АСИММЕТРИ́ЧЕСКИЙ СИ́НТЕЗ

АСИММЕТРИ́ЧЕСКИЙ СИ́НТЕЗ, хи­мич. про­цесс, при ко­то­ром об­ра­зу­ет­ся оп­ти­че­ски ак­тив­ное со­еди­не­ние из оп­ти­че­ски не­дея­тель­но­го и не имею­ще­го цен­тра асим­мет­рии суб­стра­та. Про­ис­хо­дит гл. обр. с уча­сти­ем асим­мет­ри­зую­ще­го аген­та, ко­то­рый обу­слов­ли­ва­ет пре­иму­щест­вен­ное об­ра­зо­ва­ние од­но­го из энан­тио­ме­ров – асим­мет­ри­че­скую ин­дук­цию. Асим­мет­ри­зую­щи­ми аген­та­ми мо­гут быть вспо­мо­га­тель­ные оп­ти­че­ски ак­тив­ные со­еди­не­ния (т. н. час­тич­ный, или пар­ци­аль­ный, А. с.) или к.-л. фи­зич. фак­то­ры (аб­со­лют­ный А. с.). В пер­вом слу­чае аген­та­ми асим­мет­ри­че­ской ин­дук­ции слу­жат оп­ти­че­ски ак­тив­ные ор­га­нич. со­еди­не­ния син­те­тич. или при­род­но­го (напр., в фер­мен­та­тив­ном А. с.) про­ис­хо­ж­де­ния. Во вто­ром – ис­поль­зу­ет­ся цир­ку­ляр­но-по­ля­ри­зо­ван­ный свет, энан­тио­морф­ные кри­стал­лы в ка­че­ст­ве но­си­те­лей ка­та­ли­за­то­ра, а так­же яв­ле­ние асим­мет­ри­че­ско­го ав­то­ка­та­ли­за, при ко­то­ром один из об­ра­зую­щих­ся энан­тио­ме­ров яв­ля­ет­ся ка­та­ли­за­то­ром пре­вра­ще­ния ис­ход­ных ве­ществ. Эф­фек­тив­ность А. с. оце­ни­ва­ет­ся по ве­ли­чи­не асим­мет­ри­че­ско­го, или оп­ти­че­ско­го, вы­хо­да (ра­вен от­но­ше­нию ве­ли­чи­ны оп­тич. вра­ще­ния про­дук­та ре­ак­ции к ве­ли­чи­не оп­тич. вра­щения це­ле­во­го энан­тио­ме­ра), а так­же по ме­ре пре­вы­ше­ния ко­ли­че­ст­ва це­ле­вого энан­тио­ме­ра в сме­си – ве­ли­чине энан­тио­мер­но­го из­быт­ка, рав­но­го (в %) 100($[\text R]-[\text S])/([\text R]+[\text S]$), где $[\text R]$ и $[\text S]$ – кон­цен­тра­ции энан­тио­ме­ров.

Впер­вые час­тич­ный А. с. осу­ще­ст­вил в 1904 нем. хи­мик В. Маpквальд, по­лучив оп­ти­че­ски ак­тив­ную ме­тил­этилук­сус­ную ки­сло­ту $\ce{CH_3(C_2H_5)\overset {\ast} {C}HСООН}$ пу­тём раз­ло­же­ния ки­слой со­ли ме­ти­л­этил­ма­ло­но­вой ки­сло­ты и ал­ка­лои­да бру­ци­на. При этом хи­раль­ный фраг­мент мо­ле­ку­лы вспо­мо­га­тель­но­го оп­ти­че­ски ак­тив­но­го ве­ще­ст­ва (бру­ци­на) вхо­дит в со­став ис­ход­но­го про­хи­раль­но­го со­еди­не­ния – ме­ти­лэ­тил­ма­ло­но­вой ки­сло­ты. В ре­зуль­та­те об­ра­зу­ют­ся не­рав­ные ко­ли­че­ст­ва диа­сте­ре­о­ме­ров. По­сле уда­ле­ния хи­раль­но­го фраг­мен­та мо­ле­ку­лы вспо­мо­га­тель­но­го ве­ще­ст­ва по­лу­ча­ет­ся про­дукт, об­ла­даю­щий оп­ти­че­ской ак­тив­но­стью за счёт воз­ник­ше­го цен­тра асим­мет­рии – асим­мет­ри­че­ско­го ато­ма уг­леро­да $\ce{\overset{\ast} {C}}$. К час­тич­но­му А. с. от­но­сят­ся процессы, при­во­дя­щие к воз­ник­но­ве­нию но­во­го цен­тра асим­мет­рии в ре­ак­ци­ях гид­ри­ро­ва­ния, га­ло­ге­ни­ро­ва­ния, гид­ро­си­ли­ли­ро­ва­ния ал­ке­нов или кар­бо­ниль­ных со­еди­не­ний, в ре­ак­ци­ях фер­мен­татив­но­го ка­та­ли­за, ка­та­ли­за в при­сут­ст­вии хи­раль­ных ме­тал­ло­ком­плек­сов и ге­те­ро­ген­ных ка­та­ли­за­то­ров, мо­ди­фи­ци­ро­ван­ных хи­раль­ны­ми со­еди­не­ния­ми. В час­тич­ном А. с. вы­ход оп­ти­че­ски ак­тив­но­го про­дук­та мо­жет пре­вы­шать 90%, в слу­чае фер­мен­та­тив­но­го А. с. – при­бли­жа­ет­ся к 100%.

