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工业催化期末论文——手性催化研究方向姓名：学院：班级：学号：手性催化研究发展摘要：手性就是物质的分子和镜像不重合性。
手性是自然界的基本属性之一，手性是物质具有旋光性和产生对映异构现象的必要条件。
构成生命体的有机分子绝大多数是不对称的，手性是三维物体的基本属性，如果一个物体不能与其镜像重合，就称为手性物体。
这两种形态称为对映体，互为对映体的两个分子结构从平面上看完全相同，但在空间上完全不同，如同人的左右手互为镜像，但不能完全重合，科学上称其为手性。
人工合成是获得手性物质的主要途径。
外消旋体拆分、底物诱导的手性合成和手性催化合成是获得手性物质的三种方法手性物质的获得，其中，手性催化是最有效的方法，因为他能够实现手性增殖。
一个高效的手性催化剂分子可以诱导产生成千上万乃至上百万个手性产物分子，达到甚至超过了酶催化的水平。
关键字：手性催化催化剂影响引言：我国关于手性催化研究的进程与发展本文介绍了手性催化剂的基本特征，并结合国际上手性催化研究的最新进展，主要回顾了我国科学家近年来在新型手性配体、金属配合物手性催化、生物手性催化、有机小分子手性催化、负载手性催化剂、以及新概念与新方法等方面取得的重要研究进展[4]，并展望了手性催化的未来发展趋势。
一、手性催化的简介手性就是物质的分子和镜像不重合性,如分子具有手性,此物就具有旋光性,手性是物质具有旋光性和产生对映异构现象的必要条件。
有机分子由于具有若干相同组成原子而具有对称性。
(1)旋转对称性,如果一个分子围绕着通过这个分子的一条线旋转一定角度后,结果分的定向和原来的分子一样,则这个分子有一个对称轴。
(2)反射对称性,如果一个分子的所有原子都在同一个平面里,或者一个平面能够通过这个分子,从而把这个分子分为互为镜像的两半,一半反应着另一半,这个分子就有一个对称平面。
(3)中心对称性,如果所有能通过分子的中心的直线在以分子中心等距离的地方都遇到相同的原子,这个分子就有一个对称中心。
手性催化剂的应用及用量手性催化剂是一类能够选择性地催化手性反应的化合物，广泛应用于有机合成领域。
它们的应用范围涵盖了从药物合成到化学品生产的多个领域。
在这篇回答中，我将介绍手性催化剂的一些常见应用以及它们在反应中的用量。
手性催化剂的应用可以分为不对称合成和不对称转化两个大的方面。
不对称合成是指利用手性催化剂将不对称底物转化为手性产物的过程。
不对称转化则是指将不对称底物转化为手性产物的过程。
以下是手性催化剂在这两个方面的一些常见应用。
在不对称合成中，手性催化剂广泛用于药物合成领域。
例如，手性氨基酸催化剂如L-谷氨酸盐酸盐和L-谷氨酸甲酯可以用于催化利用动力学拆分法合成手性药物的过程。
L-谷氨酸盐酸盐和L-谷氨酸甲酯这两种手性催化剂在气相中的应用范围广泛，它们可以催化烯烃和炔烃的不对称合成，合成出具有手性的碳氢化合物。
此外，手性催化剂也可以用于有机合成中的不对称羟酰胺合成。
例如，将手性席夫碱催化剂引入到不对称羟酰胺合成反应中，可以有效地催化手性亚磷酰亚胺的反应。
这些手性亚磷酰亚胺可以作为不对称合成中的重要中间体，用于合成手性药物和其他有机化合物。
在不对称转化中，手性催化剂也有广泛的应用。
一个重要的应用是手性酯化反应。
手性催化剂可以催化酯化反应，将手性醇与酸反应得到手性酯。
例如，手性吲哚催化剂可以催化酚与芳香酸酯化反应，得到手性酯。
这些手性酯可以作为药物中间体，用于合成手性药物。
