對映選擇合成

對映選擇合成，也稱為不對稱合成，是化學合成的一種形式。國際理論化學和應用化學聯合會將其定義為一種化學反應（或反應序列），其中在底物分子中形成一個或多個新的手性元素，并產生不等量的立體異構（對映體或非對映體）產品。更簡單地說：它是用一種有利于形成特定對映體或非對映體的方法合成一種化合物。對映體是在每個手性中心具有相反構型的立體異構體。非對映體是在一個或多個手性中心不同的立體異構體。對映選擇合成是現代化學的一個關鍵過程，在制藥領域尤其重要，因為一個分子的不同對映體或非對映體往往具有不同的生物活性。概述生物系統的許多組成部分，如糖和氨基酸，都是以一種對映體的形式產生的。因此，生物系統具有高度的化學手性，并經常與一個特定化合物的各種對映體發生不同的反應。這種選擇性的例子包括。風味：人工甜味劑阿斯巴甜有兩個對映體。L-阿斯巴甜嘗起來很甜，而D-阿斯巴甜是無味的。氣味。R-(-)-卡瓦酮聞起來像留蘭香，而S-(+)-卡瓦酮聞起來像香菜。藥物效力：抗抑郁藥物西酞普蘭是以外消旋混合物的形式出售。然而，研究表明，只有(S)-(+)對映體負責該藥物的有益作用。藥物安全性。D-青霉胺用于螯合療法和治療類風濕性關節炎，而L-青霉胺是有毒的，因為它抑制吡哆醇的作用，吡哆醇是一種重要的B族維生素。因此，對映體的選擇性合成是非常重要的，但也很難實現。對映體具有相同的熱焓和熵，因此應通過不定向的過程產生等量的對映體--導致外消旋混合物。對映體的選擇性合成可以通過使用手性特征來實現，該特征通過過渡態的相互作用使一種對映體的形成優于另一種。這種偏向性被稱為不對稱誘導，可以涉及底物、試劑、催化劑或環境中的手性特征，并通過使形成一種對映體所需的活化能低于對映體的活化能而發揮作用。對映選擇性通常由對映區分步驟的相對速率決定--一個反應物可以變成兩個對映體產品中的任何一個。反應的速率常數k是反應活化能的函數，有時稱為能量屏障，并且與溫度有關。使用能量屏障的吉布斯自由能ΔG*，意味著在給定的溫度T下，對立的立體化學結果的相對速率是。k1k2=10ΔΔG?T×1.98×2.3{displaystyle{frac{k_{1}}{k_{2}}=10{frac{DeltaΔG{*}}{Ttimes1.98times2.3}}}。這種溫度依賴性意味著在較低的溫度下，速率差異以及對映選擇性都會更大。因此，即使是很小的能壘差異也會導致明顯的影響。

對映選擇合成的方法

對映選擇性催化對映選擇性催化（傳統上稱為不對稱催化）是使用手性催化劑進行的，通常是手性配合物。與其他任何對映選擇性合成方法相比，催化對更廣泛的轉化有效。手性金屬催化劑幾乎無一例外地通過使用手性配體而變得具有手性，但也有可能產生完全由非手性配體組成的手性金屬配合物。大多數對映選擇性催化劑在低底物/催化劑比率下有效。鑒于它們的高效率，它們通常適合于工業規模的合成，即使使用昂貴的催化劑。

對映選擇性合成的一個通用例子是不對稱氫化，它被用來減少各種各樣的功能團。新催化劑的設計主要由新的配體類別的發展來主導。某些配體，通常被稱為特權配體，對廣泛的反應有效；例子包括BINOL、Salen和BOX。大多數催化劑只對一種類型的不對稱反應有效。例如，用BINAP/Ru進行的Noyori不對稱氫化反應需要一個β-酮，盡管另一種催化劑BINAP/二胺-Ru將范圍擴大到α,β-烯烴和芳香族化學品。

手性助劑

手性助劑是一種有機化合物，它與起始原料偶合，形成一種新的化合物，然后通過分子內不對稱誘導進行非對映選擇性反應。在反應結束時，在不會導致該化合物外消旋的條件下，將輔助劑去除。