动态动力学拆分方法在不对称催化中的应用与进展

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第4期化学工业与工程技术V0L25NO．42004年8月JournalofChemicalIndustry＆EngineeringAug．，2004动态动力学拆分方法在不对称催化中的应用与进展冯一军，刘均洪(青岛科技大学化工学院，山东青岛266042)摘要：不对称催化在有机合成中具有广阔的应用前景。传统的动力学拆分方法的缺点是最大产率仅为50。而采用动态动力学拆分方法，所有外消旋底物都能转化成单一的对映体，产率为100。主要论述了酶催化的动力学拆分、金属催化的外消旋作用及两者相结合的动

2、态动力学拆分方法的原理和应用。关键词：不对称催化；夕消旋作用；对映异构体；拆分中圈分类号：TB122文献标识码：A文章编号：1006—7906(2004)04-0001—04不对称催化中使用生物催化剂或化学催化是因为酶与不同手性试剂反应的速率不同。为了获剂[】]。化学催化剂主要指金属催化剂，也包括有机得较好的具有对映选择性的产物，有必要使反应拆催化[2和路易斯酸催化反应生成的单一手性化合分率小于50。当拆分率小于50时，产物的光学物；生物催化剂主要指酶，尤其指水解酶类。纯度高。因为此时酶主要优先作用于最适底物(对三酰甘油水解酶是一种脂肪酶，

3、是有机合成中映消旋体中的某一特定构型的底物)，当拆分率大于用途最广泛的一类生物催化剂。脂肪酶能溶解于有50时，酶的最适底物耗尽，此时酶也可慢作用于另机溶剂中，从而使催化效率更高。脂肪酶通常与具一构型的对映体，产物的光学纯度急剧下降[6]。很有手性的化合物反应。多酶催化的反应在动力学上遵循Michaeois—Men-传统动力学拆分方法的缺点是最大产率仅为ten动力方程。50，另一半异构体只得废弃，不仅污染环境，也与在酶催化的动力学拆分的反应中，为对酶催化原子经济原则相差甚远[3]。而采用动态动力学拆分生成不同对映体有一个综合评价，除要考虑酶催

4、化(以下简称DKR)方法，所有外消旋底物都能转化成反应的对映体过量，还要考虑酶催化反应的拆分率。单一的对映体[4]，理论产率为100。当今，不对称因此采用无量纲参数(对映选择率E)来评价酶的催催化中广泛采用内消旋的底物或潜手性的底物，在化反应，这是一经验规则，对映选择率低于15通手性物质影响下不对称合成单一手性化合物[5]。但常认为没有实用价值[3]。催化拆分外消旋体仍是得到单一手性化合物的重要使用酯酶能使胺、醇、硫醇有效拆分[3]。从反方法。应机制看，酯酶、脂肪酶、蛋白酶(当作用于酯时)均1酶催化的动力学拆分遵循一相似机制[3]。通常脂肪

5、酶具有亲核作用的动力学拆分的原理如图1。R，S代表底物(外活性位点，作用于脂的羧基。脂肪酶、酯酶以及一些消旋体)，P，Q代表产物(单一对映体)，R和S具有蛋白酶的亲核基团是丝氨酸的羟基。有些蛋白酶活不同的反应速率，速率常数分别为K，K，动力学性位点可能是天冬氨酸的羧基或是半光氨酸的硫醇拆分外消旋体的最高转化率为50。基。，KR2外消旋作用R快P(产率为50)2．1外消旋作用的方法不对称合成在近20年里取得了很大的发展，但／s⋯⋯争一Q___-●________●_●__-__-_____一收稿日期：2004—03—29图1动力学拆分原理基金

6、项目：国家自然科学基金资助课题，批准号；20176019。作者简介：冯一军(1973一)，男，工程师，硕士研究生，主要从酶的活性位点具有手性特征，因此催化对映异事生物化工方向的研究工作。构性的底物在拆分产物过程中具有更高的产率，这通讯联系人：刘均洪，电子信箱tliujh@public．qd．sd．cn．维普资讯http://www.cqvip.com·2·化学工业与工程技术2004年第25卷第4期外消旋体的动力学拆分仍是一主要领域。外消旋体3b)。研究表明，钌的二卤化物的催化满足双质子动力学拆分的缺点是生成对映纯体的最大产率只有机制；而铑、

7、铱及大多数钌的非二卤化物均满足单质509／6，且产物必须从具有化学惰性的对映异构体中子机制。分离出来，存在产物分离困难的问题。如果不需要HOal的那种对映体易于消旋，可转化成需要的对映体，那R·～—人：～x．就更好，否则要浪费掉509／6的产物_8]。从热力学观点看，外消旋作用有利于反应的发生，这是因为混合bRR每．：+⋯+L一叉R人O：～两种对映体是熵增加的过程。外消旋作用技术主要受所底物的性质制约。Zwanenbun和他的同事将外消旋作用进行了分钌催化剂[Ru2(CO)(一H)(CPhCO—类_9]：(1)碱基催化的外消旋作用；(2)s

8、chm碱介导HOCCPh)的外消旋作用遵循双质子机制，该反应的外消旋作用；(3)热外消旋作用；(4)酶催化的外消的重要特征是不需碱基做辅催化剂，配体中的氧可旋作用；(5)酸催化的