手性化合物

手性化合物

手性化合物是指分子量、分子结构相同，但左右排列相反，如实物与其镜中的映体。人的左右手、结构相同，大姆至小指的次序也相同，但顺序不同，左手是由左向右，右手则是由右向左，所以叫做“手性”。也就是指一对分子。由于它们像人的两只手一样彼此不能重合，又称为手性化合物

什么是手性？

当我们伸出双手，双手手心向上时，可以看出左右手是对称的，但是将双只手叠合，无论如何也不能全部重叠，总有一部分是不能重合在一起的；如果我们将左手置于一面平面镜前，手心对着镜子，可以看到镜子里的左手的像和右手手心对着自己一样，即左手的像和右手可以完全重叠。象这样左手和右手看来如同物与像，但又不能叠合在一起，互相成为“镜像”关系，就称之为“手性”。

有机化合物是含碳的化合物，一个碳原子的最外层上有四个电子，若以单键成键时，可以形成四个共价单键，共价键指向四面体的顶点，当碳原子连接的四个基团各不相同时，与这个碳原子相连接的四个基团有两种空间连接方式，这两种方式如同左右手，互为“镜像”，也是不能完全叠合在一起的，因此，这样的分子叫做“手性分子”。这种构成手性关系的分子之间，把一方叫做另一方的“对映异构体”。许多有机化合物分子都有“对映异构体”，即是具有“手性”。构成生物体的许多有机化合物都有“手性”。如α-氨基酸，在碳连接有一个羧基、一个氨基、一个烃基和一个氢原子（或一个不同于前边的烃基）*，这时你想将其中三个相同颜色的球重叠，但是余下的那个颜色的球总不能重叠。由这些手性氨基酸组成的蛋白质也就与“手性”有密切的关系，因此，生命生理活动中的许多现象与“手性”密不可分。

如何检验物质具有手性？

手性物质具有一特殊性质——旋光性，将纯净的手性物质的晶体，或是将纯净的手性物质配成一定浓度的溶液，用平面偏振光1照射，通过手性物质的偏振光平面会发生一定角度的旋转，这称为旋光性。这种偏振光的平面旋转可左可右，以顺时针方向旋转的对映体，称为右旋分子，用“+”或“d”表示；以逆时针方向旋转的对映体，称为左旋分子，用“-”或“l”；如果将互为对映体的手性物质等物质的量混合后，以偏振光照射，而偏振光不发生旋转，称为外消旋体或外消旋混合物，外消旋体是由于左旋分子和右旋分子发生的偏振光旋转

相互抵消，而使通过的偏振光的旋转不能被检出。因此，利用旋光性可以检验物质的手性，但要注意物质的纯度。

其他

另外，许多物质分子中并不是只有一个决定手性的碳原子，在分子内也会存在互为对映体的碳原子，这样的分子如果用偏振光照射，偏振光也不会发生旋转，称之为内消旋体，因为是分子内部的互为对映镜像原子对偏振光的旋转相互抵消，而使偏振光的旋转不被检出。

概述

手性物质是互成镜像，从物质的空间结构上看，对映体之间虽然不能重叠，但分子的组成是相同的，那么，许多物理化学性质也是相同的，讨论它有何意义呢？

回顾前面我们讲到的手，人的左右手是相互对称的，看上去相同，但不能重叠，这只是从外观上讲，在功能上，左右手可以做许多相同的事，但是左右手也各式各的偏好和专长，即左手能做的，右手不擅长做，甚至不能做，反之亦然。

那手性物质也与我们的手的结构和功能上可以类比，手性物质的对映体之间有许多相同的理化性质，如熔点、溶解度、发生相同类型的化学反应等等，但也有一些理化性同有极大的差异，如旋光性、气味、与手性物质相互作用产生不同的产物，特别是许多与生物体密切相关的生化反应中，均和物质的手性相关联，就是因为生命活动的生化反应与有机物的手性相关性，目前对物质的手性、物质的手性反应以及物质的手性合成和分离等，对人类来讲具有不可轻视的重大意义。

实例

⒊⒉⒈两种对映体之间有不同的气味或味道

（S）- 天冬酰胺，味甜（R）- 天冬酰胺，味苦

（S）- 香芹酮，芫荽香味（R）- 香芹酮，留兰香味

（S）- 苎烯，柠檬香味（R）- 苎烯，桔子香味

在食品工业中，选择调味品时，就应关注不同对映体的手性，选择不同手性的对映体，保障食品的品质和口味。

问题：得到手性化合物的方法

一拆分。

注意：尽量早一点合成手性中心并拆分，以免浪费更多的原料。

缺点：反应的原子经济性不高，总有些东西被浪费。

对策：把不需要的东西消旋，进入下一轮拆分。

二用手性原料合成

适用：手性原料价格便宜，容易购买，性质稳定。一般常用L-氨基酸，糖类，生物碱。

注意：手性原料是按当量加入的。

缺点：能用这种方法合成的东西比较少。

三酶催化合成(包括细菌发酵)

适用：很多东西。在不能用方法2时可以考虑。

优点：在常温常压反应，不污染环境，反应速度快。

注意：1.选择合适的酶或菌种.

