有机合成 绪论

《有机合成化学》生物化学系李东风电话-mail:lidf6304@126.com课程简介有机合成化学是有机化学中最重要的基础学科之一，它是创造新有机分子的主要手段和工具，发现新反应、新试剂、新方法和新理论是有机合成的创新所在。1828年德国化学家维勒用无机物氰酸铵的热分解方法，成功地制备了有机物尿素，揭开了有机合成的帷幕。100多年来，有机合成化学的发展非常迅速。课程简介有机合成发展的基础是各类基本合成反应，不论合成多么复杂的化合物，其全合成可用逆合成分析法(RetrosynthesisAnalysis)分解为若干基本反应，如加成反应、重排反应等。每个基本反应均有它特殊的反应功能。合成时可以设计和选择不同的起始原料，用不同的基本合成反应，获得同一个复杂有机分子目标物，起到异曲同工的作用，这在现代有机合成中称为“合成艺术”。课程简介《有机合成化学》是我校化学相关专业学生学习的重要专业课程之一，课程主要介绍了有机合成化学的基本知识和进展，将基础有机合成原理、方法与现代有机合成的原理、方法紧密衔接，体现有机合成化学的基础性、系统性、科学性和前沿性，反映有机合成中产率高和选择性好的反应，同时反映环境友好合成。

课程简介本课程主要内容包括氧化反应、还原反应、烷基化反应、缩合反应、消除反应、分子重排反应、环合反应及光学异构体的拆分和不对称合成、保护基在有机化合物种的应用等。通过学习重点掌握合成化学的基本原理和基本知识，了解这些理论和知识在实际中尤其在实际中的应用，使化学相关的学生对有机合成有全面系统的认识。课时安排：总学时32，其中：课堂讲授23；实验教学9。成绩组成：平时成绩20%，实验成绩20%，期末成绩60%。主要教材和参考书主要参考书：1、王玉炉主编，《有机合成化学》（第二版），科学出版社，2009。2、徐家业主编，《高等有机合成》，化学工业出版社，2005。3、黄宪编著，新编有机合成化学，化学工业出版社，2003。4、巨勇编著，有机合成化学与路线设计，清华大学出版社，2002。主编：叶飞黄长干徐翠莲化学工业出版社2010年9月第1版第一章绪论1.1引言1.2有机合成化学发展史1.3有机合成的任务1.4有机合成化学的研究方法1.5有机合成的发展趋势1.1引言R.Breslow美国化学会会长哥伦比亚大学教授这本书用简洁、清晰的语言向公众说明，化学对于人类文明生活的实际贡献以及化学是如何作出这些贡献的

化学是一门中心的、有用的、创造性的科学化学的核心是合成化学--徐光宪（中国科学院院士，北京大学教授，中国化学会理事长）徐光宪，著名物理化学家，无机化学家，教育家，中国科学院院士。获得多项学术大奖,被誉为中国“稀土之父”

。著作有《物质结构》、《稀土的溶剂萃取》等有机合成化学是有机化学中最富有活力的分支学科合成化学家的目的：1、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。2、根据人们的需要来改造分子结构或创造出全新的结构。有机合成是表现有机化学家非凡创造力的舞台1900-2000年：化学合成和分离了2285万种化合物，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。有机合成是有机化学中永不枯竭的研究资源: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: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，化装品等有机合成是推动有机化学发展的永恒动力：

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。1.2有机合成发展历史推动有机合成的三件大事:1、尿素的合成(Wohler)2、有机化合物结构理论的建立包括：碳的四价和成键和苯的结构(Kekule)3、碳价键的正四面体构型(van‘tHoff）

JacobusHenricusvan‘tHoff（1852-1911）荷兰化学家，1901年第一位诺贝尔化学奖1.2有机合成发展史（1）早期的化学家基本上从天然来源的混合物中提取比较纯的化合物。1806年，瑞典化学家贝采里乌斯（JonsJakobBerzelius)提出有机化学概念。有机化学之父，生命力学说倡导者。1.2有机合成发展史（2）1828年，德国化学家维勒（F.Wohler）用典型的无机物合成了尿素，从一定程度上改变了当时流行的“生命力”学说，开始了近代有机化学以及有机合成的历史。

