手性催化在有機(jī)合成中的應(yīng)用研究

劉偉明

摘要：本文主要介紹了手性催化劑當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀，并詳細(xì)解說手性催化劑的具體分類，具體就酶催化、手性金屬絡(luò)合物以及手性有機(jī)小分子這三種形式的手性催化進(jìn)行了詳細(xì)解說。在文章中還就當(dāng)前在手性催化劑的研究過程中所面臨的諸多挑戰(zhàn)進(jìn)行了具體闡述。

關(guān)鍵詞：手性催化;有機(jī)合成;化合物

鏡子里的你與現(xiàn)實(shí)中的你，你的左手與右手，兩者之間的關(guān)系互為實(shí)物與鏡像，卻彼此間又不重合，這種特征不僅僅是存在于雙手之間，其他的物質(zhì)中也廣泛存在，這種現(xiàn)象被定義為手性特征。手性是互為鏡像的，但是不具有對(duì)稱性，這是自然界中的自然屬性之一。在日常生活中，若是沒有刻意的觀察考量，或許無法深刻體會(huì)到手性的特征，但是就目前的發(fā)展來看，手性化合物在醫(yī)藥，農(nóng)藥以及食品等方面都有著至關(guān)重要的作用。原子以及基因多種空間組合形成的有機(jī)化合物，在表面看來有著些許的不同，但是也會(huì)發(fā)現(xiàn)，分子間也是互為鏡像的，這種分子，也就稱之為手性分子。就像左右手一樣，雖說沒有一定的對(duì)稱性，但是雙手共同作用，會(huì)使得使用更有效率。同樣的，對(duì)于手性分子來說也是如此，互為手性的兩種分子之間有著相同的特性，他們之間熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等都是一樣的，這樣的兩種分子之間的粘合度更高，更有利于合成有機(jī)物的高效運(yùn)作。但是就當(dāng)前的發(fā)展來看，手性雖說是自然界中的獨(dú)特屬性之一，但是這種特征也并非是普遍存在的。經(jīng)過一系列的研究表明，手性化合物對(duì)如今化學(xué)以及生物的發(fā)展更為有利，因而合成的手性分子也就更多。所以說，就目前我國(guó)科技的發(fā)展?fàn)顩r來看，人工合成是如今獲得手性物質(zhì)的主要方法。隨著合成技術(shù)的不斷發(fā)展運(yùn)用，手性催化的運(yùn)用也越來越廣泛。

1 手性催化的分類

一般情況下，我們所說的手性催化就是利用一定量的手性催化劑將某些手性底物通過一定的催化作用轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟ńY(jié)構(gòu)的化合物的過程。相較于其他獲取手性化合物的方法來說，手性催化不僅僅能夠進(jìn)行手性化合物的合成，在一定程度上還進(jìn)行了手性化合物的增值，對(duì)于手性化合來說是十分有利的。不僅如此，手性催化相較于其他催化來說，在一定程度上能夠大大提高原子以及基因的經(jīng)濟(jì)性，而且還能夠進(jìn)行大規(guī)模的反應(yīng)操作，這對(duì)于合成手性化合物來說是非常便利的。就目前科技的發(fā)展以及化學(xué)合成的發(fā)展來看，手性催化大致可以劃分為三種主要形式，酶催化，手性金屬絡(luò)合物催化以及手性有機(jī)小分子催化。

1.1 酶催化

酶催化的催化反應(yīng)較為高效，且催化過程所需要要的環(huán)境是較為溫和的，可以說，酶催化的要求不是很高，但是所形成的催化功能又具有較高的粘合性，對(duì)于一些不易拆分的手性化合物來說是比較有利的。就當(dāng)前酶催化的應(yīng)用之中，應(yīng)用較為廣泛的就是脂肪酶，脂肪酶對(duì)于脂肪、醇類物質(zhì)的拆解，只是需要通過一定的化學(xué)拆解再利用物理分解出來即可，簡(jiǎn)單便捷且又十分有效。