2.控制温度，PH，防止异种细菌污染.

3.注意酶和菌种的储存条件，以免失活.

4.废液排放前要注意灭菌.

缺点：1.酶或菌种很难选择，很难鉴定.

2.条件不易控制.

3.酶或菌种不易保存，容易失活.

4.反应液往往粘性大，后处理不好进行.因此往往出现反应完全进行但收率不高的情况.

5.菌种可能对人体及环境有害，如果操作不当可能会引发疾病流行，甚至一些突变菌种进入自然界引发"生化危机".

四手性催化剂催化不对称合成

适用：很多东西

注意：1.手性催化剂多为配位化合物，选择反应条件时应避免强酸强碱高温高压，以免分解.

2.注意原料及试剂不能跟催化剂反应.

3.催化剂中心离子往往是重金属及贵金属，反应过程中催化剂可能分解，因此可能造成产品重金属超标，需要严格精制.

4.废液排放前要处理重金属.

缺点：1.很难找到合适的催化剂.

2.催化剂价格昂贵，由于结构特殊也不好买.有些只能自己制备.

3.这种催化剂要求回收，因此后处理方法可能不好选择.有时催化剂比产品还贵，回收成了主要任务，收率反屈居其次了.

4.催化剂回收套用几次后可能会出现催化能力下降，只好更换.

五手性化合物不对称诱导合成目标化合物

(本人刚刚接触，可能说的不对)

定义：向反应体系加入易得的手性化合物，使原料形成特殊的空间构型，进攻试剂及催化剂只能从另一个方向进攻，从而得到高EE%的目标产物.

适用：可能不广泛.

注意：1.作为诱导化合物的手性化合物一般结构简单，容易购买.

2.一般一类反应的诱导试剂是相同或近似的.例如MANNICH反应常用脯氨酸诱导.

3.有时仍需要用手性催化剂，有些只用一般催化剂。可能需要高效的稀土三氟甲磺酸盐催化剂搭配使用。

缺点：1.一般只能单向诱导.例如能形成R型，但无法形成S型.

2.相关文献比较少，有时根本找不到同类反应的文献.

沧海妹妹总结得很好，谢谢支持本版！

我个人认为目前实用性及通用性比较强的还是方法一，二，五。不过方法三也有一些工业化生产的实例。二属于手性底物诱导的不对称反应，由于原料具有手性，大位阻试剂或手性试剂进攻方向也是有选择的。五属于手性辅助试剂诱导的不对称反应。这两种方法是我在天然产物全合成中最常用，也是最喜欢用的。呵呵。

手性化合物用什么检测，最好？为什么？

我想问下，如果色谱检查对手性好还是旋光的好

手性物质具有一特殊性质——旋光性，将纯净的手性物质的晶体，或是将纯净的手性物质配成一定浓度的溶液，用平面偏振光1照射，通过手性物质的偏振光平面会发生一定角度的旋转，这称为旋光性。这种偏振光的平面旋转可左可右，以顺时针方向旋转的对映体，称为右旋分子，用“+”或“d”表示；以逆时针方向旋转的对映体，称为左旋分子，用“-”或“l”；如果将互为对映体的手性物质等物质的量混合后，以偏振光照射，而偏振光不发生旋转，称为外消旋体或外消旋混合物，外消旋体是由于左旋分子和右旋分子发生的偏振光旋转相互抵消，而使通过的偏振光的旋转不能被检出。因此，利用旋光性可以检验物质的手性，但要注意物质的纯度。

另外，许多物质分子中并不是只有一个决定手性的碳原子，在分子内也会存在互为对映体的碳原子，这样的分子如果用偏振光照射，偏振光也不会发生旋转，称之为内消旋体，因为是分子内部的互为对映镜像原子对偏振光的旋转相互抵消，而使偏振光的旋转不被检出。

