《有机合成化学》课件第一章 本科绪论1

1、有机合成化学 Synthetic Organic Chemistry有机合成化学参考书1. 黄培强，靳立人，陈安齐. 有机合成, 高等教育出版社, 20042. 黄宪, 王彦广, 陈振初，新编有机合成化学, 化学工业出版社, 20033. Stuart Warren， Designing Organic Synthesis, John Wiley & Sons, 2001 4. Paul Wyatt，Stuart Warren，Organic Synthesis:Strategy and Control，John Wiley & Sons，2007 由易得原料合成小测验第一章 绪论一、引言 *

2、有机化学其它方面如电子理论、立体化学、反应机理的研究也离不开有机合成， 因它们研究的对象之一就是有机反应，甚至是在有机合成中得到启发而展开的。有机合成（ Organic Synthesis）：以有机反应为基础和工具，通过合理的路线，由较简单分子得到较复杂分子的过程有机合成化学是有机化学中最重要的一门三级学科*，是利用有机化学反应合成所需有机化合物的化学有机合成区别于有机反应的特点：强调产率和经济性强调反应条件的可操作性强调产物为中心，以“得到”为检验的标准 主要目标:巩固一些基本有机合成化学反应和概念.学习一些新型有机合成化学反应.学习一些基本的有机合成设计策略.二、发展简介1、产生：19 世

3、纪 1828年 德 Whler 1845年 H. Kolbe 实现了从元素单质合成乙酸Organic ChemistrySynthesis1856年，W. H. Perkin苯胺紫的合成第一个工业精细有机合成 第一个人工合成的紫色染料。由英国化学家威廉亨利柏琴（W. H. Perkin，18381907），于1856年在合成奎宁的实验中偶然发现获得。由含有甲苯胺的不纯苯胺经硫酸和重铬酸钾氧化制得。用作毛、丝绸等的染色剂。这一出乎意料的偶然发现，不仅开创了实验室人工合成有机化合物的时代，而且也开创了工业合成染料的时代，是合成染料取代天然染料的重要标志（取代了当时比黄金还贵的泰尔红紫） 。珀金由此

4、成为公认的科学家兼企业家的“两栖科学家”之典范。19世纪重要的全合成：E. Fischer完成的（+）-葡萄糖的合成官能团的复杂性， 立体化学控制获得1902年诺贝尔化学奖代表19世纪末有机合成的最高水平20 世纪上半叶， 近代有机合成首推 英 R. Robinson 2 复杂天然产物的全合成1917年仿生合成托品酮 1947诺贝尔化学奖 将化学结构、反应性、反应过程以合成方法学的观点联系起来，使有机合成第一次作为一门课程开设出来。1. 1901年，RWillstaher 环庚酮合成托品酮，总共15步，总产率为0.75%2. 1917年，RRobinson用一步合成托品酮，他切断方法：由于二醛

5、与甲胺及丙酮在水溶液中缩和可以得到少量托品酮，后来用丙酮二羧酸代替丙酮，显著提高了产物的产率。3. CSuhuf等仔细选用缓冲溶液，托品酮的产率提高到90%左右。历史回顾（1828-1944）萜品醇托品酮高铁血红素马萘雄甾酮VB6奎宁1803年从鸦片中提取的生物碱1925 年确定结构1953年美 M. Gates合成Morphine 吗啡Heroin 海洛因20 世纪下半叶, 美 R. B . Woodward （1917-1979）向最复杂的天然产物挑战：1965年诺贝尔化学奖 奎宁（1944年） 可的松（1951）马钱子碱（1954） 利血平 （1958）叶绿素（1960） 四环素（196

6、2）头孢菌素C（1965） 前列腺素F2（1973）维生素B12 （1973） 红霉素（1981）1948年从动物肝脏中提取出 1954年用X-ray确定结构维生素B12 促进红血球形成及再生，预防贫血维护神经系统健康促进儿童成长，增进食欲代谢脂肪酸，使脂肪、碳水化合物、蛋白质 被身体适当运用消除烦躁不安，集中注意力，增强记忆及平衡感 人工合成：1962-1973年 哈佛大学R. B. Woodward 瑞士苏黎世联邦工科大学A. Eschenmoser19个国家，99名科学家，11年的艰苦努力37步合成甾环主体14步合成侧链 共51步Pure Appl. Chem. 1973, 33, 14

7、5.1981年 Woodward领导下, 红霉素合成成功J. Am. Chem. Soc. ,1981, 103, 3210. 18个手性中心,理论上有242144个异构体erythromycin红霉素属大环内酯类抗生素，对葡萄球菌属、各组链球菌和革兰阳性杆菌均具抗菌活性。 E. J. Corey 时代系统建立了逆合成分析方法（1961,1967,1990）在全合成中设计、发展新的合成试剂与方法PEG2前列腺素Elias James Corey科里，美国哈佛大学教授，因发展有机逆合成分析理论，获1990 年诺贝尔化学奖。Nicolaou, K. C., et al. Angew. Chem.

