手性与手性技术

O Ar A r= COOH NHEt n a p ro x e n M eO Bu
i
H 3C
O O C C 2H 5
O HN O
N O
M e2N C H 2C - C - C H 2P h H
ib u p ro fe n OH O k e to p ro fe n 3 -e th yla m in o -b u ta n -2 -o l (2 R ,3 S )- a n ti-tu b e rc u lo sis (2 R ,3 R )- b lin d n e s s
O H 15 % ee (-) -DAI B, 1 2 m o l% + Z n E t2 tolue ne 25-40 ℃ OH
NM e2 OH 1
9 5 % ee
Kitamura M., Suga S., Kawai K., Noyori R. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 6071
(R )-1 ,1 '-b i-n a p h th o l
O 2 N COOH CH
3
CH H
3
H Ph
+ N
H COOH
H HOOC NO
2
(S )-6 ,6 '-d in itro -1 ,1 'b ip h e n y l-2 ,2 '-d ic a rb o x y lic a c id
(S )-2 ,6 -d im e th y ls p iro [3 .3 ]h e p ta n e
The ‘mirror-image’ flowers of Solanum rostratum. a, Left-styled flower b, right-styled flower
北大后湖附近的一个双螺旋雕塑 左手性
常青油麻藤 卫矛科剌苞南蛇藤(Celastrus 人为左手性的常青 (Mucunasempervirens ) flagellaris)，右手性；中间 油麻藤 (Mucunasempervirens) 豆科，右手性。老茎 为萝藦科杠柳( Periploca sepium )，右手性
A b s o lu te a s y m m e tric s y n th e s is
1929, Kuhn 和Braun第一次证实圆偏振光能够诱导旋光活性（用 280 nm的圆偏振光照射－溴代丙酸乙酯得到旋光度为0.05o的－溴 代丙酸乙酯
Cir cular ily p olar ized li g ht or
(S )-4 -m e t h y lc y c lo h e x a n o n e o x im e
(S )-a d a m a n ta n e -2 ,6 d ic a rb o x y lic a c id
(S )-tri-o -th y m o tid e
⑶
平面手性分子：含有手性平面的手性分子
分子手性的类型：
⑴ 中心手性的分子：含有手性中心的分子
O
HOOC OH
HOOC
OH
R OH
NH
2
HOOC (2 R , 3 R )-Tartaric
OH acid
HOOC
OH
(S )-ami no acid
m eso -T ar tar ic acid
⑵
轴手性分子：含有手性轴的手性分子
Cn和Dn空间群的所有晶体都是手性分子晶体
' '
(- )-( m )- [1 ]-be n zo thie n o [5,4 -b ]n a ph th o [1 ,2 :4,5 ]th ien o [3 ,2 -e ][1 ]b en zo th io ph e n e- 2 -ca rb ald e h yd e
' '
② Universality of Chirality
H O C H C C H 2N H P r OH
i
O HN O C 6H 5 NCH3 O n C 4H 9
p ro p ra n o lo l (心 得 安 ） (S )- s tro n g (9 8 t im e s) (R )- w e a k
N -m e th yl-b u ty lp h e n o b a rb ita l (R )- p a lli ativ e (S )- sp a s m o d ic
P -(+)-
M-( -) -
0 .0 6 -0 .3 3 % ee
Moradpour A., Nicoud J. F., Balavoine G., Kagan H. B., Tsoucaris G., J. Am. Chem. Soc. 1971, 93, 2353
A s y m m e tr ic a m p lific a tio n (C h ir a l a m p lific a tio n o r C h ira l m u ltific a tio n )
Miller Stanley L., Science, 1953, 117, 528 Miller Stanley L., J. Am. Chem. Soc., 1955, 77(9), 2351 1974年，苏联学者证实在远古时代就存在糖和氨基酸 Doklady Akademii Nauk SSSR，1974, 215(2), 474
1977年，有人由糖、硝酸盐和水汽通过光化学反应合成出氨基酸 Studia Biophysica，1977, 63(1), 1
2002年, 由氨基酸和糖共同热解成功产生芳香性氮杂环化合物 Abstracts of Papers, 223rd ACS National Meeting, Orlando, FL, United States, 2002, April 7-11 最近又报道，氨基酸可以催化糖的直接一步合成 Tetrahedron Letters，2005, 46(19), 3363 Chemical Communications, 2005, (15), 2047
O 2 1 P 3
P P 1 2 3 COOH (R )- p -decam ethyl enebenzene- 2 -car b oxy lic aci d 3 COOH (S )-p -te tr am ethyl enedi phen ylene-2carboxy lic aci d 2 1
(S )-m -tr im ethyl e nedi phen lene- 3-one
Me N C2 Me N
N N
Me
Me
A coupl e of e nanti om ers of Troger
C 6H 5 C=C=C 2-C
10H 7
C 6H 5 2-C
10H 7
(CH 3 ) 3 C C=C=C=C=C 4-C lC 6 H 4
C( CH 3 ) 3 C 6 H 4 Cl -4
NH2
m e th y l-d o p a (S )- a n tih y p erte n siv e (R )- n o
n ic o tin e (S )-(-)--h ig h to x ic ity (R )-(+ )- lo w
HO O O HO HO b e n z o p yryld io l (-)- s tro n g ca rc in o g e n ic (+ )- n o HO m o rp h in e (+ )- s tro n g an a lg es ic (-)- n o H NCH3 H
OH OH
(R )-1 ,3 -d ip h e n y l1 ,3 -d i(2 n a p h th y l)a lle n e
(R )-1 ,5 -d i(4 -c h lo ro p h e n y l)1 ,5 -d i(t-b u ty l)-1 ,2 ,3 ,4 p e n ta te tra e n e
③ Chirality and the Origin of Life
生命三要素：蛋白质，糖和脂肪 手性的起源：
手性小分子的形成
对映体过量的产生绝对不对称合成 不对称自催化手性放大
m C H 4 + n N H 3 + q H 2 + y H 2O
hν
a m in o a cid
+
......
