第二章 不对称反应的基础知识
有机合成中的不对称催化反应
有机合成中的不对称催化反应在有机化学领域中，不对称催化反应被广泛应用于合成手性化合物的制备。
手性化合物具有两种非对称的立体异构体，它们的生物活性和化学性质可能存在巨大差异。
因此，不对称催化反应的研究和应用对于药物合成、天然产物的合成以及其他有机合成的领域具有重要意义。
一、不对称催化反应的概念和原理不对称催化反应是通过在反应过程中引入手性催化剂来控制反应产物的立体选择性。
催化剂在反应中起到降低活化能、改变反应路径的作用，并且通过催化剂手性结构的引入，使得反应中的手性度选择性增加。
不对称催化反应的原理可以通过三个方面解释：1. 手性诱导机制：手性催化剂的存在导致了反应中的手性诱导，从而使得产物具有特定的手性。
2. 反应底物的手性诱导：反应底物中的手性也可以通过手性催化剂的参与而进行手性诱导，进而获得手性产物。
3. 转化态手性诱导：手性催化剂的手性结构在反应过程中会随着反应的进行而转化，从而使得产物具有特定的手性。
二、不对称催化反应的常见类型1. 不对称氢化反应：通过使用手性催化剂，将不对称的有机物转化为手性的氢化产物。
2. 不对称加成反应：催化剂引发的不对称加成反应可以将一个或多个控制碳原子的键形成或断裂。
3. 不对称苯环改变反应：手性催化剂可引发苯环改变反应，通过改变苯环结构的手性，合成手性产物。
4. 不对称的偶联反应：手性催化剂可以控制偶联反应中碳－碳键的形成，从而合成手性产品。
三、不对称催化反应在合成方面的应用1. 药物合成：手性药物往往具有高选择性和低毒性，而不对称催化反应为药物合成提供了高效、经济的手段。
2. 天然产物合成：不对称催化反应可以合成复杂天然产物的手性骨架，进而合成天然药物或重要生物活性物质。
3. 材料科学领域：手性分子在材料科学中具有重要应用，利用不对称催化反应可合成具有特定手性的材料。
4. 食品添加剂合成：不对称催化反应也逐渐应用于食品添加剂的合成过程中，以提高产品的质量和效果。
不对称合成反应
◆不对称合成(asymmetric synthesis)反应是近20年来 有机合成化学中发展最为迅速也是最有成就的研究 领域之一。
◆泛指:反应中由于手性反应物、试剂、催化剂以及
物理因素(如偏振光)等造成的手性环境,使得反应物 的手性部位在反应前、后形成的立体异构体不等量,
或在已有的手性部位上一对立体异构体以不同速度
CMe3 OH Me3C 79% 1% + Me3C 21% 99% OH
CH3Li 84%
◆立体专一性反应是指由不同的立体异构体得到立体构型不同 的产物的反应。它反映了反应底物的构型与反应产物的构型在 反应机理上立体化学相对应的情况。 以顺反异构体与同一试剂加成反应而言，若两顺反异构体
均为顺式加成，或均为反式加成，那么得到的必然是立体构型 不同的产物，即由一种异构体得到一种产物，由另一种异构体 得到另一种构型的产物。 如果顺反异构体之一进行顺式加成，而另一异构体从立体 化学上则进行反式加成，结果得到相同立体构型的产物，这是 非立体专一性反应。
3-氯-1,2-(S)-丙二醇是男性节育剂,
(-)-氯霉素有疗效,
(R)-异构体是有毒的;
(+)-氯霉素却无药效
因此，研究不对称合成反应,具有十分重要的实 际意义和重大的理论价值。
◆常规方法合成不对称化合物时，由于两种构型形成机会均
等，得到的产物是外消旋体；为了得到其中有生理活性的
异构体，需要采用繁杂的方法对外消旋体进行拆分。即使 拆分效率很高，也有50%的产物被废弃。 ◆含有个手性中心的分子最多存在2个立体异构体，合成过 程中如果不进行立体控制，即使单步收率为100%，实际有
C C Ph
H Ph
R
化学反应中的不对称反应催化
化学反应中的不对称反应催化在化学反应中有很多种反应催化方式，其中以不对称催化为一种重要的催化方式。
这种催化方式不仅可以实现对单一具有对映异构体的有机化合物的合成和分离，而且对于药物、天然产物、农药等的合成也具有重要的应用价值。
