有机合成发展历史和测试仪器简介

1、郑 晓 鑫 2014.11.4有机合成简介1 1、前、前 言言 有机合成是有机化学中最富活力的领域 有机合成是表现有机化学家非凡创造力的舞台1.1 1.1 资料：资料： 1900-2000年的100年中，化学合成和分离了2285万种化合物（包括天然产物、药物、材料等）。其中大部分都是有机合成的产物。 许多天然存在的有机化合物，包括复杂的天然产物，都可以用有机合成方法制得。 1.2 1.2 有机合成是有机化学中永不枯竭的研究有机合成是有机化学中永不枯竭的研究资源资源: : 生命科学: 生物大分子，生物活性分子，生化分析试剂等 医药学: 药物，药理、病理分析试剂等 农业: 农药、农用化学品等 石油

2、: 石油化工产品等 材料科学: 高分子化合物，功能材料等 食品: 食品添加剂等 日用化工: 染料，涂料，化装品等1.3 1.3 有机合成是推动有机化学发展的永恒动有机合成是推动有机化学发展的永恒动力：力： 有机化学家在解决有机合成问题过程中，全面发展了有机化学：化学结构理论，反应理论，合成方法，分离纯化方法，结构鉴定方法等。2 2、有机合成的历史回顾、有机合成的历史回顾2.1 尿素的合成 （1828年，德国化学家 Wohler）NH4OCNH2NNH2O有机化学的开始有机化学的开始2.2 2.2 颠茄酮的合成颠茄酮的合成 2.2.1 19022.2.1 1902年，德国化学家年，德国化学家 W

3、illstatter (1915 Willstatter (1915年获年获Noble Noble 化学奖）化学奖）21 steps, overall yield 0.7%2.2.2 19172.2.2 1917年，英国化学家年，英国化学家 Robinson Robinson (19471947年获年获Noble Noble 化学奖）化学奖）3 steps, overall yield 90%R1NHR2+HCHO+R3R4OR3R4OR1NR2Mannich Reaction (1912)2.2.3. 维生素B12 的合成 （Woodward, 1977年） Woodward因在1945-1

4、954年人工合成了奎宁、类固醇、马钱子碱、羊毛甾醇、麦角碱等近20种复杂天然产物而1965年获Noble化学奖. 在Woodward及Eschenmoser领导下, 经过两个实验室，100多位科学家的共同努力，于1977年完成了维生素B12的全合成工作。 将有机合成作为一种艺术展现在世人面前。2.2.4 E.J.Corey, (1990年获Noble 化学奖) 如果说Woodward 一生奋斗的成就是将有机合成作为一种艺术展现在世人面前，那么Corey 则是将有机合成从艺术转变成为科学的一个关键人物。他的逆合成分析是现代有机合成化学的重要基石，推动了20世纪70年代以来整个有机合成领域的蓬勃发

5、展。 逆合成分析 (Retrosynthetic analysis) Woodward (1981) 红霉素的全合成 Y. Kishi (1987) 海葵毒素的全合成 S. L. Schreiber et al (1993) FK-1012 的全合成 K. C. Nicolaou & S. L. Schreiber（1994） 紫杉醇（Taxol)的全合成OOOH2NOHOHOHOOHOHMeHOOHOHOHOHOHHOOOHOHHOOHOOHOHOHOOHOHMeOHOHHOOHOHOHOOMeMeMeOHOHOHOHHOONHOHHOOHOHOHMeOHOOHNHHOOOH海葵毒素

6、C C129129H H223223N N3 3O O5454, ,分子量分子量26802680，6464个手性中心个手性中心3.3.有机波谱分析有机波谱分析 采用现代仪器分析的方法，测定有机物的结构。采用现代仪器分析的方法，测定有机物的结构。 优点：样品消耗量少、省时、省力、快速、准确。优点：样品消耗量少、省时、省力、快速、准确。 它不仅可以研究分子的结构，还能探索分子间各种集聚态它不仅可以研究分子的结构，还能探索分子间各种集聚态的结构（构型和构象）的状况，对人类所面临的生命科学、的结构（构型和构象）的状况，对人类所面临的生命科学、材料科学的发展，是极其重要的。材料科学的发展，是极其重要的。