此外，手性催化剂还可以应用于不对称的亲核取代反应。
例如，手性吡啶催化剂可以催化芳基溴化物和亲核试剂的反应，得到具有手性的取代产物。
这种手性催化剂在药物和农药合成中有重要的应用。
手性催化剂在反应中的用量通常很低，因为它们属于催化剂，可以在反应过程中循环使用。
一般来说，手性催化剂的使用量为底物的几个百分之一到几个千分之一。
不同的反应和催化剂具体要求不同，因此具体用量需要根据实际情况进行优化。
总结起来，手性催化剂在不对称合成和不对称转化中都有广泛的应用。
酶催化合成手性药物手性药物是一类非常特殊的生物活性物质，它们具有独特的化学结构和非常复杂的生物活性，常常是一种手性异构体，其中一种具有治疗作用，而相反手性异构体则可能具有毒性。
因此手性药物的制备和纯化显得尤为重要和困难，而酶催化合成手性药物则成为了一种重要的手段。
酶是一种天然的催化剂，它具有高效、专一性、选择性、可控性等特点，因而被广泛地应用于生物化学、工业化学、药物化学领域，尤其是在手性药物合成中，酶催化技术具有独特的优势。
酶催化合成手性药物的基础是手性催化反应，即利用手性催化剂（如酶）来催化手性化合物之间的化学反应。
在手性催化反应中，不同手性异构体间的反应速率和结构是有区别的，可以实现对手性化合物的不对称合成。
酶催化合成手性药物的中心在于利用手性酶对手性底物进行催化反应，使其产生高对映选择性的产物。
酶催化合成手性药物的过程一般包括两个主要步骤：手性底物酶催化反应和后处理。
手性底物酶催化反应是酶催化合成手性药物的核心环节。
在这个过程中，酶催化剂发挥其专一性和高效性的作用，选择性地催化目标底物产生高对映选择性的产物。
目前常用的酶催化剂主要有酯酶、脱氢酶、转移酶、氨化酶、羟化酶等。
同时，为了进一步提高手性药物合成的效率和选择性，有时还需要对酶进行改造和工程。
后处理是将反应产物中残留的杂质从目标产物中分离出来的过程。
这个过程主要涉及产物分离、纯化和析出等步骤。
通常使用液-液分离、毒性除去、分子筛分离等方法来分离产物中的杂质，然后通过萃取、结晶、蒸馏等方法来纯化产物，最终通过浓缩和干燥等方法在产物中析出目标化合物。
酶催化合成手性药物的应用非常广泛。
例如，世界上最大的口服降糖药物甲磺酸二甲双胍就是通过酶催化合成而成，而亚洲唯一的口服抗癌药物伊立替康也是通过酶催化合成而成。
酶催化技术还可以用于制备氨基酸、植物生长调节剂、医疗诊断试剂等领域。
不过，酶催化合成手性药物还面临着一些挑战和难点。
例如，大多数酶的稳定性较差，容易受到反应条件的影响而失去活性；酶催化反应有时处于平衡状态，需要借助其他手段来促进反应的进行和产物的析出；还有一些合成路线非常复杂，需要进行多步反应，在每一步反应中对催化剂和反应条件进行反复优化。
化学合成反应中的手性识别在化学合成反应中，手性识别是一个重要的概念。
手性是指一个分子的非对称性，即它无法与自己的镜像完全重合。
简单来说，一个分子的手性是由它的立体构型决定的。
手性识别是指确定一个分子的手性是否符合要求的过程。
在化学合成中，手性识别是非常关键的，因为许多化合物的活性和物性都与它们的手性密切相关。
手性识别的方法有很多种，其中最常用的是手性催化剂。
手性催化剂是一种有手性的化合物，它可以参与化学反应，并选择性地引发一种手性的反应路径。
这些催化剂通常分为两类：手性有机小分子催化剂和手性金属催化剂。
手性有机小分子催化剂通常具有手性基团，可以作为配体与金属离子配位形成手性催化剂。