一、不对称反应的定义与催化机理不对称反应是一种在分子结构中具有对映异构体的有机反应。
而在化学反应中具有对映异构体的有机物具有重要的生物学和生命化学意义，因为它们和同构体对于人体生物活性物质的互动和作用有很重要的影响。
而不对称催化作为一种主要的反应方式，主要是由具有对映异构体的化合物作为催化剂，在反应过程中通过选择性的形成产物来实现不对称反应。
它的催化机理主要是基于手性催化剂所形成的中间体结构的立体特异性，具有很高的催化效率和选择性。
二、不对称反应的分类不对称反应主要可分为生物催化和化学催化两类。
其中，生物催化与酶有关，而化学催化一般采用手性合成催化剂等实现。
对于手性合成催化剂，其常见的类型包括路易斯酸催化剂、金属催化剂、胺催化剂、膦催化剂等。
而以上催化剂都是通过选择性地结合于反应物中，形成可控的二面角结构，以实现对于手性产品的高效选择性催化。
三、不对称反应的应用不对称催化反应具有广泛的应用前景。
其一是在新型药物合成中的应用，因为启用具有对映异构体的手性催化剂可以实现药物分子立体特异性和药效的选择性增强。
其二是在天然产物、农药等合成中的应用，因为天然产物中往往也存在很高的手性要求，而采用具有手性催化剂催化的方式，不仅有效保证了产品质量，同时也提高了生产效率和市场竞争力。
以上只是不对称反应在化学领域中的一些应用，而随着技术的不断发展，未来将有更多新的催化体系和反应途径被引入到化学反应中，以形成更多的高效、选择性催化反应。
四、总结总之，不对称催化反应是一种非常有前景和意义的反应催化方式，其通过选择性地催化合成手性异构体化合物，为生命化学、药物合成、天然产物和农药开发等领域提供了良好的应用基础。
不对称da反应
不对称Da反应引言不对称Da反应是有机化学领域中一种重要的反应类型。
它的应用广泛，能够有效地构建手性化合物，为药物合成、天然产物合成以及杂环合成等领域提供了有力方法。
本文将从反应原理、催化剂、底物选择等方面对不对称Da反应进行全面、详细、完整地探讨。
反应原理不对称Da反应是通过催化剂的参与，在烯烃与亲电试剂之间实现碳-碳键的形成，同时保留烯烃的手性。
具体来说，该反应是一个经典的羰基缩合反应，其反应机理包括以下几个关键步骤：1.形成活性催化剂：在反应体系中引入手性催化剂，如铕咔啉类化合物，通过与底物配体结合形成具有催化活性的配合物。
2.底物的活性化：亲电试剂与催化剂配合物发生相互作用，通过活化亲电试剂上的功能团，增加其反应活性。
3.亲电试剂与烯烃的缩合：亲电试剂与烯烃进行缩合反应，形成新的碳-碳键。
4.手性指导：催化剂与底物之间进行手性识别，确保新形成的碳-碳键的手性与烯烃保持一致。
5.反应产物生成：经过一系列后续步骤，最终生成手性产物。
催化剂的选择选择合适的催化剂对于不对称Da反应的成功至关重要。
常用的手性催化剂包括金属催化剂和有机催化剂。
金属催化剂金属催化剂在不对称Da反应中发挥重要作用，常用的金属包括铁、钯、铑等。
其中，钯催化剂是最常用的金属催化剂之一。
钯催化的不对称Da反应通常具有高催化活性和高手性选择性。
有机催化剂有机催化剂是近年来发展起来的一类新型催化剂，具有环境友好、底物适用范围广等特点。
不对称Da反应中，有机催化剂常常采用手性有机小分子，如脯氨酸衍生物、非对称双峰催化剂等。
底物选择选择适合的底物是不对称Da反应成功的关键之一。
底物的选择包括底物的结构、官能团的选择以及手性认识等方面。
底物结构底物的结构对于反应的进行有重要影响。
烯烃的选择应具有一定的反应性，同时要考虑底物自身的手性。
常用的底物有烯丙醇、烯酮、烯酰胺等。
官能团的选择官能团的选择直接影响到反应的进行和手性识别。
常用的官能团包括羰基、烯丙基、氯代烷基等。
不对称反应
Cu
OO
O
Ph
Nu
O
O
NN
Cu OO
O
O
N H
First Cyclopropanation of Aryl diazoacetates using Cu
Z.-H. Xu, Y. Tang*, et al Chem Commun, 2007, 1960-1962.
