有机合成技术课件

第一章绪论有机合成的发展历史有机合成的定义有机合成的内容和作用常用有机合成术语有机合成路线设计的重要性如何做一个合格的有机合成人才一、有机合成发展历史有机化学的开端始于有机合成。有机合成官能团化立体化学价键理论反应机理有机波谱金属有机化学有机化学……古老而年轻；伴随整个有机化学的发展而发展；合成方法和理论化学的发展导致更高的合成目标；新的合成目标导致新反应、新方法和新理论测出现；再提出更有挑战性的合成目标；

如此周而复始，螺旋式上升。一、有机合成发展历史

NH4Cl+AgOCN=AgCl+NH4OCN（氰酸铵） 或2NH3H2O+Pb(OCN)2=Pb(OH)2+2NH4OCN

NH4OCN=CO(NH2)2（尿素）第一个人工合成的有机物是尿素Perkin合成奎宁时意外发现：苯胺紫苯胺紫的结构一直到其发现的138年后（1994年）才被确定出来是两个酚嗪化合物的混合物。葡萄糖的合成代表着19世纪未有机合成的最高水平。E．Fischer由于在sugarandpurine方面的研究，成为继Vant’tHoff后第二位获得诺贝尔化学奖。E.FischerBaeyer的得意门生之一此后，有机合成进入R.B.Woodward时代。RobertBurnsWoodwardTheNobelPrizeinChemistry1965一位不断向最复杂的天然有机物分子挑战的人他完成的全合成有：1.奎宁(1944年）2.利血平（1956年）3.胆甾醇（1951年）4.马钱子碱（1954年）5.羊毛甾醇（1954年）6.叶绿素（1960年）7.四环素（1963年）8.维生素B12（1973年）9.红霉素（1981年）1944年奎宁1954年1981年18个手性中心，可能的光学异构体218(262144个异构体之一，49人参加）。完成了一百多种复杂天然产物的全合成，例如：前列腺素，多醚，生物碱，B-内酰胺（重要的抗生素），大环内酯（另外一种重要抗生素），海葵毒素，卟啉、长叶松萜烯(longifolene)等。TBS保护基PCC/PDC氧化剂二亚胺还原剂二噻烷极性反转技术CBS不对称还原Corey-Kim氧化科里也是一个富有创造性的学者，发明了许许多多的试剂和方法(据统计有50种以上的重要试剂和合成方法)。很多方法已经成为现代有机合成的惯用方法。EliasJamesCorey

Corey开创并倡导了计算机辅助合成设计，与人合作将计算机图形处理技术引入有机化学信息系统管理。后来导致了Chemdraw、Scifinder等的出现。EliasJamesCorey

K.C.Nicolaou柯·西·尼古劳新的挑战一些更为复杂的大分子也被人工合成出来。海葵毒素从分离到结构鉴定，历时11年；从结构确定到完成其全合成，历时7年。C129H223N3O54,分子量2680，64个手性中心由Harvard大学的Kishi教授课题组完成，它的合成被誉为有机合成的珠穆朗玛峰。SynthesisofAnthropomorphicMolecules:

TheNanoPutians

StephanieH.ChanteauandJamesM.Tour*

DepartmentofChemistryandCenterforNanoscaleScienceandTechnology,MS222,RiceUniversity,Houston,Texas77005

J.Org.Chem.,2003,68(23),pp8750–8766

例：通过对于糜蛋白酶中羟基与咪唑基等多功能基团协同作用的研究，人们合成了相应的模拟酶，其活性比天然糜蛋白酶的活性高10倍。生物模拟材料通过某些杂环分子的扩环和缩环反应，将太阳能储存起来。例：吡唑衍生物在光照下发生缩环反应，生成环丙烷取代的重氮化合物，后者可储能832J/g储能材料——最早的杂环高聚物：聚酰亚胺——多种杂环高分子材料具有优良的耐高温、耐酸碱、耐氟化物和电绝缘性能例：工程高分子材料无机化学分析化学物理化学生物化学药物化学高分子化学材料化学生命科学有机合成向其他化学分支的渗透

有机合成是一个得力的工具。二、什么是有机合成A+BC

有机合成是有机反应及其组合的应用。即利用几步以至多步过程从易得原料出发完成某一指定的有理论意义或实用价值的有机化合物。

三、有机合成研究的内容及作用研究的内容a、有机合成工业基本有机合成工业：将廉价的天然资源及其初步加工的产品进一步加工成乙醇、乙酸、丙酮等。精细有机合成工业：合成药物、农药、涂料、香料等。任务和作用感冒药物快克，康泰克，白加黑，康必得，速效感冒胶囊，泰诺主要成份为对乙酰氨基酚对乙酰氨基酚能抑制前列腺素的合成而产生解热作用原料药合成白加黑成份:每片含日用片夜用片