这类催化剂通常具有较大的反应基团，具有良好的立体位阻效应，可以选择性地催化一种手性的反应。
与此同时，这些催化剂通常也具有较高的催化活性和选择性，且操作方便，不易受到污染和劣化。
手性金属催化剂也是一种常见的手性识别方法。
这种催化剂通常由有手性的金属配合物组成。
这些配合物可以选择性地催化一种手性的反应，并具有良好的催化活性和选择性。
与手性有机小分子催化剂相比，手性金属催化剂通常具有更高的反应速率和更好的选择性，但需要使用特殊的合成方法。
此外，这种催化剂也更容易受到污染和劣化。
除了催化剂以外，还有一些其他的手性识别方法。
其中比较重要的是手性色谱分离技术。
手性分离方法通常是通过分离手性配体或分割手性生成区域来实现的。
这种方法可以在许多化学合成反应中使用，但通常需要较长的分离时间和更复杂的设备。
手性识别在化学合成中扮演着非常重要的角色。
通过正确地选择手性催化剂或手性分离方法，可以选择性地合成手性合成物，从而获得所需要的手性产物。
在未来，随着手性化学的发展和应用，手性识别方法也将得到更广泛的应用。
手性金属配合物催化剂对不对称反应所起作用不对称反应是有机合成中的重要反应类型，可用于合成具有特定立体结构的化合物。
在过去的几十年里，手性金属配合物催化剂已经被广泛应用于不对称合成领域，并取得了重要的进展。
本文将探讨手性金属配合物催化剂在不对称反应中的作用机制和应用。
手性金属配合物催化剂具有手性中心，可以有效地诱导不对称反应的进行。
它们在催化剂的选择区域、立体诱导和亲核活性等方面起到关键作用。
手性金属配合物催化剂通常由金属离子和手性配体组成。
金属离子的选择取决于反应的具体需求，常见的金属包括钯、铱、铑和铜等。
手性配体可以提供立体效应，通过与底物的相互作用，影响催化剂与底物的立体和电子性质。
手性金属配合物催化剂在不对称反应中的作用机制可以解释为手性诱导和控制。
催化剂通过与底物形成手性配位体位点，使得反应途径更具立体选择性。
这种立体选择性可以通过Handedness Transfer Model进行解释。
在此模型中，底物与手性金属配合物催化剂之间发生相互作用，通过“交换”手性中心，手性信息被传递给底物并引导其手性生成。
手性金属配合物催化剂在不对称反应中的应用非常广泛。
它们已成功地应用于不对称加氢、氧化、羰基还原、Michael加成等反应中。
其中，不对称氢化反应被认为是最具代表性的不对称反应之一。
手性金属配合物催化剂可以通过与底物形成配位键，有效地实现对不对称氢化反应的立体选择性控制。
这种反应广泛应用于药物和农药的合成，产物的手性纯度高，对实验室和产业具有重要意义。
另外，手性金属配合物催化剂还可以应用于不对称C-C键和C-X键形成反应中。
通过催化剂的选择和优化，可以实现底物的不对称催化转化。
这些反应对于合成特定立体结构的天然产物或药物分子非常重要。
尽管手性金属配合物催化剂在不对称反应中具有很多优势，但也存在一些挑战。
其中，催化剂的活性和选择性是关键问题。
虽然很多手性配体被设计和合成，但很少有一种配体可以广泛适用于不同反应类型。
手性催化研究的新进展与展望手性是自然界的基本属性之一，与生命休戚相关。
近年来，人们对单一手性化合物（如手性医药和农药等）及手性功能材料的需求推动了手性科学的蓬勃发展。
手性物质的获得，除了来自天然以外，人工合成是主要的途径。
外消旋体拆分、底物诱导的手性合成和手性催化合成是获得手性物质的三种方法，其中，手性催化是最有效的方法，因为他能够实现手性增殖。
一个高效的手性催化剂分子可以诱导产生成千上万乃至上百万个手性产物分子，达到甚至超过了酶催化的水平。