41
烯 烃 底 物 的 拓 展
Benjamin List 2007
2019/11/20
Organocatalysis
Benjamin List Enamine Catalysis
J. Am. Chem. Soc. 2000, 2395 J. Am. Chem. Soc. 2000,7386 J. Am. Chem. Soc. 2000,933647
D. Enders et al Nature 2006, 441, 861
63
Hydrogen Bonding donor Catalyst
有机小分子催化的优缺点:
Merits:
1. nontoxic, inexpensive, easily prepared
2. do not require inert condition, conveniently handled
2.3.3 手性酮催化的非官能团化烯烃的不对称环氧化反应
2.6 烯烃的对映选择性双羟化反应
2.6.1 烯烃的不对称双羟化反应
2.7 不对称氨基羟基化反应(AA反应)
β
O
H
OCH3
Ph
α
(DHQD)2PHAL
NHTsO
Ph
OCH3
OH
(DHQ)2PHAL
有机合成中的不对称催化反应机理解析
有机合成中的不对称催化反应机理解析不对称催化反应是有机合成中一项重要的方法，它可以有效地构建手性分子，并在药物合成、材料科学等领域中发挥关键作用。
而深入理解不对称催化反应机理对于开发更高效、高选择性的合成方法至关重要。
本文将对不对称催化反应的机理进行详细解析。
1. 不对称催化反应的基本原理不对称催化反应通常由手性配体与过渡金属配合生成的催化剂催化。
手性配体的选择对于反应的立体选择性以及催化活性有重要影响。
常见的手性配体包括膦、膚等配体。
在催化循环过程中，催化剂经历多种状态，如催化剂-底物复合物、催化剂-过渡态复合物等，这些状态的转化过程决定了不对称催化反应的机理。
2. 不对称催化反应的转移机理不对称催化反应的转移机理可以分为两类：质子转移和氢转移。
在质子转移机理中，催化剂通过给予或接受质子来催化底物的反应。
而在氢转移机理中，催化剂可以快速地在底物中转移氢原子，实现立体选择性合成。
3. 不对称催化反应的催化循环机理在不对称催化反应的催化循环中，催化剂经历了多个关键步骤，如底物的配位、活化、过渡态形成等。
这些步骤的速率和选择性决定了催化反应的效率和产物的手性。
4. 具体不对称催化反应的机理解析4.1 不对称羰基加成反应的机理不对称羰基加成反应是一类重要的不对称催化反应，其机理主要通过底物的配位和不对称催化剂的活化实现。
首先，不对称催化剂与底物配位生成催化剂-底物复合物。
接着，催化剂通过给予或接受质子来活化底物，并形成不对称的过渡态。
最后，底物与活化的催化剂发生反应，生成具有手性的产物。
4.2 不对称氢化反应的机理不对称氢化反应是利用手性催化剂实现底物的不对称氢化。
在催化循环中，手性催化剂与底物配位形成催化剂-底物复合物。
接着，催化剂通过氢转移机理将氢原子转移到底物上，生成具有手性的产物。
催化循环的关键步骤是催化剂-过渡态复合物的形成和催化剂的再生。
5. 不对称催化反应的发展和应用不对称催化反应在有机合成领域中得到了广泛应用，尤其在药物合成中发挥了关键作用。
有机合成中的不对称催化反应
有机合成中的不对称催化反应不对称催化反应是有机合成领域中一种重要的方法，能够有效地构建手性化合物。
手性化合物在药物、农药和材料科学等领域有着广泛的应用前景。
本文将介绍不对称催化反应的原理、机制以及在有机合成中的应用。
一、不对称催化反应的原理不对称催化反应是利用手性催化剂促进反应的进行，使得产物中手性部分的生成有选择性。
手性催化剂能够将底物的立体信息转移到产物中，从而实现手性化合物的合成。
二、不对称催化反应的机制不对称催化反应的机制主要分为两类：手性诱导和手性酸碱催化。
手性诱导的反应是通过手性配体与催化剂形成配位键来实现对底物的立体选择性，而手性酸碱催化则是通过手性催化剂与底物形成氢键或离子键来实现选择性。
三、不对称催化反应的应用1. 不对称氢化反应不对称氢化反应是一种常见的不对称催化反应，通过手性催化剂催化底物的不对称氢化，实现手性化合物的合成。
该反应在制药领域中得到广泛应用，能够高效地合成具有药理活性的手性分子。
2. 不对称环加成反应不对称环加成反应是一种重要的不对称催化反应，通过手性催化剂催化底物的环加成反应，实现手性环化合物的合成。
这种反应在天然产物合成和有机小分子合成中具有重要的地位。
3. 不对称亲核取代反应不对称亲核取代反应是一种常见的不对称催化反应，通过手性催化剂催化底物的亲核取代反应，实现手性化合物的合成。
该反应在合成有机分子中起着重要的作用，能够高效地构建手性碳-碳和碳-杂原子键。
