Докторант
  1. Неорганическая химия  1.1. Координационная химия  1.1.1. Теория поля лигандов  1.1.2. Теория кристаллического поля  1.1.3. Теория молекулярных орбиталей для координационных соединений  1.1.4. Устойчивость координационных соединений  1.1.5. Электронные спектры координационных соединений  1.1.6. Изомерия в координационных соединениях  1.1.7. Кинетика и механизм координационных реакций  1.2. Органометаллическая химия  1.2.1. Металлокарбонилы  1.2.2. Металлические алкилы и арилы  1.2.3. Карбены Фишера и Шрока  1.2.4. Оксидативное присоединение и восстановительное элиминирование  1.2.5. Металлические гидриды  1.2.6. Катализ с помощью металлоорганических соединений  1.2.7. Металлоцены и сэндвич-комплексы  1.2.8. Активация CH  1.3. Химия твердых тел  1.3.1. Кристаллические структуры и решетки  1.3.2. Теория зон и электрические свойства  1.3.3. Дефекты в кристалле  1.3.4. Синтез твердых материалов  1.3.5. Магнитные и оптические свойства твердых тел  1.3.6. Сверхпроводимость  1.3.7. Ионика твердого состояния  1.4. Био-неорганическая химия  1.4.1. Металлопротеины и ферменты  1.4.2. Транспорт и хранение ионов металлов  1.4.3. Роль металлов в медицине  1.4.4. Катализ, вдохновленный биологией  1.4.5. Взаимодействия металлов с ДНК  1.4.6. Metal Complexes in Medical Science  1.5. Лантаноиды и актиноиды  1.5.1. Электронная конфигурация и степени окисления в лантаноидах и актиноидах  1.5.2. Спектральные и магнитные свойства в лантанидах и актиноидах  1.5.3. Разделение и извлечение лантаноидов и актинойдов  1.5.4. Координационная химия элементов f-блока  1.6. Химия главной группы  1.6.1. Химия соединений бора  1.6.2. Химия соединений кремния и германия  1.6.3. Химия соединений фосфора и серы  1.6.4. Органосиликатная химия  1.6.5. Химия инертных газов
  2. Органическая химия  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Реакции нуклеофильного замещения  2.1.2. Электрофильные реакции присоединения и замещения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перегруппировки  2.1.5. Радикальные реакции  2.1.6. Перициклические реакции  2.1.7. Фотохимические реакции  2.2. Стереохимия  2.2.1. Хиральность и оптическая активность  2.2.2. Структурный анализ  2.2.3. Стереоэлектронные эффекты  2.2.4. Асимметричный синтез  2.2.5. Динамическая стереохимия  2.3. Органометаллическая химия в органическом синтезе  2.3.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.3.2. Реакции сопряжения, катализируемые переходными металлами  2.3.3. Реакции, катализируемые палладием  2.3.4. Олефиновый метатезис  2.3.5. Катализ золота и серебра  2.4. Химия природных продуктов  2.4.1. Алкалоиды и терпеноида  2.4.2. Стероиды и флавоноиды  2.4.3. Полный синтез природных соединений  2.4.4. Биосинтез природных продуктов  2.5. Супрамолекулярная химия  2.5.1. Химия "хозяин-гость"  2.5.2. Самосборка и молекулярное распознавание  2.5.3. Супрамолекулярный катализа  2.5.4. Молекулярные машины
  3. Физическая химия  3.1. Термодинамика  3.1.1. Законы термодинамики  3.1.2. Химический потенциал и равновесие  3.1.3. Статистическая термодинамика  3.1.4. Неравновесная термодинамика  3.2. Квантовая химия  3.2.1. Уравнение Шрёдингера и его применения  3.2.2. Теория молекулярных орбиталей  3.2.3. Теория функционала плотности  3.2.4. Методы пост-Хартри–Фока  3.3. Химическая кинетика  3.3.1. Теория скорости реакции  3.3.2. Механизм и законы скорости  3.3.3. Катализ и кинетика ферментов  3.3.4. Динамика реакций  3.4. Спектроскопия и молекулярная структура  3.4.1. Инфракрасная спектроскопия  3.4.2. УФ-видимая спектроскопия  3.4.3. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  3.4.4. Масс-спектрометрия  3.4.5. Раманская спектроскопия  3.5. Поверхностная и коллоидная химия  3.5.1. Адсорбция и катализм  3.5.2. ПАВ и мицеллы  3.5.3. Коллоидная стабильность  3.5.4. Наноматериалы и интерфейсы
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Thin Layer Chromatography  4.1.4. Ионная хроматография  4.2. Электроаналитические методы  4.2.1. Вольтамметрия и Полярография  4.2.2. Кондуктометрия и потенциометрия  4.2.3. Кулонометрия  4.3. Спектроскопические методы  4.3.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.3.2. Флуоресцентная спектроскопия  4.3.3. Рентгеновская дифракция  4.3.4. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса  4.4. Хемометрика  4.4.1. Обработка данных и статистические методы  4.4.2. Мультдисциплинарный анализ  4.4.3. Машинное обучение в аналитической химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярное динамическое моделирование  5.2. Методы квантовой химии  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.4. Машинное обучение в химии  5.5. Аб иницио молекулярная динамика
  6. Биофизика и медицинская химия  6.1. Открытие и разработка лекарств  6.2. Кинетика ферментов и ингибирование  6.3. Подход к химической биологии  6.4. Взаимодействия белок-лиганд  6.5. Биоортогональная химия
  7. Химия материалов  7.1. Химия полимеров  7.1.1. Механизм полимеризации  7.1.2. Функциональные полимеры  7.1.3. Биоразлагаемые полимеры  7.1.4. Проводящие и полупроводниковые полимеры  7.2. Нанохимия  7.2.1. Наночастицы и наноструктуры  7.2.2. Наноматериалы на основе углерода  7.2.3. Квантовые точки  7.3. Энергетическая и экологическая химия  7.3.1. Battery and Fuel Cell Chemistry  7.3.2. Зеленая химия и устойчивые материалы  7.3.3. Фотокатализ