Асим­мет­ри­че­ский ка­та­лиз име­ет важ­ное прак­тич. зна­че­ние. Хи­раль­ные асим­мет­ри­зую­щие ка­та­ли­за­то­ры ис­поль­зу­ют в про­из-ве гер­би­ци­дов (напр., 2-ме­тил-N-ме­ток­сии­зо­про­пил-6-этилхлороацет-анилида – метoлaхлора), оп­ти­че­ски ак­тив­но­го мен­то­ла, важ­ней­ше­го клас­са оп­ти­че­ски ак­тив­ных ве­ществ – ами­но­кис­лот, ис­поль­зуе­мых для син­те­за за­мени­те­ля са­ха­ра – ас­пар­та­ма, сред­ст­ва для ле­че­ния бо­лез­ни Пар­кин­со­на – ди­гид­рок­си­фе­ни­ла­ла­ни­на, и пр. В 2001 У. Но­ул­зу, Р. Ной­о­ри и Б. Шар­плес­су при­су­ж­де­на Но­бе­лев­ская премия за ис­сле­до­ва­ния в об­лас­ти го­мо­ген­но­го асим­мет­ри­чес­ко­го ка­та­ли­за с при­ме­не­ни­ем хи­раль­ных $\ce{Rh}$-, $\ce{Ru}$- и $\ce{Ti}$-ком­плекс­ных ката­ли­за­то­ров в ре­ак­ци­ях асим­мет­ри­ческо­го гид­ри­ро­ва­ния и эпок­си­ди­ро­вания.

Аб­со­лют­ный А. с. за­ни­ма­ет осо­бое ме­сто в свя­зи с во­про­сом о про­ис­хо­ж­де­нии пер­вич­ных оп­ти­че­ски ак­тив­ных ор­га­нич. со­еди­не­ний при воз­ник­но­ве­нии жиз­ни. Ла­бо­ра­тор­ным спо­со­бом без уча­стия оп­ти­че­ски ак­тив­ных со­еди­не­ний син­те­зи­ро­ва­на ши­ро­ко рас­про­стра­нён­ная в рас­тит. ми­ре пра­во­вра­щаю­щая вин­ная ки­сло­та пу­тём гид­ро­кси­ли­ро­ва­ния фу­ма­ро­вой ки­сло­ты под дей­ст­ви­ем цир­ку­ляр­но-по­ля­ри­зо­ван­но­го све­та. Др. ва­ри­ант аб­со­лют­но­го А. с. осу­ще­ст­в­лён с ис­поль­зо­ва­ни­ем ка­та­ли­за­то­ров на ос­но­ве энан­тио­морф­ных кри­стал­лов оп­ти­че­ски ак­тив­но­го квар­ца, роль асим­мет­ри­зую­ще­го аген­та вы­пол­ня­ет кри­стал­лич. ре­шёт­ка но­си­те­ля. Од­на­ко в этом слу­чае вы­ход оп­ти­че­ски ак­тив­но­го про­дук­та не пре­вы­ша­ет до­лей про­цен­та. Вы­со­кие оп­ти­че­ские вы­хо­ды дос­ти­га­ют­ся при асим­мет­ри­чес­ком ав­то­ка­та­ли­зе, ко­гда про­исхо­дит хи­раль­ное уси­ле­ние энан­тио­се­лек­тив­но­сти ре­ак­ции, т. е. об­ра­зу­ет­ся про­дукт с бóльшей энан­тио­мер­ной чис­то­той, чем хи­раль­ный ка­та­ли­за­тор, осу­ще­ст­в­ляю­щий его об­ра­зо­ва­ние. Так, при син­те­зе хи­раль­но­го спир­та по ре­ак­ции дии­зо­про­пил­цин­ка с ал­ке­нил­пи­ри­ми­ди­л­аль­де­ги­дом в при­сут­ст­вии хи­раль­но­го ин­дук­тора (кри­стал­лов оп­ти­че­ски ак­тив­но­го квар­ца) оп­ти­че­ский вы­ход пре­вы­ша­ет 90%. При асим­мет­ри­чес­ком ав­то­ка­та­ли­зе в ка­че­ст­ве асим­мет­ри­че­ско­го ин­дук­то­ра мо­гут быть ис­поль­зо­ва­ны ве­ще­ст­ва с энан­тио­мер­ным из­быт­ком ме­нее 3·10^–5% и по­лу­че­ны про­дук­ты с энан­тио­мер­ным из­быт­ком бо­лее 70%.

Асим­мет­ри­че­ско­го эф­фек­та мож­но ожи­дать и в от­сут­ст­вие асим­мет­ри­че­ско­го ин­дук­то­ра при дос­та­точ­но боль­шой раз­но­сти ме­ж­ду энер­гия­ми энан­тио­ме­ров в ре­зуль­та­те на­ру­ше­ния чёт­но­сти в сла­бых взаи­мо­дей­ст­ви­ях.