四、不对称催化反应的发展趋势随着有机合成领域的不断发展，不对称催化反应也在不断改进和创新。
未来的研究方向主要集中在发展新型高效的手性催化剂、寻找更加环境友好和可持续的反应体系、以及应用机器学习和人工智能等技术加速合成方法的发现和优化。
总结：不对称催化反应作为一种重要的有机合成方法，在合成手性化合物方面发挥着重要的作用。
通过探索不对称催化反应的原理和机制，并结合实际应用，能够推动有机化学领域的发展，为合成更多种类的手性化合物提供新的思路和方法。
有机合成中的不对称催化反应
有机合成中的不对称催化反应不对称催化反应是有机化学领域中的重要研究方向，它可以有效地构建手性化合物，为药物合成、天然产物合成和材料科学等领域提供了广阔的应用前景。
本文将介绍不对称催化反应的基本概念、研究进展以及应用，并探讨其在有机合成中的重要性。
1. 不对称催化反应的基本概念不对称催化反应是指以具有手性的催化剂为催化剂，在非对称催化条件下进行的化学反应。
手性化合物是由一对镜像异构体组成，其中每个异构体称为手性异构体或对映异构体。
对映异构体之间无法通过旋转或平移重叠，具有非重叠镜像关系，这是不对称催化反应的基础。
2. 不对称催化反应的研究进展2.1 键合活化型不对称催化反应键合活化型不对称催化反应是通过催化剂与底物发生键合活化，形成反应中间体，并在反应中间体上发生手性识别实现不对称催化反应。
这类反应多采用过渡金属配合物作为手性催化剂，包括金属催化的羟基化反应、氨基化反应等。
2.2 非键合活化型不对称催化反应非键合活化型不对称催化反应是通过催化剂与底物非共价相互作用，在反应中发生手性识别实现不对称催化反应。
这类反应多采用有机分子作为手性催化剂，包括有机小分子催化的亲核取代反应、氧化反应等。
3. 不对称催化反应的应用不对称催化反应在有机合成中具有重要的应用价值。
通过该反应可以高效、经济地合成手性分子，为药物合成提供了基础。
大量的手性药物已经成功合成，如拟胆碱药物、β-阻断药物等。
此外，不对称催化反应还在天然产物合成、农药合成和材料科学等方面得到了广泛应用。
4. 不对称催化反应的挑战与展望不对称催化反应在新催化剂的设计、反应底物的广泛适用性、反应条件的优化等方面仍然面临一些挑战。
未来的研究应重点关注催化剂和底物的高选择性合成，以及催化反应的机理研究，从而推动不对称催化反应的发展。
结语不对称催化反应是有机合成领域的重要研究方向，它为手性化合物的构建提供了有效的途径，具有广泛的应用前景。
随着催化剂设计和反应条件的不断优化，不对称催化反应将在有机合成领域发挥更大的作用，为新药物的合成和新材料的开发提供重要支持。
不对称催化反应的原理
不对称催化反应的原理
不对称催化反应是指催化剂能够使反应物以两种不对称的方式发生反应，产生对映异构体。
其原理可以归结为手性诱导和对映选择性两个主要因素。
1. 手性诱导：手性催化剂在反应中能够有效地诱导反应物中的手性中心发生不对称转化。
这是因为手性催化剂分子本身具有手性结构，与反应物形成具有一定立体排列的中间体，从而使得反应物在催化剂作用下选择性地发生不对称反应。
2. 对映选择性：手性催化剂在反应中对不对称产物的对映异构体进行选择性催化，使得特定的对映异构体优先生成。
这是因为手性催化剂与反应物之间的相互作用会导致反应中间体具有不同的构象，从而使得不同的对映异构体在反应中的能量差异不同，从而选择性地生成某种对映异构体。
总而言之，不对称催化反应的原理可以归结为手性诱导和对映选择性两个主要因素，通过催化剂的手性结构作用，使反应物以特定的立体排列发生不对称转化，并选择性地生成特定的对映异构体。
化学反应的不对称反应机理
化学反应的不对称反应机理化学反应是物质转变的过程，不对称反应则指的是在反应中产生手性物质的过程。
不对称反应机理是指介导不对称反应的分子间相互作用和反应路径。
本文将探讨不对称反应的机理，并通过案例和实验结果加以说明。
一、不对称反应的定义和应用领域不对称反应是指在反应过程中，产生具有手性的化合物。
手性分子是一类分子，它们的镜像异构体不能通过旋转或平移重合。
手性物质在生物学、药物学、材料科学等领域具有广泛的应用价值。
不对称反应的研究对于合成手性化合物以及开发高效、低成本的不对称合成方法具有重要意义。
二、不对称反应的机理1. 催化剂作用机理不对称反应中最重要的机理是催化剂的作用。
催化剂通过提供具有手性的环境，降低反应能垒，加速反应过程。
催化剂可以分为金属催化剂和有机催化剂两大类。
金属催化剂一般通过与底物形成配合物，改变底物的立体结构和电子环境，从而导致产物手性选择性的改变。
常见的金属催化剂有手性配体与过渡金属络合物。
有机催化剂是近年来兴起的一种新型催化剂。
有机催化剂通过氢键、离子键、范德华力等分子间相互作用，引发底物分子的手性诱导和选择性。
常见的有机催化剂有手性胺、手性碱、手性膦等。