2001年，诺贝尔化学奖授予了三位从事手性催化研究的科学家Knowles、Noyori 和Sharpless，以表彰他们在手性催化氢化和氧化方面做出的开拓性贡献，同时也彰显了这个领域的重要性以及对相关领域如药物、新材料等产生的深远影响。
我国对于手性催化合成的研究始于上世纪80年代，从90年代逐渐引起重视。
1995年戴立信、陆熙炎和朱光美先生曾撰文呼吁我国应对手性技术特别是手性催化技术的研究给予重视[1]。
国家自然科学基金委员会九五和十五期间分别组织了“手性药物的化学与生物学研究”（戴立信院士和黄量院士主持）[2]、“手性与手性药物研究中的若干科学问题研究”（林国强院士主持）[3]重大研究项目，同时中国科学院和教育部等也对手性科学与技术的研究给予了重点支持，极大地推动了我国手性科学和技术领域特别是在手性催化领域的发展，取得了一批在国际上有较大影响的研究成果，并培养了一支优秀的研究队伍，在手性催化研究领域开始在国际上占有一席之地。
本文结合国际上手性催化研究的最新进展，主要回顾了我国科学家近年来在新型手性配体、金属配合物手性催化、生物手性催化、有机小分子手性催化、负载手性催化剂、以及新概念与新方法等方面取得的重要研究进展[4]，并展望了手性催化的未来发展趋势。
一、新型手性配体的设计合成手性配体和手性催化剂是手性催化合成领域的核心，事实上手性催化合成的每一次突破性进展总是与新型手性配体及其催化剂的出现密切相关。
有机化学基础知识点手性识别与手性催化剂有机化学基础知识点：手性识别与手性催化剂在有机化学领域，手性（chirality）是一个极为重要的概念。
手性分子是非对称的分子，它们存在两种互为镜像的异构体，即左手和右手，被称为对映体。
这两种对映体具有相同的化学式，但却不能通过旋转或平移相互重叠。
因此，手性对于有机分子的性质和反应具有重要影响。
本文将深入探讨有机化学中的手性识别和手性催化剂，以及它们的应用。
**手性的基本概念**手性是由于分子内部的不对称性而产生的。
最常见的手性分子包括氨基酸、葡萄糖和脱氧核糖。
这些分子具有手性中心，也称为不对称碳原子，其四个取代基围绕着碳原子排列不同，形成两种不同的立体异构体。
手性分子的两种对映体，被称为R型和S型，可以通过CIP规则（Cahn-Ingold-Prelog规则）进行命名。
这些规则基于对手性中心周围的取代基进行优先级排序，从而确定对映体的名字。
**手性识别**手性识别是指分辨和区分手性分子的过程。
这一领域的研究在许多领域中都具有重要应用，包括制药、化学工业和生物学。
以下是一些常见的手性识别方法：1. **手性色谱分析**：手性分子可以通过手性色谱分析分离。
这种分析方法利用手性固定相和手性分子之间的相互作用，以区分对映体。
2. **核磁共振（NMR）**：在核磁共振光谱中，手性分子的对映体通常会显示出不同的峰值。
这可以帮助确定化合物的手性性质。
3. **偏振光**：手性分子会旋转偏振光的平面，这种现象被称为旋光性。
测量旋光性可以用于手性分子的识别。
**手性催化剂**手性催化剂是具有手性性质的化合物，用于催化手性选择性反应。
它们在有机合成中具有重要应用，尤其是合成手性药物和精细化工产品。
以下是一些常见的手性催化剂：1. **手性配体**：手性配体是与过渡金属配合并形成手性催化剂的关键组成部分。
它们可以控制反应的手性选择性，使合成更具效率。
2. **不对称合成催化**：手性催化剂广泛用于不对称合成反应，例如不对称氢化、不对称氧化和不对称还原。