维勒（F.Wohler，1800－1882），

德国化学家。我应当告诉您，我制造出尿素并不求助于肾或动物——无论是人或犬。1.2有机合成发展史(3)1845年，德国有机化学家（H.Kolbe）从单质元素合成乙酸，并第一次用到“合成”这个单词，彻底终结“生命力”学说。柯尔柏（Kolbe,A.W.H1818-1884）（4）1856年，W.H.Perkin（英国化学家）合成苯胺紫，这是第一个人工合成染料，第一个工业有机合成，是有机合成化学史的一个里程碑。苯胺紫合成是一个非目标性产物：在合成奎宁（金鸡纳碱，C20H24N2O2—1820年提取制备，1908年确定结构）时的意外产物。珀金(W.H.Perkin1838—1907)奎宁苯胺紫第一个人工合成的食用色素（5）尿素合成之后，19世纪最重要的全合成是E.Fisher完成的(+)-葡萄糖合成。在该目标化合物合成过程中，立体化学的控制是其对合成化学最大的贡献。E.Fisher由此获得1902年诺贝尔化学奖。EmilFischer，德国化学家。1852-1919合成嘌呤及其衍生物多肽(+)-葡萄糖（6）1917年，R.Robinson合成了托品酮。开创了系统的有机合成方法，反应机制和化学结构关系等的研究。并第一次开设了有机合成课程。R.Robinson获得1947年诺贝尔化学奖医药中间体SirRobertRobinson(GreatBritain,1886-1975)

"forhisinvestigationsonplantproductsofbiologicalimportance,especiallythealkaloids".1）1902年，德国化学家韦尔施泰特（Willstatter）首次实现了托品酮的全合成。（1915年获Nobel化学奖）21steps,overallyield0.7%多步全合成的诞生。RichardMartinWillstätter(Germany,1872-942)

“forhisresearchesonplantpigments,especiallychlorophyll”.（叶绿素）

（7）20世纪结构理论、色谱技术等的发展，特别是50年代NMR技术开始应用于有机化合物结构测定，大大推动了有机合成化学的发展300M核磁共振仪（8）20世纪50-70年代，R.B.Woodward巧妙合成了利血平，胆甾醇，维生素B12和红霉素（18个手性中心）等许多结构复杂的天然产物，将有机合成发展到前所未有的水平。R.B.Woodward的名言合成对象是不能变动的，既不能单凭勤恳，也不能仅凭灵机一动就进行工作，而必须按照计划来进行。VB12（1977）95步，512个立体异构体近百人，耗时15年RobertB.Woodward(1917–1979)wasborninBostonandfirstbecameacquaintedwithchemistryinhishomelaboratory.HeenteredMITattheageof16andreceivedaPh.D.thesameyearthatthosewhoenteredMITwithhimreceivedtheirB.A.’s.HewenttoHarvardasapostdoctoralfellowandremainedthereforhisentirecareer.Cholesterol（胆固醇）,cortisone（可的松）,strychnine（士的宁）,reserpine(利血平thefirsttranquilizingdrug),chlorophyll（叶绿素）,tetracycline（四环素）,andvitamin（维生素）arejustsomeofthecomplicatedorganicmolecules.Woodwardsynthesized.HereceivedtheNobelPrizeinchemistryin1965.一位不断向最复杂的天然有机物分子挑战的人将有机化学作为一种艺术展现在世人面前（9）20世纪70年代，合成热点是前列腺素。Corey发展了手性合成理论和方法，并系统建立了逆合成分析方法，并荣获1990年诺贝尔化学奖。有机合成化学的宗师级人物。在有机合成发展史上被公认为伍德沃德概念上的学术接班人。他的鼎盛时期被称为有机合成史上的“科里时代”。成功地合成50多种药剂和百余种天然化合物（10）20世纪80年代，B.Merrifield发展了固相合成技术，获得1984年诺贝尔奖。美国生物化学家，最主要的贡献是发明了固相接肽技术。他因为研究出了制造肽和蛋白质的方法而获得了1984年的诺贝尔化学奖。通过开发出一种能够快速大量合成肽链的自动实验室技术，从而极大地推进了生物化学，分子生物学，以及药理学等领域的发展。B.Merrifield多肽固相合成技术获得1984年诺贝尔化学奖

