不对称合成简介

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O O O
TiCl (OPr') , --20 ' C
在Lewis酸催化剂存 在下,手性亲二烯体1-4 发生Diels-Alder反应,立 CO R* 体选择性有的高达100 : 1 2 以上。
(5)不对称环氧化 1980年,Sharpless研究组报道了酒石酸二乙酯、四异 丙基钛、过氧叔丁醇(氧给体)体系能对各类烯丙醇进行 高对应选择性环氧化,可获得e.e值大于90%的羟基环氧化 物,并根据酒石酸二乙酯的构型可得到预期的立体构型的 产物。
O N H O O H COOH O O
脱水 OH + O 2 关环产物 3
有机合成重 要的中间体。
1
O
(4)不对称Diels-Alder反应 手性亲二烯体构成不对称Diels-Alder反应的例子的大部 O O O 分。 R' 作为最常用的手性亲二烯 R' NR * O 2 体, 由三种类型: I型是手性 丙烯酸酯, 易简单直接的方 II III I 式与手性基团结合;II型与I型比较,其手性基团与双 键更靠近一个原子,合成较难,且手性基团的循环使 用也麻烦;III型是丙烯酰胺,活性高。
(-)-(IPC)2BH
(+)-(IPC)2BH
BH
2
+
B
2
[O]
HO H
H
(-)-(IPC)2BH
R-2-丁醇 87(98.4)%e.e.
与顺式二取代烯烃的硼氢化速度快,而且得到的产物光学纯度高。与反式 烯烃及其他位阻较大的烯烃进行硼氢化反应时,不仅速度慢,而且产物光学纯 度低。
BH
2
B
2
[O]
H H OH CH3 Ph NHCH3
Ph NCH3
底物诱导的选择性反应的控制因素:
(1)反应物和进攻试剂的空间位阻的大小; (2) 反应的过渡状态的稳定性; (3)反应物与产物的异构体之间是否可逆;即反应是 否是平衡控制; (4)反应条件(如是酸、碱性介质还是中性介质,催 化剂的强弱等)。
缺点:
HO H
+
H
(+)-(IPC)2BH
S-2-丁醇
86%e.e.
Me L' H 3' M' H B M 3 H (A) H L C C
Me L' H H 3' M'
H C Me B M 3 H (B) H L C
H Me
过渡态能量:A<B
例2.诱导醇醛缩合反应的手性试剂
OSO2CF3 B
OSO2 CF3 B
双不对称合成:
S*
R*
O
P*
OH O OH
OB(n-Bu)2 N
OHC
O O O
N O
+
N O O
非对映体比1.75:1
OB(n-Bu)2 N
OHC O OH O OH
匹配错误
O O O
N O
+
N O O
非对映体比例600:1
匹配正确
2.4 催化剂控制反应,属于第四代不对称合成
S Cat* P* S Cat/L* P*
此法制备1mol手性产物至少需要1mol手性反应物, 这就要求有易得的手性起始物质才能进行这项工作,因 而该不对称合成的应用受到一定的限制。
2.2 辅基控制反应,属于第二代不对称合成
为了完成立体选择性反应,在非手性底物上连接手性定 向基团(手性“辅基”)以诱导反应的立体选择性,该手 性辅助基团在完成不对称合成反应后可以从产物中脱去, 有时还可以回收并重复使用。该方法与第一代方法相似。
氨基吲哚啉
H N H R' N CH C H CH3 O C O
乙醛酸酯
取代
C R
铝汞齐还 原CN双键
腙-内酯类化合物
H2/Pd H3O+
H C R'
NH2 COOH
+
H N H C OH
H CH3
催化氢解NN键,再水解
光学纯的吲哚啉回收后,经亚硝化和还原在得到氨基吲哚啉,可以重复使用, 因此是较为理想的不对称合成。
1.手性化合物的重要性及其合成方法
自然界中存在许多光学对映体,这些物质就像人的左右手, 立体结构对称,左右相反,决不能重合。对于手性化合物而 言,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: 氯霉素:(-)-氯霉素具有杀菌作用,(+)-氯霉素完全没 有药效; 反应停:R-异构体具有减轻孕妇早期妊娠反应的作用,S异构体致畸; 天冬酰胺:(R)-天冬酰胺是甜的,(S)-天冬酰胺是苦 的; 抗坏血酸:(+)-抗坏血酸具有抗坏血病的的功能,而(-) -抗坏血酸则无此活性;
