《有機(jī)化學(xué)》課件-7-14

7.14主體一客體概念

立體化學(xué)的發(fā)展涉及反應(yīng)的立體選擇性和立體專一性，前面是從反應(yīng)的機(jī)理闡述加成反應(yīng)和取代反應(yīng)的立體結(jié)果。復(fù)雜有機(jī)化合物的生理活性與它們的立體結(jié)構(gòu)有關(guān)，左旋體藥物有藥效，右旋體可能沒有，這是為什么？這是因?yàn)樗幬锏纳碜饔檬桥c機(jī)體內(nèi)生化作用、代謝方式緊密聯(lián)系在一起的，機(jī)體內(nèi)的生化反應(yīng)依靠酶的作用，而酶是有高度立體組織的蛋白質(zhì)。它的高效催化性促進(jìn)了生命過程中絕大多數(shù)的化學(xué)轉(zhuǎn)換反應(yīng)。酶是通過使反應(yīng)分子的瞬時(shí)中間產(chǎn)物穩(wěn)定化而起作用的。

對于大分子酶的三維結(jié)構(gòu)可以通過x光衍射法測定，這種結(jié)構(gòu)與底物的關(guān)系好像是鎖和鑰匙的匹配，酶的一部分鏈段包圍了底物，要得到最佳匹配，底物才能被酶所活化。下邊是酶水解多肽的示意：酶的活性位點(diǎn)的質(zhì)子把肽鏈迅速水解并斷裂肽鍵，分解出端頭的芳香氨基酸（在上圖中分出的氨基酸為苯丙氨酸）。

克拉姆（Cram)從酶—底物的相互關(guān)系發(fā)展出主體—客體概念。他認(rèn)為酶的催化作用是酶為主體，底物為客體，合適的主—客關(guān)系才能起催化作用。彼得森（Peterson)較早就發(fā)現(xiàn)了冠醚能包容金屬正離子，例如18-冠-6絡(luò)合K+，15-冠-5絡(luò)合Na+，剩下它們的負(fù)離子X-。在溶液中X-由于脫離了正離子的束縛，活性大大加強(qiáng)。冠醚能作為相轉(zhuǎn)移催化劑是基于促進(jìn)油/水溶液中負(fù)離子的加成或取代反應(yīng)（見10.5節(jié)）。這一理論用主—客體概念解釋，主體為冠醚，客體為金屬正離子。

主—客體概念涉及兩類物質(zhì)大小的相容性，18-冠-6有較大孔徑可以絡(luò)合K+,15-冠-5的孔徑較小能絡(luò)合Na+，而不容K+。酶的催化特異性也是由于底物的幾何形狀而只被某一種酶活化。20世紀(jì)70年代人們發(fā)現(xiàn)環(huán)糊精是一種很好的主體（見19.6節(jié)）。它的結(jié)構(gòu)像一只上窄下寬的開口桶，外側(cè)邊框是親水的，內(nèi)側(cè)是親油的，可以在空腔中容納許多有機(jī)和無機(jī)化合物。那些與空腔幾何形狀或基團(tuán)的大小相匹配的分子，就能進(jìn)入環(huán)糊精分子內(nèi)。

要附帶說明的是:常見的環(huán)糊精是由6個(gè)、7個(gè)或8個(gè)葡萄糖單元首尾成環(huán)的，分別稱為α-，β-和γ-環(huán)糊精。α-環(huán)糊精容納尺寸較小的分子，γ-環(huán)糊精可容納分子尺寸大的;而β-環(huán)糊精則介于a-和γ-類之間，可以容納中等大小的分子，例如芳香衍生物。重氮苯的還原反應(yīng)是一個(gè)自由基去氮反應(yīng)，可由次磷酸還原實(shí)現(xiàn)（見17.5節(jié)）反應(yīng)產(chǎn)率低于70%。

如果用環(huán)糊精催化還原，則產(chǎn)率大大提高，可達(dá)80%以上。由于反應(yīng)過程中生成的芳香自由基包容在環(huán)糊精空腔內(nèi)，故它很容易從主體上奪取H而成為Ar-H，從而大大減少了偶