① What is Chirality ?
chirality handedness Χειρ(Cheir) Learus (L) Dexter (D)
左手和右手互为镜像，既非常相似，又不能重叠，只 有对映关系。研究对象所具有的这种类似左右手关系的性 质称为手征性，简称为手性
结构手性（structural chirality, 因结构因素产生的手性） 分子手性（molecular chirality，具有手性的分子）
(S )-4 -p h e n y l-4 '-c a rb o x y lb is (p e n tm e th y le n e )a m m o n iu m
H CH
3
COOH H
H N CH
3
HOOC OH H
H COOH
Pr O
i
O Pr O O Pr
i
i
O
O
(R )-4 -m e th y lc y c lo h e x a n y ld e h y d ro a c e tic a c id
ห้องสมุดไป่ตู้
th e lid o m id e （ 反 应 停 ） (R )- p a lli ativ e (S )- m o n ste r
5 4 3 2 6 1 8 4 7 b b a a 5 c 1 a c 3 2 b
Me
COOH
Fe
c
(R )- trans- cycl o octene
(S )-tr an s- cy cl oocte ne
(R ) -2 - m e th y lfe r ro c e n e c a r b o x y lic a c id
金灯藤 ( Cuscuta japonica )，也叫 日本菟丝子，淡红色者为菟丝子的 茎，旋花科。右手性。 绿叶是另外一种植物萝藦的叶子。 右手性。
北马兜铃( Aristolochia contorta )，马兜铃科， 右手性。
结构手性的一些例子:
人的四肢及感官器官 脊椎动物的骨骼结构 行星自转 大气气旋 发电机中的线圈 具有转动偏振面能力的矿石晶体 （如：石英） 宾馆中的旋梯 螺丝钉，剪刀 钉螺 衣服外套 手套，鞋子 围在颈项上的围巾
Asymmetric autocatalysis
Soai K. et al, Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 315-317
④ Chirality and Drugs
两种立体异构体具有不同生理活性的手性药物
H 3C O H O N H C O C H C l2 NO2 H H c h lo ram p h e n ic o l (1 R ,2 R )- stro n g a n tib io tic (1 S ,2 S )- n o C H 2O H HO HO CH3 CH2 C COOH N HO e stro n e (+ )- e stro g e n (-)- n o H H N CH3
手性，是自然界的基本属性。 手性所能描述的事物极其多样，大至星系旋臂、行星自 转、大气气旋，小到矿物晶体、有机分子、安培电流、弱相 互作用、宇称不守恒等等 没有手性，就没有生物的大千世界，当然，也就没有人 类本身。手性在所有生物的发生，发展，演变，代谢，繁殖 等一切生命活动中起支配作用。只要我们留意就会发现，在 我们周围，手性无处不在。天上飞的，地上跑的，土中长的， 水中游的以及肉眼看不见的微生物都是手性的。在人类的日 常生活中，天天在和手性物质打交道。我们吃有旋光性的面 包和肉食，喝有旋光性的饮料，服有旋光性的药物，穿有旋 光性的衣服，用有旋光性的纸张手性物质贯穿于人类生 活的方方面面。可以说，没有手性化合物就没有生物界，就 没有人类本身，也没有丰富多彩的人类生活。
⑷
螺旋手性分子: 螺旋型的手性分子
S S
S S S S
CHO CHO
(+ )-( P )-[ 1 ]- b e n zoth ie n o[ 5 ,4 -b ]n ap h th o [1 ,2 :4,5 ]th ien o [3 ,2 -e ][1 ]b en zo th io ph e n e- 2 -ca rb ald e h yd e