“手性”和不對稱催化反應簡介及發展

摘 要:本文簡單介紹了手性的重要性和類型;就不對稱催化法合成作簡要概述，包括生物不對稱催化和化學不對稱催化技術，展望了不對稱催化反應在高分子化學合成中的發展方向。

關鍵詞:手性生物不對稱催化反應

中圖分類號:R917文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(a)-0221-02

Abstract:This paper has introduced the importances and types of chirality simply，and summarized the synthesis of skew symmetric catalysis，including biologiycal and chemical asmmetriccatalyticreaction technology.The paper also has looked forward to the development orientation of asmmetriccatalyticreaction reaction in polymer chemistry synthesis.

KeyWords:chirality;biologiycal asmmetriccatalyticreaction

1 簡介

手性就是物質的分子和鏡像不重合性，如分子具有手性，此物就具有旋光性，手性是物質具有旋光性和產生對映異構現象的必要條件。有機分子由于具有若干相同組成原子而具有對稱性。

(1)旋轉對稱性，如果一個分子圍繞著通過這個分子的一條線旋轉一定角度后，結果分子的定向和原來的分子一樣，則這個分子有一個對稱軸。

(2)反射對稱性，如果一個分子的所有原子都在同一個平面里，或者一個平面能夠通過這個分子，從而把這個分子分為互為鏡像的兩半，一半反應著另一半，這個分子就有一個對稱平面。

(3)中心對稱性，如果所有能通過分子的中心的直線在以分子中心等距離的地方都遇到相同的原子，這個分子就有一個對稱中心。

(4)象轉對稱性，如果一個分子圍繞著通過分子的軸旋轉一定角度，再用一面垂直于旋轉軸的鏡子反射經過旋轉的分子，結果所得構型和原構型一樣，這個分子就有一個象轉對稱軸。

人工合成是獲得手性物質的主要途徑。外消旋體拆分、底物誘導的手性合成和手性催化合成是獲得手性物質的三種方法，其中，手性催化合成方法被公認為學術和經濟上最為可取的手性技術，因而得到廣泛的關注和深入的研究。因為一個高效的手性催化劑分子可以誘導產生成千上萬乃至上百萬個手性產物分子，達到甚至超過了酶催化的水平。

未來的合成化學必須是經濟的、安全的、環境友好的以及節省資源和能源的化學，化學家需要為實現“完美的反應化學”而努力，即以100%的選擇性和100%的收率只生成需要的產物而沒有廢物產生。

“手性”(chirality，意思是“手征性”)，是用來表達化合物構型的不對稱性的術語，它是指化合物分子或者分子中某些基團的構型可以排列成互為鏡像但是不能重疊的兩種形式。

手性化合物分子中的原子組成相同，但其中的原子三維空間排列不同，從而引起構型相反，互為鏡像。這就好比人手的左右不對稱性:右手和左手相互不能重疊，正如同實物和其鏡像的關系。持這種對映關系的一對化合物稱為對映體。由此看來，用“手性”這一術語來表達分子的對映關系顯得既科學又形象。如果這對對映體是等量地混合在一起的，則稱之為消旋體。如果只有一種對映體，則稱為單一對映體。

手性化合物的一個重要特征是，它們能將平面偏振光旋轉一個角度。對映體各自使偏振光旋轉的能力大小相等，但方向卻是相反的。使偏振光朝順時針方向旋轉的稱為右旋對映體，引起逆時針方向旋轉的稱為左旋對映體。對于消旋體，由于組成的對映體(實物與鏡像)相互抵消，不會使偏振光旋轉，則無光學活性。

手性化合物的兩個對映體不僅具有相反的旋光特性，而且還可能具有截然不同的生理活性。例如，日常生活中熟知的抗菌素合霉素，如果是消旋體，則無光學活性。合霉素中起抗菌活性的是其中的一半，即稱為氯霉素的左旋對映體。