对乙酰氨基酚

325mg325mg

盐酸伪麻黄碱

30mg30mg

无水氢溴酸右美沙芬15mg15mg

盐酸苯海拉明-25mg解热镇痛止咳药麻黄碱（1R,2S)-[用途]中枢兴奋,毒性,抗休克

伪麻黄碱（1R,2R)-【用途】减轻感冒、过敏性鼻炎、鼻炎及鼻窦炎引起的鼻充血症状。代表几种化合物？药物和生物活性物质的合成和开发阿糖胞苷三氟胸苷齐多夫定阿糖腺苷拉米夫定司他夫定抗菌素的一种，是从青霉菌培养液中提制的药物，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。手性药物青霉素第一代头孢头孢噻吩钠第四代头孢头孢吡肟

第二代头孢

头孢克洛

第三代口服头孢

头孢克肟

1）耐胃酸适用于口服的头孢菌素种类较多；2）头孢菌素类所致的过敏反应较青霉素类显著降低。

头孢类抗生素手性药物1992年，美国FDA发布了手性药物指导原则。要求所有在美国上市的消旋体类新药，生产者均需提供报告，说明药物中所含的对映体各自的药理作用、毒性和临床效果。欧共体国家及日本、加拿大等国随后也规定了类似的法规。

R-型（不致畸）被“反应停”夺去胳膊的孩子们当一个手性化合物进入生命体时，它的两个对映异构体通常会表现出不同的生物活性。对于手性药物，一个异构体可能是有效的，而另一个异构体可能是无效甚至是有害的。

S-型（致畸）青蒿素中国唯一一种其分子结构得到国际认可的中药

青蒿素的功用及提取青蒿素的结构鉴定及人工合成屠呦呦研究员发现其药效并提取中国科学院上海有机化学研究所的周维善院士主持并参与了青蒿素结构测定和人工全合成。

东晋葛洪《肘后备急方》中的几句话吸引了她的目光：“青蒿一握，水一升渍，绞取汁服”，可治“久疟”。周维善院士青蒿素的结构鉴定及人工合成为结构改造工作打下了理论基础还原为“氢化青蒿素”屠呦呦研究员于2011年获得拉斯克奖-被誉为“诺贝尔奖风向标”的一个奖项。2005年10月禽流感恐慌席卷全球。达菲（奥司他韦）因其对禽流感的疗效而成为明星药物2009年的H1N1新流感亦曾经使用奥司他韦作治疗。Tamifluoroseltamivir

2013年H7N9型禽流感，可用达菲做早期治疗。达菲的合成生产达菲的主要原料——莽草酸，90%来自中国内地。八角（茴香）在八角的甲醇提取物中能含有超过10%的莽草酸Rochesynthesis瑞士罗氏公司

GileadScience’ssyntheticroute奥司他韦是基于结构的合理药物设计的成功案例，在这种药物的研发过程中大量应用了计算机辅助药物设计的手段，根据靶酶晶体结构的三维结构有针对性地设计了高效低毒专一性强的神经氨酸酶抑制剂。b、有机合成工作者在科研中的任务和目的天然产物全合成：在实验室内用人工的方法来复制自然界的产物，用以证明它的结构或足量地获得；根据人们的需要来改造分子结构或创造出全新的结构；发展更加高效、绿色的试剂、催化剂及有机合成方法。四、几个重要有机合成术语全合成（totalsynthesis）绿色有机合成

(greensynthesis)不对称有机合成（asymmetricsynthesis）C-C键形成反应

(C-Cbondforming)C-H键活化反应（C-Hbondactivation)全合成（totalsynthesis）和半合成：对一个复杂的从天然产物中分离得到的有机物，用简单的有机底物进行多步反应合成它的过程叫全合成；而采用结构相对复杂的另一种天然产物作为起始原料去合成该有机物的过程，称为半合成或半全合成。紫杉醇从自然界提取得到关键中间体，然后通过后续的化学修饰完成的全合成称为半全合成。

紫杉醇简介紫杉醇：二萜类化合物最早由太平洋红豆杉Taxus

brevifolia的树皮中分离广泛用于治疗十几种癌症目前主要来源于红豆杉属植物红豆杉

主要原料植物国家一级保护野生植物，全球十大濒危物种之一生长缓慢分布有限Taxol含量低

树皮中Taxol含量:0.00001-0.069%3000棵树=10吨树皮=1kgTaxol

直径20cm的红豆钐树需生长100年

由于红豆杉的紫杉醇含量很低，对资源的破坏比较严重，美国、加拿大等国家对红豆杉立法保护，药源地转向了中国等国家。

1999年，国际市场的紫杉醇价格上涨。最高时曾卖到2000美元1克。在暴利的驱使下，一轮轮的红豆杉剥皮大战在滇西北的横断山脉中上演。

据了解，由于毁灭性的破坏，红豆杉在云南境内已濒临灭绝。中美合资云南汉德生物技术有限公司，

1999年9月10日到2001年11月，在两年多时间里，汉德公司先后生产了111公斤纯度在98％以上的紫杉醇，除了13.1公斤被云南林业公安局扣押外，其余全部出口到了美国，价值2个多亿。药源问题解决办法之一：化学合成