Докторант → Органическая химия → Стереохимия ↓


Асимметричный синтез


Асимметричный синтез, также известный как хиральный синтез, является фундаментальным процессом в органической химии, который направлен на создание соединений с определенным расположением атомов, достигая, таким образом, определенной пространственной конфигурации. Этот тип синтеза важен для получения энантиомерически чистых соединений, что имеет большое значение в фармацевтике из-за их взаимодействия с биологическими системами. Понимание асимметричного синтеза в широком смысле включает исследование инноваций в стереохимии, механизмах реакций, использовании катализаторов и хиральной технологии.

Понимание стереохимии

Стереохимия — это подраздел химии, который занимается трехмерным расположением атомов в молекулах, особенно важным для хиральных молекул с не совпадающими зеркальными изображениями, известных как энантиомеры. Эти энантиомеры могут оказывать совершенно разные эффекты в биологических системах — талидомид является историческим примером, когда один энантиомер был терапевтическим, а другой тератогенным.

Визуализируйте стереохимию с помощью этого основного примера углеродной молекулы. В тетраэдрической конфигурации:

Диаграмма выше показывает тетраэдрический углерод, обнаруженный в природе, с четырьмя заместителями, расположенными в пространстве. В зависимости от заместителей он может формировать хиральный центр.

Механизм асимметричного синтеза

Основная цель асимметричного синтеза — выборочно производить желаемый энантиомер. Это включает использование хиральных катализаторов или вспомогательных веществ, которые создают хиральную среду и контролируют стереохимический результат реакций. Механизмы обычно включают:

  1. Формирование хирального промежуточного соединения, направляющего путь реакции.
  2. Использование хиральных катализаторов для обеспечения предпочтительного пути, увеличивающего скорость реакции для одного энантиомера по сравнению с другим.
  3. Использование энантиоселективных реакций, где стабилизируется конкретная конформация, ведущая к преобладанию одного энантиомера.

Пример основного механизма асимметричного синтеза следующий:

1. Реакция прохирального субстрата CH 3 CH=CH 2 с хиральным катализатором.
2. Асимметричное взаимодействие донора водорода влияет на сумму C=C связей.
3. Предпочтительное образование CH 3 CH 2 CH 2 OH по сравнению с его энантиомером благодаря наличию хирального катализатора.