有机化学基础知识点手性化合物的分离与合成有机化学基础知识点：手性化合物的分离与合成手性化合物在有机化学领域中扮演着重要的角色，它们具有两种非对称的镜像异构体，即左旋和右旋。
手性化合物的分离与合成是有机化学中的一项重要技术和研究内容。
本文将探讨手性化合物的分离与合成的基础知识点。
一、手性化合物的分离方法1. 基于手性配体的手性柱层析法手性柱层析法是一种基于手性配体与目标分子之间的亲和性进行分离的方法。
通过选择适当的手性配体，可以实现对手性化合物的分离纯化。
例如，利用氨基酸衍生物作为手性配体，可以成功地分离出手性氨基酸和手性药物等。
2. 经典拆分结晶法经典拆分结晶法是一种通过晶体生长的方式分离手性化合物的方法。
通过合适的溶剂和配体选择，可以在晶体生长过程中实现手性化合物的拆分和纯化。
这种方法适用于一些具有较高拆分度的手性化合物。
3. 手性萃取法手性萃取法是一种利用手性选择性较大的手性萃取剂对手性化合物进行分离的方法。
通常通过控制温度、pH值和萃取剂浓度等条件，实现对手性化合物的选择性萃取。
手性萃取法在手性酮、手性醇以及手性药物等的分离中得到了广泛应用。
二、手性化合物的合成方法1. 左旋-右旋互换法左旋-右旋互换法是一种将一种手性化合物转化为其对映异构体的方法。
通常可通过二氧化硫气体的作用，将左旋手性化合物转化为右旋手性化合物，或者通过酸碱反应进行互换。
这种方法在手性药物和手性农药的合成中得到了广泛应用。
2. 手性催化剂的应用手性催化剂是一种能够选择性地促使手性化合物发生反应的催化剂。
通过催化剂的选择，可以实现手性化合物的不对称合成。
例如，手性金属配合物催化剂在不对称氢化和不对称还原反应中起到了关键作用。
3. 有机合成中的修饰法有机合成中的修饰法是一种通过对已有手性分子进行化学修饰，合成新的手性分子的方法。
通过对已有手性分子的保留或改变官能团，可以得到一系列具有不同手性的化合物。
这种方法在新药开发和杂环合成中得到了广泛应用。
手性催化剂的合成及其在药物合成中的应用研究手性催化剂是一种能够选择性促进手性反应的化合物。
由于手性分子存在大量的不对称性质，这种化合物的广泛使用已经帮助了很多人类疾病的治疗。
在本文中，我们将讨论手性催化剂在药物合成中的应用研究以及它们的合成方式。
手性催化剂的合成首先，我们需要了解手性催化剂的合成方式。
手性催化剂可以通过光学分离或不对称合成得到。
光学分离是将一种母体中的不对称分子分解为两种单一手性体的过程，包括结晶、化学反应和液相色谱等。
另一方面，不对称合成是用两个不对称反应物生成一个不对称产物的过程，通常使用的是催化剂或酶催化反应，如金属催化剂或酰胺酶等。
手性催化剂在药物合成中的应用在现代医药研究中，手性催化剂经常被用作制备药物分子并实现手性选择性。
这些分子可以在体内达到一定的效果，同时还可以减少不必要的副作用。
下面是一些现代医药研究中的应用案例：①抗肿瘤药物手性催化剂在抗肿瘤化合物的合成中非常重要。
例如，卟吩吲酮是一种具有很高残杀性的抗肿瘤化合物。
使用手性催化剂合成的卟吩酮含量可以达到70％的对映选择性。
这个方法可以用于其他的药物分子，它对减少药物众多副作用有很多帮助。
②治疗丙型肝炎病毒丙型肝炎 (HCV) 是一种全球性疾病。
手性催化剂已被证明在 HCV 的治疗中非常有效。
例如，HCV NS5B RNA多肽酶是一种用于治疗 HCV 的酵素抑制剂。
使用手性催化剂合成的这种药物含量可以达到90％以上的对映选择性。