（11）1989年，哈佛大学教授Kishi合成了海葵毒素，被称为是世纪工程。它的合成被誉为有机合成的珠穆朗玛峰。美国哈佛大学化学与化学生物学系教授，公认的世界最杰出的有机化学家之一。在副教授进修期间师从现代有机化学“全合成之父”RobertBurnsWoodward（伍德沃德），也正是Woodward看中了其过人的化学才能，1974年将其引荐为哈佛大学教授。他1994年完成了迄今为止手性中心最多的海洋天然产物海葵毒素，无与伦比地鼓舞了全世界的化学家，有机合成化学家们开始产生了“没有合成不出来的分子”的言论。地中海槽沟海葵中的一类有毒多肽，可引起神经和心脏中毒，并可抑制蛋白水解酶活性。海葵能镇静、止咳、降压、抗凝、抗菌、抗癌、兴奋平滑肌等作用C129H223N3O54,分子量2680，64个手性中心，7个骨架内双键，100多个官能团，可能的异构体是271（12）20世纪90年代，发展了组合化学合成理论和技术。有机合成有三个显著特点：

一是许多具有重要药用前景的新化合物相继被发现；二是许多结构新颖、复杂的海洋天然产物被分离、鉴定，成为有机合成的新挑战；三是不对称合成成为合成研究的主流。1993年,施伯特(S.L,Schreiberetal)FK-1012的全合成。(哈佛大学教授)细胞免疫作用（FK506）基因开关(FK-1012)使合成化学家看到了有机合成在生命科学研究领域的无穷创造力和迷人前景1994年，尼古拉武（K.C.Nicolaou）andS.L.Schreiber全合成紫杉醇（Taxol）从紫杉的树皮中提出的一种化合物.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。W.S.Knowles、R.Noyori和B.M.Sharpless因在催化不对称合成方面的杰出成就而共享2001年诺贝尔化学奖。这三位化学家的成就在于找到了有机合成反应中的高效手性催化剂和立体选择性反应的方法，可以高效方便地合成手性分子的单一异构体，促进了化学工业和制药工业的发展。野依良治（日）RyojiNoyori巴里·夏普莱斯（美）B.M.Sharpless威廉·诺尔斯（美）WilliamS.Knowles为了验证并扩充化学理论而合成有结构兴趣的非天然产物型新化合物合成计划的成功证实了某些理论，也导致另一些理论的修正，同时还制造出一些未曾有过的化合物。这些新化合物有些可能已经有某种用途，但有些在当时还不知道有什么用途，只是由于结构新奇引起合成化学家的兴趣而合成的。这也是允许的，因为当初至少在理论上是有一定目的的。这类化合物叫“化学珍品”(chemicalcuriosity),例如某些环蕃(cyclophanes)。化学珍品首先在理论上有意义。由于它们有结构上的特点，必然有性质上的特点，因此推断会有特殊的用途，只是一时没有被认识而已。香港中文大学黄乃正等人成功地合成了1,2,7,8-二苯并[2,2]环蕃。它是一种有张力的由4个苯环连接而成的一种环蕃类有机物。环蕃中还有很多有趣的化合物。两个或两个以上的苯环，以饱和或不饱和碳碳键对位相接，形成各种不同的、几个苯环成平行面的结构：

全共轭的平面结构Cook合成了十字四烯(Stauren-tetraene)。对该化合物的兴趣在于探索中心碳原子的4个键是否平铺。还有一种化合物叫窗烷(fenestrane)。它不仅有理论意义，而且在自然界中确实存在一种二萜(diterpene)化合物，它的分子中具有窗烷的结构骨架。

