立体专一性

立体化学术语

立体专一性，立体化学术语。当一个反应中，互为立体异构体的反应物分别生成立体特征不同的产物时，此反应具有立体专一性。SN2反应和光延反应是典型的立体专一反应。这个概念需要与立体选择性相区别。立体选择性是指，反应机理允许生成两种产物，但实际上只有一个为主要产物。立体专一的反应都具有立体选择性。

基本概念

1、立体专一性；stereospecificity：一种指定的立体异构反应物，在反应中只得到相应的一种立体异构产物。或者说，立体异构不同的反应物生成立体异构不同的产物。立体专一反应必然是立体选择反应，立体选择反应却不一定是立体专一反应。

2、区域专一性；regiospecificity：当一个有机反应可以有几个可能的反应方向时，只按一个方向进行反应、生成一个结构异构产物时，则称为区域专一性。如卤化氢与不对称烯烃的加成反应，卤原子只加到含氢较少的双键碳原子上。

3、立体选择性；stereoselectivity：在有机反应中，同一反应物可以生成不等量的两个立体异构体，其中一个立体异构体的量远优于另一立体异构体时，则称此反应具有立体选择性。

4、化学选择性；chemoselectivity：有机化合物分子中含有2个或多个相同或不相同的官能团时，其中之一的官能团可与某试剂发生反应，而其他的不反应。这种官能团之间的反应性能的差异，称为化学选择性。例如巴豆醛分子中的碳碳双键与醛基都可被还原剂还原，但用硼氢化钠(NaBH4)作还原剂时，只还原醛基而不影响双键。

5、区域选择性；regioselectivity：在有机反应中，同一反应物可以给出两种或两种以上的结构异构的产物，其中一种产物的量远优于其他产物，是这种反应的特性称为区域选择性。

举例

SN2反应

卤代烃中的卤素可以被其他原子或基团所取代。反应中，卤素以负离子的形式离去，取代原子或基团则是一些亲核试剂。亲核试剂进攻缺电子的碳形成取代产物——亲核取代反应，用SN表示。

SN2机理：对溴甲烷的水解，反应是同步过程。亲核试剂从离去基团的背面进攻中心碳原子，首先生成较弱的键，同时离去基团与碳之间的键有一定程度的减弱，碳原子上的另外三个键也逐渐发生变化，由伞形到平面形，这需要消耗能量（活化能）。随着反应的进行，当达到能量最高状态即过渡态后，新键生成，旧键断裂，碳原子上的其余三个键由平面形重新变为伞形。整个过程象雨伞在大风中翻转一样。当反应物生成过渡态时，需要吸收活化能，过渡态为势能的最高点，一旦形成过渡态，即释放能量，形成产物。由于控制反应速率的一步是双分子，需要两种分子相互碰撞反应，故反应为双分子的亲核取代，表现为二级反应。

SN2反应的立体化学：

从SN2反应机理可以看出，亲核试剂从离去基团的背面进攻，其结果发生了构型的转化。Ingold等人将光活性的2—碘辛烷与放射同位素碘离子在丙酮中进行交换反应，结果发现，消旋化速率是交换反应速率的两倍，说明产物的构型发生了转化——瓦尔登（Walden）转化。反应物2—碘辛烷是S构型，经SN2反应后，构型完全转化，成为R构型，旋光方向相反，R、S构型形成一对外消旋体，旋光抵消，因此，消旋化速率是交换反应速率的两倍。

立体化学的证据支持了SN2机理，从构型的完全转化，说明了亲核试剂是从离去基团的背面进攻中心碳原子。绝大多数亲核取代反应属于SN2机理，大量的实验事实证明了这一点。因此，SN2反应总是伴随着构型的翻转，或者说，完全的构型转化往往是SN2反应标志。为什么亲核试剂总是从离去基团的背面进攻？这是由于①从正面进攻会受到携带电子的离去基团的排斥；②从背面进攻能形成较为稳定的过渡态，降低反应的活化能。

Mitsunobu 反应

1967年，Oyo Mitsunobu 报导了在三苯膦（PPh3）和偶氮二甲酸二乙酯（DEAD）作用下酸和醇缩合成酯的新方法。当底物为仲醇的时候，与羟基相连的碳原子的构型会发生翻转。

经过多年的研究和发展，形成了一大类合成方法，我们称之为Mitsunobu 反应。这类反应被广泛应用在有机合成，特别是天然产物的合成中。

在Mitsunobu 反应中，DEAD 和三苯膦首先生成一个活性的甜菜碱式中间体（betaine intermediate），这个活性中间体夺取作为亲核试剂的酸的质子并同时活化醇，随后经过SN2取代，得到手性翻转的酯；将得到的酯水解，其净结果是醇的构型翻转。

反应在很温和的条件下进行，通常反应温度是在0oC到室温，大部分基团都不会影响反应。但亲核试剂质子的pKa值必须小于甜菜碱式中间体（betaine intermediate）的pKa 值（～13），否则亲核试剂的质子不能被中间体（betaine intermediate）夺取，反应不能进行。低极性的溶剂有利于反应，通常用四氢呋喃，乙醚，二氯甲烷和甲苯作为溶剂，有时候乙酸乙酯，乙腈和DMF也用作溶剂。

1991年，Eli Lilly 的化学家 Martin 和 Dodge 发现用p-硝基苯甲酸（PNBA）作为亲核试剂对立体位阻较大的醇的翻转更有效。Buszek和Jeong据此合成了Octalatin A和B的前体。

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