对映选择合成

对映选择合成，也称为不对称合成，是化学合成的一种形式。国际理论化学和应用化学联合会将其定义为一种化学反应（或反应序列），其中在底物分子中形成一个或多个新的手性元素，并产生不等量的立体异构（对映体或非对映体）产品。更简单地说：它是用一种有利于形成特定对映体或非对映体的方法合成一种化合物。对映体是在每个手性中心具有相反构型的立体异构体。非对映体是在一个或多个手性中心不同的立体异构体。对映选择合成是现代化学的一个关键过程，在制药领域尤其重要，因为一个分子的不同对映体或非对映体往往具有不同的生物活性。概述生物系统的许多组成部分，如糖和氨基酸，都是以一种对映体的形式产生的。因此，生物系统具有高度的化学手性，并经常与一个特定化合物的各种对映体发生不同的反应。这种选择性的例子包括。风味：人工甜味剂阿斯巴甜有两个对映体。L-阿斯巴甜尝起来很甜，而D-阿斯巴甜是无味的。气味。R-(-)-卡瓦酮闻起来像留兰香，而S-(+)-卡瓦酮闻起来像香菜。药物效力：抗抑郁药物西酞普兰是以外消旋混合物的形式出售。然而，研究表明，只有(S)-(+)对映体负责该药物的有益作用。药物安全性。D-青霉胺用于螯合疗法和治疗类风湿性关节炎，而L-青霉胺是有毒的，因为它抑制吡哆醇的作用，吡哆醇是一种重要的B族维生素。因此，对映体的选择性合成是非常重要的，但也很难实现。对映体具有相同的热焓和熵，因此应通过不定向的过程产生等量的对映体--导致外消旋混合物。对映体的选择性合成可以通过使用手性特征来实现，该特征通过过渡态的相互作用使一种对映体的形成优于另一种。这种偏向性被称为不对称诱导，可以涉及底物、试剂、催化剂或环境中的手性特征，并通过使形成一种对映体所需的活化能低于对映体的活化能而发挥作用。对映选择性通常由对映区分步骤的相对速率决定--一个反应物可以变成两个对映体产品中的任何一个。反应的速率常数k是反应活化能的函数，有时称为能量屏障，并且与温度有关。使用能量屏障的吉布斯自由能ΔG*，意味着在给定的温度T下，对立的立体化学结果的相对速率是。k1k2=10ΔΔG∗T×1.98×2.3{displaystyle{frac{k_{1}}{k_{2}}=10{frac{DeltaΔG{*}}{Ttimes1.98times2.3}}}。这种温度依赖性意味着在较低的温度下，速率差异以及对映选择性都会更大。因此，即使是很小的能垒差异也会导致明显的影响。

对映选择性催化对映选择性催化（传统上称为不对称催化）是使用手性催化剂进行的，通常是手性配合物。与其他任何对映选择性合成方法相比，催化对更广泛的转化有效。手性金属催化剂几乎无一例外地通过使用手性配体而变得具有手性，但也有可能产生完全由非手性配体组成的手性金属配合物。大多数对映选择性催化剂在低底物/催化剂比率下有效。鉴于它们的高效率，它们通常适合于工业规模的合成，即使使用昂贵的催化剂。

对映选择性合成的一个通用例子是不对称氢化，它被用来减少各种各样的功能团。新催化剂的设计主要由新的配体类别的发展来主导。某些配体，通常被称为特权配体，对广泛的反应有效；例子包括BINOL、Salen和BOX。大多数催化剂只对一种类型的不对称反应有效。例如，用BINAP/Ru进行的Noyori不对称氢化反应需要一个β-酮，尽管另一种催化剂BINAP/二胺-Ru将范围扩大到α,β-烯烃和芳香族化学品。

手性助剂是一种有机化合物，它与起始原料偶合，形成一种新的化合物，然后通过分子内不对称诱导进行非对映选择性反应。在反应结束时，在不会导致该化合物外消旋的条件下，将辅助剂去除。