7、 分子运动形式及对应的光谱范围分子运动形式及对应的光谱范围 在分子光谱中，根据电磁波的波长在分子光谱中，根据电磁波的波长 ( )划分为几个划分为几个 区域，如下图所示：区域，如下图所示： 3.1 3.1 红外光谱红外光谱 红外光谱 (Infrared Spectroscopy, IR) 的研究开始于 20 世纪初期，自 1940 年商品红外光谱仪问世以来，红外光谱在有机化学研究中得到广泛的应用。 在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。所以，用红外光照射有机物分子时，分子中的化学键或官能团可发生震动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在

8、红外光谱上将处于不同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。3.2 3.2 质谱质谱 质谱法是利用带电粒子在磁场或电场中的运动规律，然后按照质量或质荷比（m/z）实现分离分析，测定离子质量及其强度分布。 这种按质量或质荷比大小顺序排列而成的图谱就是质谱图。质谱分析法主要是通过对样品离子质荷比的分析而实现对样品进行定性和定量的一种方法电离装置把样品电离为离子质量分析装置把不同质荷比的离子分开经检测器检测之后可以得到样品的质谱图质谱仪基本原理质谱仪基本原理1.质谱法是唯一可以确定分子质量的方法；2.灵敏度高；3.样品用量少，通常只需微克级样品，检出限 可达10-14 g；4.质谱仪种类

9、很多，应用范围广，可进行同位素分析，也可进行化学分析，可进行无机成分、有机结构分析，生物样品分析； 被分析对象：气体、液体、固体。优点优点3.3 3.3 核磁共振核磁共振谱谱 NMRNMR：磁性核受幅射而发生跃迁所形成的吸收光谱。是研究分子结构、构型构象等的重要方法。核磁共振的研究对象： 磁性核，即具有磁矩的原子核。磁矩是由于核的自旋运动产生的。并非所有同位素的原子核都具有自旋运动。原子核的自旋运动与自旋量子数I有关。 核磁共振波谱的测定核磁共振波谱的测定 样品：纯度高，固体样品和粘度大的 液体样品必须溶解。 溶剂：氘代试剂。 标准：四甲基硅烷（内标法，外标法） 化学位移 偶合常数 积分高度

10、NMRNMR谱的结构信息谱的结构信息 化学位移 积分高度 偶合常数1H NMR谱中的峰面积 (peak area) 正比于等价质子的数目 用积分曲线表示峰面积。积分曲线的高度与峰面积成正比关系。 例：乙醇CH3CH2OH 3组质子的积分曲线高度比为 3：2：1积分曲线积分曲线 (integration line)(integration line)影响化学位移的因素影响化学位移的因素氢核受到的屏蔽作用越大，峰越在高场出现，越小。 诱导效应 共轭效应 各向异性效应拉电子基团：去屏蔽效应，化学位移增大推电子基团：屏蔽效应，化学位移减小诱导效应：诱导效应： YH中Y的电负性越大，1H周围电子云密度越

11、低，屏蔽效应越小，越靠近低场出峰，值越大。化合物化合物CH3FCH3OHCH3ClCH3BrCH3ICH4TMS电负性电负性4.03.53.02.82.52.11.84.263.143.052.682.160.230共轭效应共轭效应 供电子共轭效应，苯环电子云密度增大。 氢核电子云密度增大，屏蔽作用增大，向高场移动，值减小。 各向异性效应：氢核与某功能基因空间位置不同，受到屏蔽作用不同，导致其化学位移不同。 原因：在外磁场的作用下，由电子构成的化学键会产生一个各向异性的附加磁场,使得某些位置的核受到屏蔽,而另一些位置上的核则为去屏蔽。各类质子的化学位移值范围 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 RCH2-O=C-CH2-C=C-CH2-CCCH2