2. 反应底物的手性诱导底物的手性结构也可以影响不对称反应的手性选择性。
对于某些反应而言，底物分子的手性结构可以直接决定产物的手性结构。
在不对称合成中，可以通过选择合适的手性底物来实现手性选择性合成手性化合物。
3. 不对称反应的立体效应不对称反应的机理在很大程度上与反应底物和催化剂之间的立体效应相关。
立体效应包括空间位阻效应、空间手性诱导、空间位迁移等。
这些效应影响着反应的速率和产物的手性选择性。
三、案例分析以不对称的Staudinger反应为例，该反应以手性亚磷酰亚胺为催化剂，将氨基酸酯和亚磷酰氯反应，生成手性的亚磷酰酰胺产物。
在反应底物和催化剂之间的空间位阻效应和空间手性诱导起到了关键作用，从而实现了手性选择性的不对称反应。
中科院药物设计课件不对称反应及其应用
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02
不Hale Waihona Puke 称反应的原理手性催化剂1
手性催化剂是不对称反应中的关键因素，能够选 择性促进一种手性分子的反应，从而实现不对称 合成。
2
手性催化剂通常由具有手性的有机小分子或金属 络合物组成，通过与底物的相互作用，控制反应 的立体化学过程。
3
手性催化剂的设计和合成是实现不对称反应的关 键技术之一，需要根据具体反应类型和底物结构 进行针对性的研究和优化。
前景
绿色化学的需求
随着绿色化学的发展，不对称反 应作为一种高效、环保的合成方 法，其应用前景越来越广泛。
新技术的应用
随着人工智能、量子计算等新技 术的应用，不对称反应的研究将 更加深入，有望实现更高的选择 性和转化率。
医药和农业领域的
应用
不对称反应在药物和农药的合成 中具有重要意义，随着相关领域 的需求增长，其应用前景将更加 广阔。
对未来研究方向进行了展望，包括新型手性催化剂的设计、不对称反 应机理的深入研究等。
展望
技术创新
强调了技术创新在不对称反应及其应用领域的重要性，如新催化 剂的发现、新反应条件的优化等。
跨学科合作
提倡不同学科之间的合作，如化学、生物学、物理学等，以促进 不对称反应在药物设计领域的应用和发展。
社会影响
讨论了不对称反应在药物设计领域的应用对社会的影响，如提高 药物生产效率、降低生产成本等。
药物研发中的关键技术
在药物研发中，不对称合成能够提供 单一对映体的药物分子，有助于提高 药物疗效和降低副作用。
不对称反应的类型
生物催化不对称反应
利用生物酶作为催化剂，实现手性分子的合成。
有机催化不对称反应
不对称催化反应
不对称催化反应1 对称催化反应对称催化反应是指同等的反应物发生变化，同等的产物产生，即使反应本身发生变化，但最终的结果是对称的。
它的反应机理是在反应物与催化剂的反应中交换原子或分子，使反应物发生变化以用另一个反应物来替换反应性原子或分子，最终形成稳定的产物。
2 非对称催化反应非对称催化反应是指一定物质的反应催化剂在特定反应中对反应立场进行非对称选择，使反应产物具有非对称性。
非对称催化反应的反应机理是在催化剂的共同作用下，使得一定立场的原反应物优先地反应并产生非对称的具有相对结构的立体异构体。
反应的产物就具有显著的非对称性，入射光进入物质时会发生偏振，并显示物质的非对称性。
非对称催化反应通常可以说是一种节能、高效、可控、选择性及环保的产物合成方法，它不仅可以有效减少污染和节能，而且还可以进一步提高产物的纯度和产量，得到较高科学价值的物质。
由于非对称催化反应的反应机理相比对称催化反应更加复杂，有很多不同的部分组成，因此要更加深入地研究它们的反应机理，以有效的控制反应的过程，加速反应的进行，降低生产成本，以及促进其应用。
3 非对称催化反应的应用非对称催化反应非常重要，它在过去几十年里被广泛应用到精细有机合成中，可大大提高有机合成产物的结构多样性及纯度，是一种高效的反应方法，成为生物药物及有机半导体研究的重要手段。
从农药、芳香族分子到金属有机骨架化合物，非对称催化反应的应用已经得到了显著的发展。
非对称催化反应的应用不但可以延长其反应时间，改善反应条件，还可以有效降低生产成本，产高纯度的产物，可见非对称催化反应在工业面前拥有越来越广泛的用途。
4 结语以上就是关于非对称催化反应的内容，可以看出，它除了能够有效的减少污染和节能外，还可以大大提高合成产物的结构多样性及纯度，在很多领域具有巨大的作用，也因此有重要的研究价值和应用价值。
不对称反应及其应用
RLi
Z-10 +
Ph
9
H R
O
N Li OCH3
E-10
R'X
R' H RO源自PhH+H R
R'
N H3CO
COOH
(S)-11
⒊手性催化剂诱导的醛的烷基化—— 不对称亲核加成