8、Int. Ed. 2000, 39, 44-122.历史回顾（1990-2000）Nicolaou等一代合成大师崛起卡里奇霉素胞变霉素紫杉醇当今最难的合成 海葵毒素C 115， C* 64， C=C 7，异构体 271最毒物质 LD50= 150 ng/kg KCN的LD50= 1 mg/kg 哈佛大学Kishi 1989年合成成功“有机合成的珠穆朗玛峰” 20世纪有机合成工作的标志。J. Am. Chem. Soc.1989, 111, 7530-7533.胰脏中分离出来的多肽类激素1945-1955 年 英 F. Sanger 测定出牛胰岛素的结构(氨基酸排列次序)1958-1965,9

9、汪猷、邢其毅合作，经7年努力, 于1965年9月合成成功。1970-1981年 王德宝，汪猷 1981年11月合成了第一个具有完整生理活性的酵母丙氨酸转移核糖核酸。我国有机合成的重大成就牛胰岛素的合成结晶牛胰岛素A链 21个氨基酸单位B链30个氨基酸单位3有结构兴趣的非天然产物的合成高密度高能材料，其爆炸（分解）后体积膨胀1150倍。Eaton 1964年合成立方烷，而后36年，花费数百万美元Zhang, M. X.; Eaton, P. E. ; Gilardi, R. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39,401. 显示有机合成创造力的工作高能化合物的合成 创造新物

10、质是化学家的首要任务。100年来合成化学发展迅速，许多新技术被用于无机和有机化合物的合成，例如，超低温合成、高温合成、高压合成、电解合成、光合成、声合成、微波合成、等离子体合成、固相合成、仿生合成等等；发现和创造的新反应、新合成方法数不胜数。现在，几乎所有的已知天然化合物以及化学家感兴趣的具有特定功能的非天然化合物都能够通过化学合成的方法来获得。在人类已拥有的1900多万种化合物中，绝大多数是化学家合成的，几乎又创造出了一个新的自然界。合成化学为满足人类对物质的需求作出了极为重要的贡献。诺贝尔化学奖得主1902年E.Fischer合成糖和嘌呤衍生物1905年A.von Baeyer研究有机染料

11、和芳香族化合物1910年O.Wallach研究脂环族化合物1912年V.Grignard发现用镁做有机反应的试剂 P.Sabatier 研究有机化合物的催化氢化反应1918年F.Haber发明合成氨法1930年H.Fischer研究血红素和叶绿素，合成血红素1937年 W.Haworth 研究碳水化合物和维生素C的结构 P.Karrer 研究类胡萝卜素、核黄素、维生 素A和B2的结构1947年 R.Robinson 研究生物碱的合成1950年O.Diels K.Alder 发现双烯合成反应1963年 K.Ziegler K.Alder研究乙烯聚合的催化剂1964年 D.C.Hodgkin测定维

12、生素B12等大分子结构1965年 R.B.Woodward 人工合成维生素B12、胆固醇、叶绿素等复杂有机物1969年 D.H.R.Barton, D.H.R.Barton研究有机化合物的三维构象1973年 E.O.Fischer 制备和测定了夹心面包结构的金属有机化合物1975年 J.W.Cornforth,V.Prelog 有机分子及其反应的立体化学1976年 W.N.Lipscomb 研究硼烷和碳硼烷的结构1979年 H.C.Brown, G.Wittig 在有机合成中利用硼和磷的化合物1981年 福井谦一 创立前线轨道理论 R.Hoffmann 提出分子轨道对称守恒原则1984年 B.

