《手性物技術》統地介紹了與藥物、精細化工以及新材料等領域密切相關的手性物科學與技術的基本概念、原理、理論、方法、工藝及其應用。主要內容包括手性物的基本概念、作用及發展和應用狀況,手性物化學基本概念,手性物研究方法,手性化學合成,生物催化手性合成,外消旋拆分方法以及手性色譜分離技術等內容。
《手性物技術》可用作化學、制藥、精細化工、農藥、新材料等領域相關學科和專業的研究生和高年級本科生的教材,也適合相關領域其他人員系統學習手性物有關技術知識閱讀和參考。
手性是自然界的本質屬性之一。除了在生命科學領域,手性問題還涉及醫藥、精細化學品、材料科學等諸多領域。它的研究已經成為科學研究和很多高科技新產品開發的熱點。隨著人們對手性作用研究的不斷深入,手性化合物在各個領域中的作用也越來越顯著,促使人們加速對手性化合物的研究。所以對手性化合物進行開發和研究,具有相當重要的現實意義。本書編寫的出發點即在于此,作為主要面向本科生、研究生專業課程教學推出的這本手性技術類書籍,力求體現系統性、全面性、實用性和先進性等特點。
本書共分為七章,第1章緒論,主要介紹手性物的基本概念及作用,手性化合物的應用狀況以及手性技術的發展;第2章手性物化學基本概念,主要介紹光學活性與手性,構型與構象手性選擇性等基本概念;第3章手性物研究方法,主要介紹手性物純度測定,手性物絕對構型的測定和計算化學在手性物研究中的應用;第4章手性化學合成,主要介紹手性化學合成的分類及發展,手性源合成法及應用,不對稱合成的含義及類型,不對稱合成的方法和策略以及不對稱化學合成的應用;第5章生物催化手性合成,主要介紹生物催化手性合成的發展與特點,酶的結構及特點,酶催化反應的機理,微生物生物轉化,非水介質中的生物催化反應,生物催化的還原反應,生物催化還原和氧化反應,生物催化水解反應和生物催化手性合成的研究展望;第6章外消旋拆分方法,主要介紹外消旋體有關性質,結晶拆分,化學拆分法,動力學拆分,生物拆分法和其他拆分法;第7章手性色譜分離技術,主要介紹液相色譜、超臨界流體色譜、移動模擬床色譜、薄層色譜、逆流色譜以及電泳技術在手性物拆分方面的應用。另外各章后均附有參考文獻與思考題,有利于復習中把握各章重點、難點以及繼續學習。
本書是在作者科研和教學多年實踐的基礎上,根據使用多年的講義修改、撰寫而成,書中的較多素材直接取自作者已發表的系列文章或公開的專利、或與作者研究密切相關的科技文獻及其專著,因而本書具有較強的參考價值,并謹向所有著作權者表示誠摯的感謝。本書可供從事手性技術及其在化學、精細化工、藥物、環保和食品分析等領域從事教學、研究和開發的院校、研究單位和企業的有關人員參考。
本書由宋航教授主編,姚舜副主編,參加編寫的還有李子成、張義文、曹宇、李新瑩和汪全義等。此外,一些研究生也參與部分相關工作,在此一并表示感謝。
由于知識和水平有限,書中不妥之處在所難免,懇請廣大讀者指正。
第1章 緒論
1.1 手性物的基本概念及作用
1.1.1 基本概念
1.1.2 基本作用
1.2 手性化合物的應用狀況
1.2.1 手性藥物
1.2.2 手性農業化學品
1.2.3 其他手性化學品
1.3 手性技術的發展
1.3.1 手性技術工業的發展
1.3.2 手性技術的類型及特點
思考題
參考文獻
第2章 手性物化學基本概念
2.1 光學活性與手性
2.1.1 旋光性與旋光度
2.1.2 手性分子與旋光性
2.1.3 對映異構體
2.1.4 非對映異構體
2.1.5 含其他元素的手性分子
2.1.6 潛手性分子
2.1.7 對稱因素與手性
2.2 構型與構象
2.2.1 構型
2.2.2 構象
2.3 手性選擇性
2.3.1 化學選擇性
2.3.2 區域選擇性
2.3.3 立體選擇性
2.3.4 對映體過量
思考題
參考文獻
第3章 手性物研究方法
3.1 手性物純度測定
3.1.1 旋光度測定法
3.1.2 核磁共振法
3.1.3 使用手性柱的色譜法
3.1.4 帶有對映選擇性作用的電解質的毛細管電泳
3.2 手性物絕對構型的測定
3.2.1 X射線衍射法
3.2.2 旋光譜和圓二色性譜在構型測定中的應用
3.2.3 似外消旋的Fredge方法
3.2.4 利用非對映異構體性質的經驗關系確定絕對構型
3.2.5 用化學相關法確定手性化合物的絕對構型
3.2.6 用動力學拆分的Horeau方法測定絕對構型
3.2.7 核磁共振法
3.2.8 普雷洛格規則
3.3 理論計算在手性物研究中的應用
3.3.1 旋光度的計算
3.3.2 13CNMR的計算與相對立體構型的確定
3.3.3 根據螺旋理論確定手性物絕對構型
思考題
參考文獻
第4章 手性化學合成
4.1 手性化學合成的發展及分類
4.1.1 手性化學合成的分類
4.1.2 手性化學合成的發展
4.2 手性源合成法及應用
4.2.1 從天然來源獲得光學活性化合物
4.2.2 天然手性化合物的化學改造
4.3 不對稱合成的含義及類型
4.3.1 基本含義
4.3.2 不對稱合成的類型
4.4 不對稱合成的方法和策略
4.4.1 利用手性助劑的不對稱合成