• 在手性配体的存在下，烷基金属 对羰基化合物的亲核加成是受到 最广泛研究的反应之一。 • 常用的手性配体有：二（三氟甲 磺酰胺）BINOL,12，TADDOL13, 联萘芬14，降麻黄碱15，16以及 樟脑磺酰胺衍生物17。
金属离子的配位作用在固定 原有的手性和烯醇部分之间的立 体化学关系上是至关重要的，它 使得烯醇的几何结构在确定π -面 的选择中成为关键因素
• 例：手性噁唑啉的烷基化反应生成羧酸11
化合物9用正丁基锂或LDA金属化产生氮杂烯醇， 它以Z-和E-10的混合物存在。烷基化后水解得到光学 活性的α，α-二取代羧酸（S）-11，e.e.值为72％～80%
⒉试剂控制
• 手性烯醇盐或烯丙基金属试剂对 非手性醛的加成 • 最通用的获得手性烯醇盐的方法 是通过手性辅剂以酯、酰胺（噁 唑啉）、酰亚胺（噁唑烷酮）或 硼烯醇盐的形式结合；手性烯丙 基金属试剂通常也与手性配体结 合
• 例：Corey试剂控制的反应
O O H OH C6H5S R
Ph Ph
(R,R)-20a
生物大分子手性→药物的两个对 映体以不同的方式参与作用手性 的方式与受体部位相互作用→导 致不同的药理活性
• 例：L－多巴
HO H2N H HO
DC
HO NH2
不对称串联反应
不对称串联反应不对称串联反应是有机合成化学中一种重要的反应类型，是指反应物中的官能团和反应条件的不同，导致产生不同类型官能团的多步反应。
由于不同类型官能团的引入和官能团的化学性质的不同，不对称串联反应成为了有机合成中常用的方法之一。
该文章将对不对称串联反应进行详细阐述。
一、反应机理不对称串联反应的反应机理通常是复杂的，并且难以简单阐释。
对于一般的串联反应，反应机理通常可以简单地分为两个步骤：第一个步骤产生中间体，第二个步骤从中间体中选择一个官能团进行下一步反应。
不对称串联反应的不对称性体现在第一个步骤：中间体的生成会因为反应条件的不同，以及反应物官能团的不同而产生各种可能。
一般来说，中间体的生成需要具有强还原性的还原剂的参与，例如有机锂试剂、有机铜试剂、有机氮化合物、有机铝试剂等等。
生成的中间体可以是碳负离子、碳正离子、自由基等等。
这个中间体会与其他分子中的官能团发生反应，生成新的中间体，一直往下反应，直到最后生成目标产物。
这个反应过程的不对称性源于中间体的生成条件的不同以及反应物种的不同。
二、反应类型不对称串联反应可以分为许多不同的类型。
以下是一些重要的反应类型：1、以烷基为中心的串联反应这种串联反应中，烷基依次和反应物中的同一官能团反应形成不同的中间体，产生不同类型的反应。
烯烃、卤素、醛、酮等等都可以作为反应物与烷基反应。
例如，一种常见的以烷基为中心的串联反应是酰乙酸酯的串联反应。
在这个反应中，有机锂试剂与酰乙酸酯反应，生成一个中间体。
这个中间体与另一个酰乙酸酯再次反应，生成第二个中间体。
这两个中间体发生某种倾向于不对称反应的下一步反应，最终产生一种高产率的不对称串联产物。
在这种反应类型中，芳香基和反应物中的不同官能团反应，形成不同类型的中间体。
该反应一般需要配合高还原性试剂，例如有机锂试剂、有机铝试剂等。
例如，有一种以芳香基为中心的串联反应称为芳基极化反应。
在这个反应中，有机锂试剂会攻击芳香基，形成带有负电荷的中间体。
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_ S + S
×100%
式中
R
和
S
分别为主要对映体产物的量和次要产物的量
通常情况下，可假定比旋光度与对映体组成具有线性 关系，因而在实验测量误差忽略不记时，%e.e即等于下述 光学纯度百分数（percent optical purity，%O.P）,表达 式如下： %O.P =
α 实测不对称合成产物 α o 纯净的立体产物 ×100%
第二章 • 2.1 • 2.2 • 2.3
不对称反应的基础知识
不对称性 对映体组成的测定 绝对构型的测定
2.1 不对称性 （1）手性和手性分子
手性即指左手和右手互为镜像而不能重合的性质。 手性分子指那些和它们的镜像而不能完全重合的分子。
CH 3 CHCH 2 CH 3 OH
2-丁醇 丁醇
（2）对映体和非对映体
比旋光度
在一定条件下,某物质的旋光性为一常数,称为比旋光度. 在一定条件下,某物质的旋光性为一常数,称为比旋光度. 通常用比旋光度[α]来表示物质的旋光属性。 通常用比旋光度[α]来表示物质的旋光属性。 [α]来表示物质的旋光属性
比旋光度公式如下： 比旋光度公式如下：
[α ]λ =
t
α ρB × l
——旋光仪 旋光仪—— 旋光仪
旋光度 旋光性物质使偏振光旋转的角度称为旋光 表示. 度,用α表示. 物质旋光度α的大小与盛液管的长度、 物质旋光度α的大小与盛液管的长度、溶 液的浓度、光源的波长、测定时的温度、 液的浓度、光源的波长、测定时的温度、所 用的溶剂的有关. 用的溶剂的有关.