“手性”是自然界的一種屬性。在生命的產生、演變進化這樣漫長的過程中，自然界造就了許多分子，手性分子占去了很大的比例。構成蛋白質的氨基酸都是L型氨基酸，多糖和核酸的單糖是D型糖(L和D型是一種表示分子中原子排列的符號，它們是一種對映關系)。目前，這一規律在天然的蛋白質、多糖和核酸中均無例外。雖然產生這種手性的確切機理、起源和過程仍是科學上的未解之謎，但有一點是明確的:這些分子的作用以至于生命過程均與手性有關。這個現象稱為“手性識別”。這種識別可比喻為手與手套的關系，右手能套進右手套，而左手就套不進右手套。

“手性識別”對人類的健康非常重要。這可通過手性藥物的情況來說明。以前，人工合成的手性藥物極大部分是所謂的“右手和左手各占半”的消旋藥。而在人體內起作用的也許僅是其中的一半，即其中的一個對映體有藥理作用，而另一個對映體少有或者沒有藥理活性甚至可能有強毒副作用。原因是手性藥物的對映體在人體內的生理活性、代謝過程、代謝速率以及毒副作用等方面有差異。

這種例子很多。治療哮喘病的沙丁胺醇就是一例。它的有效對映體的藥理活性要比另一對映體的大80倍。1999年美國食品與藥物管理局(FDA)批準了新藥“左旋沙丁胺醇”(商品名為Xoperex)上市。該藥作為一種帶噴霧劑的吸入溶液在治療和預防哮喘病人的支氣管痙攣方面，具有療效好、副反應小和服藥量更小的優點。又例如，L－多巴是治療帕金森癥的藥物，作為“前藥”攝入病人體內，再由體內的酶將多巴轉化為具有藥理作用的多巴胺。由于人體內的酶對該“前藥”多巴是專一性的，只有左旋的L－多巴能被酶所轉化，因此，服用消旋的多巴的話，右旋多巴不被酶所轉化，日積月累在人體內沉積下來，勢必對病人造成新的危害。

也有一種情況是，如果手性藥物的兩個對映體的藥理活性相當，它們的毒副作用無差別，那就沒有必要服用單一對映體的藥了。

2 發展

綜觀20紀90年代高分子手性催化劑的發展過程，不對稱合成反應的研究越來越受到人們的重視，它已成為整個有機合成化學的熱點和前沿，也代表了21世紀有機合成化學的發展方向。在不對稱合成中，最有效最有經濟價值的是不對稱催化反應，它僅使用少量的手性催化劑便可獲得大量的新的光學活性物質因而成為合成手性化合物的非常有用的方法，也是當前不對稱合成研究領域重要的研究課題。越來越多的科學化學公司意識到這一方面的優越性和潛在應用前景。高分子手性催化劑具有分離簡單和可循環使用等多相催化劑的優點，克服了昂貴的均相催化劑回收困難等缺點，符合當前綠色化工和可持續性發展戰略和需要，國際上研究已逐步走向應用階段，國內一些單位也正在加快研究步伐，可望在21世紀高分子手性催化劑在工業生產手性原料，藥物，香料等精細化學品方面得到應用。

綠色化學所追求的目標是實現高效，高選擇性(包括化學選擇，區域選擇，立體選擇和對映選擇)的化學反應，極少的副產物，實現零排放以達到原子經濟性反應。相對于化學量的反應，在金屬絡合物催化劑存在下進行的高效，高選擇性反應更符合綠色化學的基本要求，雖然利用傳統的拆分消旋體可以得到單一的手性分子，但是最高的產率也只有50%，另一半異構體只得廢棄，污染環境。因此，不對稱催化反應更符合綠色化學的要求。低成本、高藥效的手性藥物開發為不對稱催化合成的發展提供了巨大的吸引力，其廣闊的市場需求更是不對稱催化發展的強勁動力。

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