4.4.2 使用手性試劑的不對稱合成方法
4.4.3 手性放大作用
4.4.4 動力學放大
4.4.5 使用手性催化劑的不對稱合成方法
4.4.6 雙不對稱合成反應
4.4.7 “絕對”不對稱合成
4.4.8 不對稱自催化反應
4.4.9 離子液體在催化不對稱合成中的應用
4.5 不對稱化學合成的應用
4.5.1 概述
4.5.2 烯烴的不對稱催化氫化
4.5.3 羰基的不對稱催化還原
4.5.4 不對稱催化氧化反應
4.5.5 其他類型反應
思考題
參考文獻
第5章 生物催化手性合成
5.1 生物催化手性合成發展及特點
5.1.1 生物催化發展
5.1.2 生物催化法的特點
5.2 酶的結構特點及催化反應機理
5.2.1 酶的結構及特點
5.2.2 酶催化反應的機理
5.3 微生物生物轉化法
5.3.1 游離細胞轉化法
5.3.2 固定化細胞轉化法
5.3.3 產物的檢測與分離純化
5.4 非水介質中的生物催化手性合成反應
5.4.1 生物催化反應的非水介質體系
5.4.2 非水介質對酶活性的影響
5.4.3 固定化酶與交聯酶晶體
5.4.4 非水介質中的生物催化反應
5.5 生物催化手性合成的還原反應
5.5.1 還原反應中輔酶的循環使用
5.5.2 脫氫酶催化酮還原
5.5.3 酵母細胞催化酮還原
5.5.4 酵母細胞催化烯烴還原
5.6 生物催化手性合成的氧化反應
5.6.1 單加氧酶催化的氧化反應
5.6.2 雙氧酶催化的氧化反應
5.6.3 脫氫酶催化反應
5.7 生物催化手性合成的水解反應
5.7.1 水解反應的特點
5.7.2 酯水解
5.7.3 環氧化物水解
5.7.4 腈水解
5.7.5 酰胺水解
5.8 生物催化手性合成的研究及展望
5.8.1 生物催化劑的研究進展及展望
5.8.2 生物催化介質工程的研究進展及展望
5.8.3 生物催化手性合成的主要問題和解決途徑
思考題
參考文獻
第6章 外消旋拆分方法
6.1 外消旋體的有關性質
6.1.1 外消旋物的分類
6.1.2 外消旋固體物的基本物性
6.2 結晶拆分法
6.2.1 直接結晶拆分法
6.2.2 接種晶體析解法
6.2.3 手性溶劑結晶拆分法
6.3 化學拆分法
6.3.1 經典成鹽法
6.3.2 其他化學拆分法
6.4 動力學拆分法
6.4.1 動力學拆分原理
6.4.2 動力學拆分方法
6.4.3 動態動力學拆分
6.5 生物拆分法
6.5.1 游離酶催化拆分
6.5.2 固定化酶催化拆分
6.6 其他拆分法
6.6.1 手性膜拆分法
6.6.2 萃取拆分法
6.6.3 復合拆分和包合拆分法
思考題
參考文獻
第7章 手性色譜分離技術
7.1 手性色譜技術概述
7.1.1 手性色譜技術的發展與現狀
7.1.2 手性色譜技術的分類
7.2 手性液相色譜法
7.2.1 手性衍生化試劑液相色譜法
7.2.2 手性流動相添加劑液相色譜法
7.2.3 手性固定相液相色譜法
7.2.4 液相色譜在線手性檢測器
7.2.5 超臨界流體色譜
7.2.6 模擬移動床色譜
7.2.7 最新進展
7.3 手性氣相色譜法
7.3.1 間接分離法
7.3.2 直接分離法
7.4 手性薄層色譜法
7.4.1 纖維素及其衍生物型手性薄層板
7.4.2 浸漬手性選擇劑的手性薄層板
7.4.3 分子印跡的手性薄層板
7.4.4 化學鍵合相手性薄層板
7.4.5 應用
7.5 手性毛細管電泳法
7.5.1 分類和特點
7.5.2 方法的選擇和優化
7.5.3 應用實例
7.6 手性逆流色譜法
7.7 計算機技術在手性色譜中的應用
7.7.1 分子模型在手性分離機制研究上的應用
7.7.2 手性色譜選擇專家系統
思考題
參考文獻
4.3.2不對稱合成的類型
不對稱合成是在手性物質或手性環境的誘導下,由潛手性化合物為原料轉化為含有一個或幾個手性中心的過程,其目的是要高對映選擇性地制備光學活性化合物。手性物質或提供手性環境的物質可以是手性的助劑、試劑或催化劑,因此,原則上不對稱合成可以分為三種主要的類型:使用手性助劑、手性試劑和手性催化劑的不對稱合成。那么,如何評價一個不對稱合成的好壞呢?概括起來,其評判標準主要有以下幾點:
①高的對映選擇性(以e.e.值表示);
②手性助劑易于制備或獲得并能循環使用;
③可以制備R和S兩種構型的產物;
④最好是催化性的合成。
不對稱合成是替代拆分法獲得手性化合物的重要方法,不論從機理上還是操作上二兩者都是不同的,拆分法主要是一種物理過程,它是把已經合成的對映體分離開來,而不對稱合成則是從潛(前)手性底物在手性條件下直接轉化為某一對映體過量的立體選擇性反應。
迄今,能完成最好的不對稱合成的手段無疑應首推自然界中的酶催化。發展像酶催化體系一樣有效的化學體系是對人類智慧的挑戰。近40年來的發展,在發現可與生物過程互補和各種多樣性的立體選擇性反應中,化學家已取得了巨大的成功,這就是不對稱催化反應。
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