——旋光度 旋光度—— 旋光度
具有镜像与实物关系的一对旋光异构体。 具有镜像与实物关系的一对旋光异构体。
COOH C CH3 H OH
COOH H C OH CH3
对映体
(S)-(+)-乳酸 乳酸 mp 53oC [α]15 =+3.82 αD
pKa=3.79(25oC)
(R)-(-)-乳酸 乳酸 mp 53oC [α]15=-3.82 αD
对于不对称化合物，制备单一的对映体是非常重要的， 对于不对称化合物，制备单一的对映体是非常重要的，因 为对映体的生理作用往往有很大差别。例如： 为对映体的生理作用往往有很大差别。例如：（+）-抗坏血酸 ） 抗坏血酸 具有抗坏血病的功能， 抗坏血酸则无此活性； 四咪 具有抗坏血病的功能，而（—）-抗坏血酸则无此活性；L-四咪 抗坏血酸则无此活性 唑是驱虫剂， 四咪唑有毒且不能驱虫等 四咪唑有毒且不能驱虫等。 唑是驱虫剂，D-四咪唑有毒且不能驱虫等。 在不对称合成反应出现之前，人们合成不对称化合物要通 在不对称合成反应出现之前， 过繁杂的方法将所得到的外消旋体进行拆分， 过繁杂的方法将所得到的外消旋体进行拆分，这无形中相当于 把反应中所得的一半产物在大多数情况下白白废弃掉。 把反应中所得的一半产物在大多数情况下白白废弃掉。对含多 个手性中心的分子的合成，经过多步反应后，产率会很低。 个手性中心的分子的合成，经过多步反应后，产率会很低。 因而， 因而，不对称合成反应的发现是药物合成和有机合成进入 一个崭新的阶段。 一个崭新的阶段。这类反应还广泛应用于有机化合物分子构型 的测定和阐明有机化学反应的机理， 的测定和阐明有机化学反应的机理，以及研究酶催化活性等领 具有广泛的应用前景。 域，具有广泛的应用前景。
PhO OEt OH
S OR OEt
S
B:
PhO
P
SO2Cl2 P
PhO OEt Cl
MeOP
PhO OMe OEt
(R)-(+)
(R)-(-)
(R)-(-)
(S)-(-)
Chem. J. Chin. Univ., 1983, 4, 87
2.3.4 Prelog法 法
O RL Cl Ph O O O Ph HO RM RL RM O H
pKa=3.83(25oC)
(±)-乳酸 ± 乳酸 mp 18oC [α]D=0 α 15
pKa=3.86(25oC)
含两个不相同手性碳原子的化合物
CHO R H R H OH OH CH2OH
CHO HO H S HO H S CH 2OH
CHO S HO R H H OH CH2OH
CHO H OH R HO H S CH OH 2
——比旋光度 比旋光度—— 比旋光度
例如： 例如：
OH OH OH TsO O OH
-16.3o e.e.% = 91 % (16.3/17.9) -17.9o
OH
反巴豆酸双羟基 化后经奎宁拆分
O HOOC
O
R OH
Tetrahedron Lett., 1983, 24, 4539
(4) 核磁共振法
在手性溶剂或手性溶剂化试剂中测定NMR ① 在手性溶剂或手性溶剂化试剂中测定 用手性位移试剂测定NMR ② 用手性位移试剂测定 分析的手性衍生物试剂 ③ 用于NMR分析的手性衍生物试剂 用于
(5) 使用手性柱的色谱法
① 气相色谱法 ② 液相色谱法
(6) 带有对映选择性电解质的毛细管电泳 （CE) (7) HPLC-CD/UV用于对映体组成的测定 用于对映体组成的测定
(4) Cahn-Ingold-Prelog (CIP)命名法则 命名法则
① ② ③ ④ 中心手性分子 轴手性 (axial chirality) 平面手性 (planar chirality) 螺旋手性 (helical chirality)