S + A* R P-A* -A* P*
从反应过渡态考虑选择适当的手性辅助基团,使在反 应中心形成刚性的不对称环境,可获得很高的立体选择性。
例1:光学活性的氨基酸,e.e值可达96%~99%
反应过程:
O O
H
H N NH2 C OH
H CH3
+
R'
C
C OR''
N N
C
H CH3 O C O
Al-Hg
Ph ArO2S N
Ph N SO2Ar
Ar=
CH3
B Br
Ar=
NO2
(-)-(IPC)2BOTf 1 例如:
(+)-(IPC)2BOTf 2
3 Bn=PhCH2
R OH O
OBn
1
RCHO
O
OBn
2
RCHO
R OH O
OBn
(S)
R OH O
OBn
1
RCHO
O
OBn
2
RCHO
R OH O
OBn
(R)
手性化合物的获得途径:
①从天然产物中提取手性药物; —早期,有限。 ②拆分法分离手性药物;(外消旋体拆分)
—只利用了一半原料;从原子经济学角度看,是 一种浪费。
③不对称合成; —最早起源-不对称放大-符合绿色化学要求。
不对称合成的定义和表述
“不对称合成”这一术语于1984年由E.Fischer首次使用, 并在1904年被Marckwald定义为“以非手性的化合物为起始 物制备光学活性物质的反应。反应过程中可以使用光学活性 物质作为中间体,但不包括使用任何拆分过程作为手段”, 它是制备手性化合物的最佳途径。 按照现今对这个命题的最完整理解,Morrison和Mosher 提出了一个广义的定义,将不对称合成定义为“一个反应, 其中底物分子整体中的非手性单元由反应试剂以不等量的生 成立体异构产物的途径转化为手性单元。也就是说,不对称 合成是这样一个过程,它将潜手性单元转化为手性单元,使 得产生不等量的立体异构产物”。所说的反应剂可以是化学 试剂、生物试剂、溶剂、催化剂或物理因素(如圆偏振光)。
2.1 底物控制反应
底物诱导的不对称合成,是通过手性底物中已经存在 的手性单元进行分子内定向诱导。在底物中,手性反应物 与非手性试剂反应,此时邻近的手性单元控制非对映面的 反应使形成两种构型的概率不均等,其中一种构型占主要, 从而达到不对称合成的目的。
S*
R
P*
例如,由D-(-)-乙酰基苯甲醇合成麻黄碱,其光学纯度 高,反应式如下:
Ph CH C COOH
H2/RhL4*L4*Cl2
Ph
CH2CHCOOH NHCOCH3
H3 COCHN
25℃,4atm,4h,50%MeOH
(Z)-α-乙酰氨基肉桂酸
(S)-(+)-N-乙酰基苯丙氨酸 e.e 95.7%
(2)不对称烷基化反应 利用手性烯胺、腙、亚胺和酰胺进行烷化,其产物的 e.e.值较高,是制备光学活性化合物较好的方法。
手性试剂:
2
BH
2
BH
Leabharlann Baidu
用15%过量的高纯度(
(-)-(IPC)2BH
H B
(+)-(IPC)2BH
H B
94% ee)α -蒎烯反应,可以 得到对映体纯度超过99%ee的 (IPC)2BH。在反应中,α -蒎 烯不发生重排,但生成二蒎基 硼烷之后,反应即停止。蒎基 的空间要求大,致使在硼上只 能连接两个蒎基。所生成的二 蒎基硼烷是一种光学活性的硼 氢化试剂。该试剂只能用于类 似Z-2-丁烯之类的位阻较小的 烯进行硼氢化。
① 烯胺烷基化
Ph
1
CHO
+ N H
2
Ph *
_ COR
N
COR
H O 2
烯胺
Ph
CH
3
Ph * CHO
_
O Ph
AcOH
O
O
O
4
* HC ROC
N+
分子内羟醛缩合 6
5
②腙烷基化
H N N RCH 2 CH
1) R'X 2) O3 /CH2Cl2
H
LDA/THF
CH OMe
N Me O Li N
CH3 C O H OH
CH3NH2
CH3 C NCH3 H OH
H
H2/Pd-C
CH3 NCH3 OH H
关键步骤
氨化 D-(-)-乙 酰苯甲醇
还原 D-(-)-麻黄碱
用纽曼投影式来表示上述合成,能直观的看出试剂和 手性起始物之间发生反应时的立体选择性。纽曼投影式 如下:
进攻 方向
H O H CH3
H O O H L1* CH2P(Ph)2 CH2P(Ph)2
L2*
L3*
.. Ph2P
H3C
.. P OMe
(-)-
OMe Ph P Ph OMe L4* CH2 CH2 P
