同作用下，化学物质发生电子转移，从而得到所需产物。

这种催化方法具有高效、可控性强等特点，在药物合成中广泛应用。

五、转换金属催化转换金属催化是一种基于过渡金属催化剂的催化反应方法。

通过过渡金属生成中间体，实现化学物质之间的转化。

转换金属催化方法可以高效合成具有复杂结构的分子，对于药物合成来说具有重要意义。

六、生物催化生物催化是一种利用酶或细胞等生物催化剂来催化药物合成的方法。

生物催化在药物合成中具有高效、选择性好、环境友好等特点。

生物催化方法还可以利用可再生的生物催化剂，降低成本，提高产率。

总结新型催化反应方法在药物合成中的应用展示了巨大的潜力。

金属有机化学催化、光催化、手性催化、氧化还原催化、转换金属催化以及生物催化等方法为药物研究和开发提供了更高效、绿色环保的途径。