③治疗神经失调疾病手性催化剂还可以用于治疗神经失调疾病，例如帕金森病和阿尔茨海默病。
目前，使用手性催化剂制备的单体酰胺酶抑制剂可以遏制氨基酸在体内的代谢，从而有一定的医疗效用。
结论总的来说，手性催化剂在药物合成中的研究是非常有前途的。
对新型手性催化剂的开发和结构优化可以用于开发新药，促进医药领域的发展。
未来随着发展，它肯定会发挥更大的作用，提高人类的生活质量。
生物催化在手性药物合成中的应用摘要本文介绍了手性药物的重要性，在生物催化合成手性药物中常用的两类催化剂—酶和细胞；结合实例从酶催化的不对称水解反应、不对称还原反应和不对称环氧化反应等反应对不对称催化法合成手性药物作简要概述；展望了不对称催化反应在手性药物合成中的发展方向。
关键字：生物不对称催化、手性药物、合成、应用1 前言生物催化是指利用酶或有机体( 细胞、细胞器等) 作为催化剂实现化学转化的过程, 又称生物转化。
生物催化反应具有高度的化学、区域和立体选择性, 适用于医药、食品和农药等精细化工产品的合成制备。
生物催化过程一般无污染或污染较少、能耗相对较低, 是一种环境友好的绿色化学合成方法。
手性是由于碳原子4个化学键上连有不同基团而造成的整个分子的不对称性, 是自然界的基本属性之一；也是生命物质区别于非生命物质的重要标志。
自然界中构成生命体的基础物质核苷酸、氨基酸和单糖以及由它们构成的生物大分子核酸、蛋白质和糖类都具有独特的手性特征。
正是这些基础物质使得生物体能够高度地选择识别特定分子, 进行各种反应。
虽然通过化学合成的方法也能够合成，但是由于化学合成法存在较多副反应、反应选择性较差、转化率小，而且反应周期长，即使合成了手性物质就目前的技术也很难将一对对映体拆分开来，这些都限制了它在工业上的应用。
而利用特异的生物催化方法和生物催化剂能够很容易的合成手性药物且其分离提纯技术也相当纯熟。
因此，可以用生物催化方法合成手性化合物。
这种手性化合物的合成方法又叫做不对称合成, 已经得到了广泛的应用。
2 不对称（手性）生物催化技术简介2.1 手性药物的重要性手性直接关系到药物的药理作用、临床效果、毒副作用、药效发挥及药效时间等。
正是由于药物和其受体之间的这种立体选择性作用,使得药物的一对对映体不论是在作用性质还是作用强度上都会有差别。
在20世纪60年代,欧洲曾以消旋体的反应停( Thalidomide) 作为抗妊娠反应的镇静剂,一些妊娠妇女服用此药后,出现多例畸变胎儿。
后经研究证实( R)-构型才真正起镇静作用,而( S )-构型则有强致畸作用。
其它一些手性药物的另一异构体表现不良作用的例子见表1 。
在农业化学品中,手性问题同样重要,如芳氧基丙酸类除草剂fluazifop-buty ,只有( R)-异构体是有效的。
表1 手性药物的不良异构体的毒副作用药品名称有效异构体不良异构体多巴(Dopa) ( S)2异构体,治疗帕金森症( R)2异构体,严重副作用氯胺酮( Ketamina) ( S)2异构体,麻醉剂( R)2异构体,致幻剂青霉素胺(Pexicillamine) ( S)2异构体,治疗关节炎( R)2异构体,突变剂心得安( Propranol) ( S)2异构体,治疗心脏病( R)2异构体,致性欲下降乙胺丁醇( Ethambutol) ( S , S )2异构体,治疗结核病( R , R)2异构体,致盲大量的事实和惨痛的教训使人们认识到,对于手性药物,必须对它们的立体异构体进行分别考察,了解它们各自的生理活性和各自的毒性等。