有结构兴趣的非天然产物的合成1985年RobertCurl等人制备出了C60。克罗托受建筑学家理查德·巴克明斯特·富勒设计的美国万国博览馆球形圆顶薄壳建筑的启发，认为C60可能具有类似球体的结构，因此将其命名为buckminsterfullerene（巴克明斯特·富勒烯，简称富勒烯,又名巴基球或巴克球（Buckyball），其他名称还有球碳与芙)还有一类化合物叫富勒烯(fullerene)，它们品种繁多，都有分子式(CH)x。在理论上，当x=4时，分子是四面体；当当x=6时，分子是八面体烷；当x=8时，分子是立方体烷。诺贝尔化学奖得主1902年 E.Fischer 合成糖和嘌呤衍生物1905年 A.vonBaeyer 研究有机染料和芳香族化合物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1.2有机合成发展历史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 在有机合成中利用硼和磷的化合物

G.Wittig 发现维蒂希重排反应，提供了新的制烯方法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.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 艾伦·黑格，白川英树，艾伦·马克迪尔米德，有关导电聚合物的发现 2001年W.S.Knowles,B.M.Sharpless,野依良治,不对称合成2005年Y.Chauvin,R.H.Grubbs,R.R.Schrock,烯烃复分解反应

1.3有机合成的任务一种理想的（最终有效的）合成是指用简单的、安全的、环境有好的、资源有效的操作，快速定量的把廉价、易得的起始原料转化为天然或设计的目标分子。天然存在的有机物毕竟种类有限，甚至有的含量甚微，而人们需要的绝大多数有机物是纯品，几乎都靠人工合成。在老的自然界旁边再放进一个新的自然界，而这个自然界在质和量上都远远超过老的自然界。1.3有机合成的任务为科学技术的发展、社会进步、改善人们的物质文明生活提供各种性能的分子，并建立有效的生产方法。有机合成化学要为理论工作提供具有多种特殊性能的分子，以验证和发现新的理论。有机合成化学是有机化学的重要组成部分和有机化学工业的基础。它在化学这门科学中占有独特的核心地位。21世纪有机合成化学面临着新的机遇和挑战，从概念、理论、方法等方面丰富、发展有机合成化学是生命科学、材料科学以及环境科学对有机合成化学提出的新要求。1.3有机合成的任务指利用化学方法将原料(包括有机物和无机物)制备成新的有机物的过程。1、基本有机合成工业：煤化工，石油化工。特点：产品量大，质量要求不高，加工粗糙，生产操作较简单。2、精细合成工业：合成农药、药物、染料、香料等。特点：产品量小，品种多，质量要求高，生产操作过程细致而复杂。3、实验室：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，并加以利用；根据人们的需要来改造分子结构或创造出全新的结构。1.4有机合成反应的研究方法好的合成反应的评价标准：（1）高的反应产率（2）温和的反应条件（3）优异的反应选择性，包括化学选择性、区域选择性和立体选择性等（4）易于获得的反应起始原料（5）尽可能是化学计量反应向催化循环反应发展（6）对环境污染尽量少1.4有机合成反应的研究方法（1）逐步合成法（Stepwiseelongation）和片段组合法(Fragmentcondensation)（2）拆分法(Disconnectionapproach)。拆分法是为了解决复杂有机分子全合成的合成路线设计发展起来的一种合成设计理论。它的基本思想是将目标化合物分子拆分成一系列片段，应用化学反应知识，确定每一个片段相对应的起始原料和化学反应1.4有机合成化学的研究方法1、新方法（1）仿生合成：生物酶催化；模拟酶催化（2）离子作为模板的合成方法（3）固相合成（多肽的合成）（4）组合化学的方法。有机合成的一次观念、技术的革命！1.4有机合成化学的研究方法2、特殊技术（1）催化合成新技术（多相、均相、相转移催化）（2）微波有机合成技术（3）有机光化学合成技术（4）有机电化学合成技术（5）超声波有机合成技术1.5有机合成化学的发展20世纪的有机化学，从实验方法到基础理论都有了巨大的进展，显示出蓬勃发展的强劲势头和活力。世界上每年合成的近百万个新化合物中约70%以上是有机化合物。其中有些因具有特殊功能而用于材料、能源、医药、生命科学、农业、营养、石油化工、交通、环境科学等与人类生活密切相关的行业中，直接或间接地为人类提供了大量的必需品。与此同时，人们也面对着天然的和合成的大量有机物对生态、环境、人体的影响问题。展望未来，有机化学将使人类优化使用有机物和有机反应过程，有机化学将会得到