紫杉醇这样的复杂天然有机分子是有机合成化学家面临的挑战。全世界共有40多个一流的研究小组从事紫杉醇的全合成工作。紫杉醇缺点：1、合成过程烦琐复杂，几十步

2、费用高，化学试剂昂贵

3、总收率太低（0.07－3％）

全合成1994年获得成功，现有超过六种途径紫杉醇的半合成浆果赤霉素III的酰化优点：1、原料枝叶含量丰富、提取相对容易，充分利用再生资源

2、产率高

3、最具实用价值可以工业化生产

4、获取紫杉醇构效关系信息，进行结构改造半合成以BaccatinⅢ作为半合成原料获得紫杉醇绿色有机合成

(greensynthesis)：采用无毒、无害的原料，催化剂和溶剂，用具有高选择性、高转化率、不生成或者少生成对环境有害的物质的途径进行有机物的合成。其宗旨是从根本上消除或减少环境污染。1999年，美国总统绿色化学挑战奖把“更新合成路线奖”授予Lilly研究实验室，奖励他们设计出更有效的、更少废弃物的合成方法制备抗痉挛药LY300164。

GreenChemistry

这类药物有治疗痉挛、癫痫和退化性神经错乱之特效，旧制法总产率仅16﹪，且生成大量含铬废弃物。新法包括利用酵母Zygosaccharomtcesrouxii

来还原，以树脂协助分离，并用二甲砜、氢氧化钠与压缩空气为氧化剂。产率大幅提高至55﹪，且每生产100公斤约少用34000公升溶剂，也减少300公斤含铬废弃物之形成。抗痉挛药LY300164J.Am.Chem.Soc.1995,117,12358.关于原子经济:不对称有机合成

（asymmetricsynthesis）

有机合成的主要发展方向之一是天然有机物质的人工合成。不对称合成技术对保证合成产品的天然活性是至关重要的。在药物，农药等的合成中，没有不对称合成技术是不可想象的。

不对称的含义：既没有对称面也没有对称中心。是“手性”的充分必要条件。不对称有机合成的目的是获得光学纯化合物（或称为对映纯化合物）。

获得光学纯化合物的重要性。不对称合成技术的重要性：不对称有机合成（asymmetricsynthesis）：又称手性合成，与光学异构现象紧密相关。指底物分子中的潜（前）手性单元与反应物作用形成不等量立体异构体的过程。

基本原理：创造一个不对称的反应条件或环境，使取代或加成按一定的方向进行，从而得到手性纯化合物。注意：有潜手性的底物在反应过程中缺乏手性催化剂或手性试剂的诱导，生成的产物总体而言是没有手性的。实现不对称合成的途径1、采用手性原料2、采用手性辅助试剂3、采用手性试剂4、采用手性催化剂1)、采用手性底物底物控制：由底物中的手性因素诱导新形成的手性中心形成不等量的非对映异构体。由于底物分子的不对称性，使分子的一侧空间位阻增大，进攻试剂只能从位阻小的一侧进攻。此法又分为不对称加成途径和不对称取代途径。2)、采用手性辅助试剂手性辅助试剂与无手性底物共价键结合，进行非对映选择性反应，得到的非对映异构体可用常规方法分离、纯化，然后除去手性辅助试剂得到手性化合物，总的结果往往是对映选择性合成。需额外两步反应，但可回收，反复使用3)、采用手性试剂本身参与反应，化学计量使用，反应后通常被破坏。制备一种具有特殊空间结构的加氢催化剂，这种催化剂能够识别底物分子的潜手性面，使氢原子只能从一个方向进行加成。4)、采用手性催化剂－最理想的不对称合成方法手性催化剂由于与底物形成分子间氢键、发生配位等，为反应提供一个手性环境，通过立体效应和电子效应来影响试剂进攻的方位，从而导致其中一种光学异构体优先生成。实例：铑（1）络合物为催化剂的均相催化氢化法。

少量的手性催化剂便可获得大量的手性产物。产物中一种对映体的比例高于另外一种的现象，称为对映体过量（enantiomericexcess,简写为e.e.)如果原料本身是手性的，而反应过程中会再产生一个手性中心，得到的产物是非对映体。其中一种非对映体比例高于另外一种时，称为非对映体过量，用d.e.(diastereois