因此在药物(包括农药) 中,手性化合物的重要性主要在于以下几点: (1) 不同立体异构体展现不同的生理活性,有的无效异构体可能是极其有害的; (2) 新医药、新农药,如各种抑制剂、阻断剂、拮抗剂等对手性的要求越来越严格; (3) 环境保护问题得到普遍重视,减少不必要异构体生产就意味着减少对环境的污染,同时也能降低生产成本。
以前由于对此缺少认识，人类曾经有过惨痛的教训。
因此，如何合成手性分子的单一光学异构体就成了化学研究领域的热门话题，同时也是化学家面临的巨大挑战。
近年来各大制药公司正在研发的和已上市的药物中，以单一对映异构体上市或研究的药物分别占到相当大比例。
在这样规模的市场推动下, 世界各大制药公司纷纷把注意力转向单一对映异构体药物的开发,同时一大批中小公司也加入其中, 形成手性技术的开发热潮。
但是我国手性药物工业与世界发展水平尚有较大差距。
2.2 生物催化合成手性化合物中的催化剂生物催化包括2种催化剂——酶和细胞或细胞器等有机体, 细胞主要指微生物细胞。
本质上说, 这2种催化剂都是通过酶来发挥作用, 不同的是, 在细胞中利用的是多种酶及一些辅酶组成的酶系。
与单纯的酶催化法相比, 通过细胞的生物催化具有方便快捷的特点, 但是, 细胞的生物催化法对反应条件要求更高, 产物纯度不高, 分离也比较困难。
2.2.1 酶酶专一性、特异性、高效性的特点, 对手性化合物的合成很重要。
报道较多的应用于手性化合物合成的酶主要包括环氧化物水解酶、α—酮酸脱羧酶、醇脱氢酶、氰醇裂解酶等。
2.2.2 细胞利用细胞进行生物催化主要指利用微生物和动植物细胞的单酶或多酶系统以及代谢途径将前体化合物转化为目的产物。
在手性化合物的合成中应用最多的是微生物细胞。
它能够催化多种非天然有机物发生转化反应, 有些反应是化学法很难或不可能完成的。
微生物细胞含有可以广泛接受非天然底物的各种脱氢酶、辅酶、再生途径, 并可以自动完成辅酶循环。
这样不仅生产效率高, 而且产物可以受到细胞的有效保护。
2.3 不对称手性技术的发展自19世纪Fischer 开创不对称合成反应研究领域以来,不对称反应技术得到了迅速的发展。
其间可分为四个阶段: (1) 手性源的不对称反应(chiralpool) ; ( 2) 手性助剂的不对称反应( chiral auxiliary) ; (3) 手性试剂的不对称反应(chiral reagent ) ;(4) 不对称催化反应(chiralcatalysis 或asymmet riccatalytic reaction)。
传统的不对称合成是在对称的起始反应物中引入不对称因素或与非对称试剂反应,这需要消耗化学计量的手性辅助试剂。
而不对称催化合成一般指通过使用催化剂量级的手性原始物质来立体选择性地生产大量手性特征的产物。
它的反应条件温和,立体选择性好, ( R)-异构体或( S )-异构体同样易于生产,且潜手性底物来源广泛,对于生产大量手性化合物来讲是最经济和最实用的技术。
3 生物催化手性药物合成的应用长期以来，人们只能从动植物体内提取或天然化合物的转化来制取手性化合物；一般的化学合成在得到外消旋混合物后需经繁琐的拆分后才能得到单一的手性化合物，并消耗等当量的手性拆分剂；而生物催化的不对称合成仅需少量的微生物和酶作为手性催化剂、立体选择性控制合成出大量的手性药物的方法，且具有高区域和立体选择性、反应条件温和、污染小环境友好的特点，是符合环保要求的绿色合成，从而引起了人们的关注。
成为有机化学研究领域中的前沿和热点。