1.2 手性金屬絡(luò)合物催化催化

相較于其他催化劑來說，手性金屬絡(luò)合物催化催化的可調(diào)控性較強(qiáng)，也就因?yàn)槠淇煽匦詮?qiáng)，并且催化效率還極高，有著較強(qiáng)的選擇性。就一般催化劑來說，手性金屬絡(luò)合物催化催化的使用范圍較廣。鑒于手性金屬絡(luò)合物催化的高效性以及適用性，是當(dāng)前催化劑中的研究重點(diǎn)。隨著研究的不斷發(fā)展，手性金屬絡(luò)合物催化催化已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥以及食品添加劑等工業(yè)生產(chǎn)中。

1.3 手性有機(jī)小分子催化

手性有機(jī)小分子催化相較于一般的金屬催化劑來說，對(duì)于環(huán)境沒有較高要求，且價(jià)格較低，使用較為廣泛。手性有機(jī)小分子催化的反應(yīng)較為穩(wěn)定，且反應(yīng)原料易得，不僅如此，手性有機(jī)小分子催化更為主要的是可以進(jìn)行回收利用。也正是由于這種可持續(xù)發(fā)展的理念以及手性有機(jī)小分子的穩(wěn)定發(fā)展來看，手性有機(jī)小分子催化已經(jīng)逐漸成為當(dāng)前手性催化領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。

2 當(dāng)前手性催化研究所面臨的挑戰(zhàn)

就當(dāng)前來說，對(duì)于手性催化劑的研究已經(jīng)取得了一定的研究成果，對(duì)于世界的發(fā)展也做出了一定的貢獻(xiàn)，許多手性催化劑的合成反應(yīng)已經(jīng)在諸多領(lǐng)域中有了相關(guān)的應(yīng)用發(fā)展。但是由于原子空間結(jié)構(gòu)的多邊形以及手性分子的多樣化結(jié)構(gòu)，使得手性催化的在研究過程中還面臨著諸多的挑戰(zhàn)。

2.1 尋找高選擇性的手性催化劑

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，不斷發(fā)展，目前在手性催化劑的研究上已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但是在進(jìn)行高選擇性的手性催化劑研究上，還存在些許的不足之處。

2.2 提高手性催化劑的催化效率

評(píng)價(jià)催化劑的性能如何，就需要關(guān)注其催化效率問題，而衡量手性催化劑的效率則是需要通過催化劑的轉(zhuǎn)換數(shù)以及轉(zhuǎn)化頻率來進(jìn)行測(cè)評(píng)。

手性催化劑的合成要求較高，成本較高，而且當(dāng)前多數(shù)的催化劑滿足不了當(dāng)下工業(yè)需求，這就需要耗費(fèi)更多的資源去進(jìn)行手性催化劑的研究。在對(duì)手性催化劑的研究運(yùn)用中，由于在研究以及生產(chǎn)過程耗費(fèi)的資源較多，而在手性催化劑的使用過程中，也是有著一定的資源消耗。因此，對(duì)手性催化劑的循環(huán)使用就變得異常重要。在對(duì)手性催化劑的研究過程中，對(duì)其回收使用有了一定的研究成果，但仍是無法滿足當(dāng)下的需要，因而，對(duì)手性催化劑的回收和重復(fù)利用研究是當(dāng)前面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

綜上所述，科學(xué)家們已經(jīng)在手性催化研究方面取得了較大的進(jìn)展，也進(jìn)行了諸多手性催化劑的合成，但是就手性催化劑的發(fā)展運(yùn)用來看，仍是存在著諸多的不足之處。手性催化劑的高選擇性使用以及催化效率的提高、回收使用情況等方面都存在著一定的研究挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]石映紅.手性和不對(duì)稱催化反應(yīng)簡(jiǎn)介及發(fā)展[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011.