13、Merifield 研究多肽的合成1987年 C.Pedersen， J.-M.Lehn, D.Cram 合成能模拟重要生物过程的有 机化合物 1990年 E.J.Corey 提出有机合成的逆合成分析原理1991年 R.R.Ernst 发展高分辨核磁共振波谱学方法1994年 G.A.Olah 研究碳正离子化学1996年 H.W.Kroto, R.F.Curl,Jr., R.E.Smalley 发现富勒烯2000年 A.J. Heeger,A. G. MacDiarmid, H. Shirakawa 导电聚合物的发现2001年 W. S. Knowles, B. M. Sharpless,野依良

14、治,不对称合成2005年 Y. Chauvin, R.H. Grubbs,R.R. Schrock, 烯烃复分解反应2006年 R. D. Kornberg 真核转录的分子基础2009年O. Shimomura,M. Chalfie, R. Y. Tsien 绿色荧光蛋白 2010年 R. F. Heck, E. Negishi, A. Suzuki Pd 催化的交叉偶联反应 三、有机合成挑战与展望 1、20世纪有机合成化学取得了辉煌的成就，但自然界和人类本身认识的发展将会不断地向合成化学提出新的挑战。 天然复杂分子的全合成：紫杉醇1963年美国化学家瓦尼（M.C. Wani）和沃尔（M. E

15、. Wall）首次从一种生长在美国西部大森林中称谓太平洋杉（Pacific Yew）树皮和木材中分离到了紫杉醇的粗提物。在筛选实验中，Wani和 Wall发现紫杉醇粗提物对离体培养的鼠肿瘤细胞有很高活性，并开始分离这种活性成份。由于该活性成份在植物中含量极低，直到1971年，他们才同杜克（Duke）大学的化学教授姆克法尔（Andre T. McPhail）合作，通过x-射线分析确定了该活性成份的化学结构一种四环二萜化合物，并把它命名为紫杉醇（taxol）。 紫杉醇主要适用于卵巢癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。2、日益发展的精细化学品的需要绿色化学 改

16、变现有生产的化学合成路线和工艺条件，使其成为保证人类可持续性发展，并与生态环境协调发展的洁净、节能和节约的生产方式 用新的化学品取代现在使用的有害化学品，用新的工作方法代替原来的有害工作方法Anastas-Warner绿色化学的12项原则1确立源头杜绝理念2发展原子经济性合成3较少有危害性的合成反应出现4设计要使所生成的化学产品是安全的。 5溶剂和辅料是较安全的6设计低能耗过程7用可以回收的原料8尽量减少派生物9催化作用催化剂10要设计可降解化学品 11防止污染进程能进行实时分析 12发展安全的化学品 3、有机合成化学与生命科学、材料科学的结合相互交叉，相互渗透，联系更加紧密； （1）与生命科

17、学结合的有机合成化学 有机合成选择生命科学中的重要物质做合成对象以生物方法用于有机合成模拟生命过程和生命体系的合成（2）与材料科学结合的有机合成化学 新型导电材料的合成：有机导体、有机磁性材料新型光学材料的合成：非线性光学材料、液晶和有机电致发光材料生物医学材料的合成 合成化学典型的研究领域基本需求生存食品农药高级追求长寿疾病医药学习如何合成并制造任何具有科学意义或实用价值的新物质，运用高选择性的紧凑的合成路线与过程得到期望的产物，并在生产过程中坚持低能耗且对环境友好。要求合成和制造新方法的研发上有持续不断的进步，人类的福利将继续得益于新物质的出现，包括医药产品和特殊材料。美21世纪化学科学的

18、挑战委员会 超越分子前沿化学与化学工程面临的挑战理想的合成：用简单的、安全的环境友好的、资源有效的操作，快速、定量地把廉价易得的起始原料转化为天然或设计的目标分子。路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！有机合成常用网址 Organic Syntheses(有机合成手册), John Wiley & Sons (免费)/Named Organic Reactions Collection from the University ofOxford (有机合成中的命名反应库) (免费)http:/www.chem.ox.ac.uk/thirdyearcomputing/NamedOrganicReac.有

19、机化学资源导航Organic Chemistry Resources Worldwide/有机合成文献综述数据库Synthesis Reviews (免费)http:/www.chem.leeds.ac.uk/srev/srev.htmCAMEO (预测有机化学反应产物的软件)/products/cameo/index.shtmlCurrent Organic Chemistry (免费,摘要)/coc/index.htmlElectronic Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis (有机合成试剂百科全书e-EROS)/eros/有机合成常用网址Methods in Organic Synthesis (MOS,有机合成方法)/is/database/mosabou.htm SyntheticPages (合成化学数据库) (免费)/ 有机合成练习 (免费)/European Journal of Organic Chem