目前,工业上一般采用化学-酶合成法,在某些合成的关键性步骤,采用纯酶或微生物催化合成反应,而一般的合成步骤则采用化学合成法,以实现优势互补。
以下主要介绍几种典型的不对称生物催化反应在手性药物合成中的研究进展。
3.1 酶催化的不对称水解反应在目前所使用的酶中,大部分都是水解酶。
这些酶用途广泛,而且不需辅酶便可以直接对反应起催化作用,并且对有机溶剂耐变力强,对手性化合物中常见的醇、羧酸、酯、酰胺和胺等均有较好的立体选择性,因此在有机合成中用来对外消旋醇、酸等底物进行动力学拆分,即利用酶或微生物催化外消旋化合物中两个对映体水解反应或酯交换反应的不同速度,达到拆分并获得两个光学活性产物的目的。
萘普生属于2-芳基丙酸类药物, 是解热镇痛、消炎抗风湿的主要药物。
其α位含有一个手性碳原子, 存在一对光学活性对映体。
研究发现萘普生的S-( + )-构型异构体的活性是其R-( - )-构型异构体的28 倍。
因此, 制备光学纯的S-( + )-构型的萘普生是很有必要的。
辛嘉英等人从土壤中分离到一株具有较高脂肪酶活力的芽孢杆菌, 它产生的脂肪酶可以优先水解S-( + )-萘普生甲酯为S-( + )-萘普生, 并且其对映体过量值可超过87% 。
3. 2 生物催化的不对称还原反应用于不对称还原反应的氧化还原酶需有辅酶参与, 所需的辅酶绝大多数是NAD(H) 及其相应的磷酸酯NADP(H) 。
辅酶价格昂贵且回收代价高, 所以一般利用全细胞(如酵母) 反应, 即微生物转化的方法, 因微生物细胞的生长只需少量廉价碳源即可。
我国于20世纪70年代末使用Baker酵母进行羰基不对称原反应,这是工业合成避孕药D2182甲基炔诺酮的关键一步。
Trimegestone ( RU-227987)是一种无雄性激素活性的去甲甾类仿孕酮化合物,是治疗更年期疾病的药物。
啤酒酵母可以化学、区域以及几乎立体专一性地还原其三酮,得到所需的( S )-醇Trimegestone ,该关键合成步骤据称是首例啤酒酵母催化还原酮的工业应用。
3. 3 生物催化的不对称环氧化反应手性环氧化合物是非常重要的手性中间体,这些中间体在手性药物、新型高效农药等方面有着广泛的应用价值。
目前已发现几种酶可以催化形成环氧化合物,即血红素单氧化酶(即细胞色素P2450) 、ω-羟化酶、甲烷单氧化酶和卤素过氧化物酶。
ω-羟化酶广泛存在于许多微生物中, 可以同时催化羟基化和环氧化反应。
Shell和Gist-Brocades公司利用微生物的ω-羟基酶对丙烯醚进行不对称环氧化, 生成具有极高光学活性的( S )-环氧化物。
通过这些手性合成块可进行( S )-美托洛尔(Metropolol) 和( S )-阿替洛尔(Atenolol) 的工业合成。
4 不对称生物催化的展望现在, 由于生物技术的快速发展以及生物方法的高效性和特异性, 不对称催化合成已应用到几乎所有的有机反应类型中，并开始成为工业上，尤其是制药工业合成手性物质的重要方法。
值得指出的是，目前不对称催化合成研究依然处在方兴未艾的发展阶段，许多与手性相关的科学问题还有待解决。
如手性催化剂大部分只对特定的反应、甚至特定的底物有效，没有广泛适用的万能手性催化剂，而且多数手性催化剂转化数较低，稳定性不高；酶和辅酶难以回收以及NAD(P)H 的再生、重复使用等等。
因此，如何设计合成高效、新型的手性催化剂，探讨配体和催化剂设计的规律，解决手性催化剂的选择性和稳定性，以及研究手性催化剂的设计、筛选、负载、回收和再生循环利用的新方法是不对称催化研究领域面临的新挑战。