L* :手性膦
具有这种手性配体的铑对碳-碳双键、碳-氧双键及碳氮 双键发生不对称催化氢化反应。
例如:烯胺类化合物碳-碳双键不对称氢化反应是一类 重要的不对称氢化反应,用这类反应可以制备天然氨基酸。 反应如下:
手性催化+手性放大
不对称合成的几个主要反应: (1)不对称催化氢化及其他还原反应; (2)不对称烷基化; (3)醛醇缩合;
(4)不对称Diels-Alder反应;
(5)不对称环氧化。
(1)不对称催化氢化及其他还原反应 不对称催化氢化反应用光学活性膦化合物与铑(或铱) 生成的配体作为催化剂,其产物的e.e可达90%。 手性配体基本为三价膦配体,如:
2.4.1手性催化剂的不对称合成
2.4.2酶催化的不对称合成反 应
2.4.1手性催化剂的不对称合成
催化不对称合成是最理想的不对称合成方法。它仅使用少 量的手性催化剂便可获得大量的手性产物。不对称催化反应 的关键是设计和合成具有高催化活性和高选择性的催化剂, 而其中与金属配位的手性配体是手性催化剂产生不对称诱导 和控制立体化学的根源。通过改变配体或配位金属可以改良 催化剂,提高其催化活性和立体选择性。因此,它是不对称 合成的方向,也是目前最活跃的研究领域。 手性配体可以是手性膦、手性胺、手性硫化物等,但其 中研究最多、应用最广泛的是手性膦配体。
不对称合成简介
班级:应用化学5班 演讲:朱冉冉 小组成员:朱冉冉、王同、 刘丹丹、刘梅、王承兰
任务分配:
朱冉冉:收集资料并确立展讲ppt的结构轮廓,展讲 刘丹丹:收集并整理归纳资料 刘梅:制作ppt1-20页
王同:制作ppt21-37页
王承兰:协助制作ppt和修改ppt
目录
1.手性化合物的重要性及其合成方法 2.不对称合成方法的简介 3.发展
不对称合成的方法:
按照手性基团的影响方式及不对称合成的发展历史可大 致划分为四大类:
①底物控制反应,属于第一代不对称合成;
②辅基控制反应,属于第二代不对称合成; ③试剂控制反应,属于第三代不对称合成; ④催化剂控制反应,属于第四代不对称合成。
2.不对称合成方法的简介
2.1底物控制反应
2.2辅基控制反应 2.3试剂控制反应 2.4催化剂控制反应
例2.醇醛缩合反应的高选择性手性助剂:
O R
O R
N O O
Ph O
N O
1
O
噁唑酮衍生物
2
OB(Bu-n)2
(n-Bu)2BOSO2CF3
N O O
二正丁基硼三氟甲磺酸盐
O
N O
3
OB(Bu-n)2
1
Ph
O
N O O
(n-Bu)2BOSO2CF3
Ph O
N
2
4
O
OB(Bu-n)2
O
OH R'
O
金属烯胺
R CH=CH
RR'CHCHO
R=Me,Et,iPr,n-heX R’X=PhCH2Br,MeI, Me2SO4
(3)醛醇缩合反应 醛醇反应,即亲核试剂与亲电的羰基基团(及类似基团) 的缩合反应,是构建不对称C-C键的最简单的,同时能满 足不对称有机合成方法学的最严格要求的一类化学转化。
氨基酸在不对称合成中常作为手性源、手性配体的前体 等,并且在对映选择性反应中取得了成功。 例: 用催化量的(S)-脯氨酸作为羟醛缩合反应的催化剂, 在甾烷C、D环合成时获得高达97%的e.e值。反应如下:
CH3ONa
OH R'
N O O
R'CHO
O
N
MeO
3
OB(Bu-n)2
O
5
非对映选择>99%
O
OH
O
R'
OH R'
Ph O
N O
R'CHO
Ph O
N O
CH3ONa
MeO
4
6
主要得到顺式缩合产物,5、6为对体
O O N H R O O n-Bu B Me n-Bu
二齿金属硼与噁唑烷酮的羰基和 烯醇氧配位形成相应的椅式过渡态, 从而使反应表现出较高的立体选择 性。
缺点:
这类反应需要两个额外的步骤,即现在反应底物上连接 手性辅基,反应结束后再脱除手性辅基,使得合成步骤变 得过于繁琐。这个缺点可以通过使用第三代不对称合成反 应来避免。
2.3 试剂控制反应,属于第三代不对称合成
该方法使用手性试剂使非(潜)手性底物直接转化为手 性产物。手性试剂可以在一般的对称试剂中引入不对称基团 而制得。在手性试剂的不对称反应中最常见的是不对称还原 反应。 R* P* S 例1.试剂控制的不对称硼氢化反应
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