色谱比较好，选择好的手性柱就可以分离

有机化合物中的立体结构异构

立体结构异构是指其分子式相同，构造相同．而分子内的原子在空间徘布的

位置不同，立体结构异构的类型有：

（1）顺反异构

顺反异构是指由于共价键的旋转受到阻碍而产生原子在空间排布的位置不同。顺、反-2-丁烯。

（2）构象异构

构象异构是指由于分子内单链旋转位置不同而产生的异构体，因此这种异构可以通过单键旋转而互相转化。一个化合物往往是处在各种构象异构的动态平衡中，而最稳定的构象存在的几率最大。(3)立体异构

立体异构是由于分子内手征性碳原子所连接的4个不同基团在空间排列顺序不同而产生的异构体。立体异构和顺反异构与构象异构不同，它们不能在没有键的断裂情况下，由于键旋转而互相转化，这种立体结构称为构型．所以立体异构体与顺反异构体都是由于构型不同而产生的异构体。

在立体异构．顺反异构与构象异构中，凡是和它的镜像不能重合的异构体可以有旅光性，称为旋光异构或光活性物质．一对互为镜像而又不能重合的异构体称为一对对映体。因此立体结构异构若从有无光学活性的角度来看，又可分成两大类有旋光性的和无旋光性的立体结构异构。

构造、构型、构象及旋光异构之间的关系是，具有相同的构造可以有不同的构型；具有相同的构型可以以不同的构象存在；具有相同的构造，但由于构型或构象的不同产生的异构属于立体结构的异构，凡是立体结构的异构中，与它的镜像不能重合的叫旋光异构。旋光异构体也叫做手性异构体。

气相色谱法分离手性化合物的特点(1)

色谱法的特点主要是它能够把复杂的混合物分离为各个组分，并逐个检测出来．色谱法效率很高，能分离性质只有微小差别的纵分．但是在对手性化合物的映体之间，除了偏振光的偏转方向不同以外，其它理化性质如蒸气压、溶解度等，在非手性环境中几乎完全相同，因此，不能用简单的以蒸馏、结晶等方法进行分离，也就是说不能用一般的色谱法对其进行分离。对映体拆分一直是色谱分析中的难题，吸引着众多研究者的兴趣。要在色谱仪上进行对映体分离，必须引入一定的手性环境，目前，有两种方法可以选择．第一是使用手性试剂的间接法，第二是使用手性固定相的直接法。(一)间接法

与化学拆分法原理近似，让待分析的对映体与手性试剂反应，利用所生成的非对映异构体理化性质的差别，在非手性固定相上进行分离。

外消旋的醇、胺、羧酸、羟基酸和氨基骏等部可用该法进行分离．常用的手性试剂有手性醇、胺、N(O)-全氟代酰基的羟基酸酰氯或氨基酸酰卤等．

间接法是先形成非对映异构体，然后利用非对映异构体在沸点、溶解度上的差异进行分离，其应用有很多缺点，主要表现在：

(1) 需要旋光纯度高的手性试剂；

(2) 消旋体和手性试剂需具有匹配的功能团；

(3) 生成的非对映异构体需具有足够大的差异，并在色谱条件下

足够稳定；

〔4) 反应过程可能伴随消旋和降解等副反应，给定量分析造成困难．

(二)直接法

直接法分离对映体是在手性固定相上进行．其原理是通过待拆分对映体与手性固定相之间的瞬间可逆相互作用，根据形成瞬间缔合物的难易程度和稳定程度，经过多次平衡以后，达到对映体的分离．直接法克服了间接法的许多缺点，近年来已取得了令人瞩目的进展，我们主要对直接法进行较详细的讨论．

GC 手性固定相的分类

按照样品和固定相的作用模式可以把GC手性固定液分为三类：

1．氢键型

2．配位型（coordination）

3．包含型（inclusion）

（P. Schreier, A. Bernreuther, M. Huffer, Analysis of Chiral Organic Molecules, Wａｌｔｅｒde Gruyter, Berlin, 1995.，

W.A. Konig, Trends Anal. Chem. 1993，12：130.）

·利用氢键型作用力在手性氨基酸衍生物固定相上分离氨基酸对映体。

(H. Frank, G.J. Nicholson, E. Bayer, J. Chromatogr. Sci., 1977,15：174.)

·利用形成配位络合物在配位型固定相上分离金属配位型对映体。

（V. Schurig, J. Chromatogr. 1988，441：135.）

·利用形成包含化合物在包含型固定相（环糊精衍生物）上分离对映体。

（V. Schurig, J. Chromatogr. A 1994，666：111.）

在开始时手性选择剂（固定液）使用纯液体，或者在角鲨烷或聚硅氧烷中的溶液，为了提高色谱柱的柱效和选择性，就把手性选择剂键合到聚硅氧烷链上，变成聚硅氧烷型手性固定相（Chirasil-type），这样一来大大提高了热稳定性、柱效和耐用性。