CIP命名法则 R,S标记法 命名法则---R,S 命名法则 R,S标记法 步骤： 步骤： （A）首先把与手性碳原子相连的四个原子或 基按次序规则排列次序 按原子序数大小) 次序规则排列次序( 基按次序规则排列次序(按原子序数大小)。 （B）然后把排列次序最小的放在距观察者最远 的地方，再看其它三个基的排列位置， 的地方，再看其它三个基的排列位置，如果由 大到小是顺时针排列的， 大到小是顺时针排列的，是R型，反时针方向是 S型 。
（1 ）
不对称合成中的立体选择性和立体专一性
立体选择性反应一般是指反应能生成两种或两种以上立体 立体选择性反应一般是指反应能生成两种或两种以上立体 一般是指 异构体产物（有时反应只生成一个立体异构体）， ），但其中仅一 异构体产物（有时反应只生成一个立体异构体），但其中仅一 种异构体占优势的反应。 种异构体占优势的反应。如： 烯烃加成反应
CHO HO H CH2OH
+)-甘油醛为标准， 选（+)-甘油醛为标准， 指定其构型为Ｄ 指定其构型为Ｄ型：
CHO H OH CH2OH
D-(+)甘油醛 (+)甘油醛
L-(-)甘油醛
注意！ 构型DL和旋光方向(+)( 是两套不相干的符号； 注意！ 构型DL和旋光方向(+)(-)是两套不相干的符号； •构型DL和旋光方向(+)(•DL表示分子中原子在空间的排列方式； DL表示分子中原子在空间的排列方式； DL表示分子中原子在空间的排列方式 •(+)(-)使表示平面偏振光扭转的方向. (+)(- 使表示平面偏振光扭转的方向. (+)(
(i)
(ii)
(iii)
(iv)
(2R,3R)-(-)-赤藓糖 (2S,3S)-(+)-赤藓糖 (2S,3R)-(+)-苏阿糖 (2R,3S)-(-)-苏阿糖 赤藓糖 赤藓糖 苏阿糖 苏阿糖
HOCH2-CH(OH)-CH(OH)-CHO (i)(ii)对映体，(iii)(iv)对映体。 对映体， 对映体。 对映体 对映体 (i)(iii),(i)(v),(ii)(iii),(ii)(v)为非对映体。 为非对映体。 为非对映体
CH3 HO H C2H5 H
CH3 OH C2H5
规定: 规定: 手性碳放在平面上，用横竖线交点表示。 ①手性碳放在平面上，用横竖线交点表示。 横的表示伸向前方. ②横的表示伸向前方. 竖的表示伸向后方. ③竖的表示伸向后方. 习惯上: 习惯上: 把含碳原子的基团（主碳链)放在竖键的方向. ①把含碳原子的基团（主碳链)放在竖键的方向. 编号较小的放在上端. ②编号较小的放在上端.
2.3 绝对构型的测定
2.3.1 X射线衍射法 射线衍射法 2.3.2 手性光学 手性光学(chiroptical)法 法 2.3.3 化学相关法 2.3.4 Prelog法 法 2.3.5 Horeau法 法 2.3.6 NMR法用于构型测定 法用于构型测定
2.3.3 化学相关法
S S
RX P
举例： 举例：
观察者
(R)-2-丁醇 )
① 中心手性分子
1
OH CHO 2 3 HOCH2 H
H
3 CH3
C2H5 2 OH 1
(R) - 甘油醛 2
CHO 1 HO H CH2OH 3
(S)- 2-丁醇 ) 2
COOH H OH 1 CH3 3
(S)- 甘油醛 )
(R) - 乳酸
轴手性 (axial chirality)
OH OH O O
(R)-联萘酚
a a C b b d c
(S)-螺二酮
c
d
丙二烯类化合物 当a>b, c>d时，为(R)构型
环己烷类化合物 当a>b, c>d时，为(S)构型
平面手性 (planar chirality)
螺旋手性 (helical chirality)
2.2 对映体组成的测定
Fischer投影式 投影式
HOOC
COOH H C CH3 OH
H H3C
OH
立体结构
COOH H C CH3 OH
锲形式
COOH H OH CH3
投影式