Основные подходы в асимметричном синтезе

Существует три основных подхода к асимметричному синтезу:

1. Использование хиральных вспомогательных веществ

Хиральные вспомогательные вещества — это временные добавления, которые присоединяются к молекулам субстрата для индукции хиральности и затем удаляются. Их применение распространено в реакциях, где хиральность критически важна для селективности. Вспомогательные вещества передают свою хиральность продукту, контролируя, на какой энантиотопической поверхности молекулы происходит реакция. Пример:

1. Добавление хирального оксазолидинона к альдегиду.
2. Оксазолидинон контролирует последующие реакции в пользу одного стереоизомера.
3. После синтеза удаление вспомогательного вещества дает чистый энантиомер.

2. Хиральный катализатор

Хиральные катализаторы обладают преимуществом использования в малых количествах и действуют, предпочитательно катализируя формирование одного энантиомера. Обычно они включают комплексы переходных металлов или органокатализаторы. Например:

1. Использование комплекса на основе родия (Rh) позволяет осуществлять асимметричное гидрирование.
2. Родиевый катализатор координирует хиральные молекулы, способствуя энантиоселективности.

3. Асимметрическое индуцирование

Асимметрическое индуцирование относится к созданию нового стереоцентра из существующего хирального центра в молекуле. Существующая стереохимия молекулы определяет форму нового хирального центра. Пример:

1. Формирование заместителя =CH-NHR из хирального альдегида.
2. Хиральный центр ограничивает группы от вращения вокруг двойной связи, создавая асимметрию.

Важные реакции в асимметричном синтезе

Разнообразные реакции играют важную роль в асимметричном синтезе, включая:

  • Асимметричное гидрирование: Включает реакции, в которых молекулярный водород (H2) добавляется к ненасыщенным органическим соединениям для получения хиральных продуктов с хиральными катализаторами.
  • Эпоксидирование по Шарплессу: Известная реакция, разработанная К. Барри Шарплессом, использующая диэтилтартрат и изопропоксид титана для катализирования образования эпоксидов из аллиловых спиртов.
  • Реакция Дильса-Альдера: Хиральный катализатор может направлять конформацию диена и диенофила для селективного образования одного энантиомера.

Роль вычислительной химии и современные достижения

С развитием вычислительной химии прогнозирование энергетических конфигураций, моделирование молекулярных вращений и расчеты стабильности поддерживают разработку процессов асимметричного синтеза. Вычислительные модели могут предоставить детальное понимание стерических и электронных факторов, влияющих на селективность реакций.

Современные достижения включают:

  • Высокопроизводительный скрининг: Быстрое тестирование катализаторов или условий реакции для повышения эффективности.
  • Ин-ситу спектроскопия: Непосредственное наблюдение за ходом реакции, предоставляющее информацию о механизме.
  • Алгоритмы машинного обучения: Использование подхода на основе данных для прогнозирования результатов и повышения селективности.

Вызовы и направления будущего развития

Несмотря на достижения, асимметричный синтез сталкивается с такими вызовами, как масштабируемость хиральных катализаторов для промышленных приложений, стоимость хиральных вспомогательных веществ и экологические проблемы. Будущие улучшения направлены на разработку более устойчивых катализаторов, расширение автоматизации технологий и уточнение точности.

Ключевые возможности включают:

  • Интеграция зеленой химии: Разработка экологически чистых методов с использованием возобновляемых ресурсов для катализаторов.
  • Биоортогональные реакции: Облегчение реакций в живых системах, чтобы нужные соединения могли синтезироваться непосредственно в организме.
  • Технологии микрореакторов: Предоставление возможности точного контроля среды реакции в асимметричном синтезе.

В заключение, асимметричный синтез остается мощным инструментом в синтетической химии, с широкой областью применения в фармацевтике, агрохимии и материаловедении. Манипулируя молекулярными взаимодействиями в хиральной манере, химики могут создавать энантиомерически чистые соединения, необходимые для биологической активности, соблюдая принципы эффективности и стабильности. Продолжающиеся инновации в технологии катализаторов, вычислительном моделировании и инженерии реакций, вероятно, определят следующую эру асимметричного синтеза.


Докторант → 2.2.4


U
username
0%
завершено в Докторант

← Предыдущий (2.2.3)
Стереоэлектронные эффекты
Следующий (2.2.5) →
Динамическая стереохимия

Комментарии 



Асимметричный синтез

https://www.chemistryelite.com/phd/2.2.4?ceal=ru