现代合成化学-2013

现代合成化学第一讲绪论合成化学化学区别于其它自然科学的地方在于可以制造物质，即可以将原子配对重组，合成得到体现物质属性的最小单元一分子。合成新物质是化学研究的终极目标和永恒主题。现代合成化学是研究如何应用现代化学的原理和方法合成一些新物质的一门学科。

现代合成化学的研究意义研究对象和目的基本内容课时安排一、现代合成化学的研究意义古代的炼金术士和炼丹术士是现代合成化学家的先驱，19世纪初，“从生物体内分离出来的物质是由一种神秘的‘活力’所创造的，因此叫有机物（有生机之物），以区别于从矿物中分离出来的无机物（无生机之物）”，“有机物不能从无机物来制造，不可能人工合成”。这种观点曾一度统治着化学界，阻碍着化学的发展。1828年，德国化学家维勒（F.

Wohler

）用人工方法从无机物合成了尿素。之后有更多的有机物被合成，1845年合成了醋酸，1854年合成了油脂等，这时“活力论”才彻底被否定了，人类终于突破了有机物不能由人工合成的禁区。从此，有机化学进入了合成的时代。20世纪，塑料、人造橡胶、人造纤维、各种涂料、粘合剂等合成高分子材料。合成化学的历史2005年诺贝尔奖

法国科学家伊夫·肖万（下左）、美国科学家罗伯特·格拉布（下右）和理查德·施罗克因在烯烃复分解反应研究方面的贡献而荣获2005年度诺贝尔化学奖。

理查德·施罗克是世界上第一个生产出可有效用于换位合成法中的金属化合物催化剂的科学家。1990年，施罗克和他的合作者报告说，金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解反应催化剂。换位合成法换位合成法在化学工业中每天都在应用，主要用于研制新型药物和合成先进的塑胶材料。在上述三名科学家的努力下，换位合成法现在变得更加有效，反应步骤比以前简化了，所需要的资源也大大减少，材料浪费也少多了；使用起来也更加简单，只需要在正常温度和压力下就可以完成，对环境的污染也大大降低。换位合成法使人们向着“绿色化学”又迈进了一大步，大大减少了有害废物对人们的危害。理查德·赫克，美国人，1931年出生于美国的斯普林菲尔德，1954年在美国加利福尼亚大学洛杉矶分校获得博士学位。后又进入美国特拉华大学工作并于1989年退休。赫克现为特拉华大学名誉教授。

根岸英一，日本人，1935年出生于中国长春，1958年从东京大学毕业后进入帝人公司。1963年在美国宾夕法尼亚大学获得博士学位，现任美国珀杜大学教授。

铃木章，日本人，1930年出生于日本北海道鹉川町，1959年在北海道大学获得博士学位，于1973年就任北海道大学工学系教授，现在是北海道大学名誉教授。为制造复杂的有机材料，需要通过化学反应将碳原子集合在一起。但是碳原子本身非常稳定，不易发生化学反应。解决该问题的一个思路是通过某些方法让碳的化学性质更加活泼，更容易发生反应。这类方法能有效地制造出很多简单有机物，但当化学家们试图合成更为复杂的有机物时，往往有大量无用的物质生成，而赫克、根岸英一和铃木章的研究成果解决了这一难题。赫克、根岸英一和铃木章通过实验发现，碳原子会和钯原子连接在一起，进行一系列化学反应。这一技术让化学家们能够精确有效地制造他们需要的复杂化合物。目前钯催化交叉偶联反应技术已在全球的科研、医药生产和电子工业等领域得到广泛应用。“钯催化交叉偶联反应”1965年，我国在世界上首次合成了由51个氨基酸组成的具有生命活性的蛋白质——结晶牛胰岛素。到20世纪80年代，我国又在世界上首次合成了一种具有与天然分子化学结构相同和完整生物活性的核糖核酸（酵母丙氨酸转移核糖核酸），这标志着人类在探索生命科学的历程中向前迈进了重要的一步。

合成化学为人类开辟了材料来源的新天地；塑料、人造橡胶、人造纤维、各种涂料、粘合剂等合成材料的制造给人类生活带来极大的方便。合成化学的研究意义合成化学提供的新材料，使空间技术、原子能工业、海洋资源开发等得到进一步发展。登上月球的宇航员的宇宙服，是由合成材料制成的；制取浓缩的铀235，所需耐腐蚀的含氟材料也是合成的；在高分子交换树脂基础上发展起来的离子交换膜，在淡化海水、人造肾、药物的定时释放等方面都起着很重要的作用。

合成化学促进了农业现代化

合成氨制成化肥，以及生产的植物生长调节剂（如矮壮剂、除草剂、催熟剂等）和各种农药，如化学合成的第三代农药──昆虫激素等，提高了农业产量。合成化学提供了很多药物生产的新途径

合成了磺胺类、抗生素类、维生素类等。现在很多镇痛剂、麻醉剂、防腐剂、催眠剂等都是合成出来的。合成化学与生物学、物理学等学科的密切配合，预计将来在征服疾病如癌症、精神病，以及控制遗传，延长人类的寿命等方面会发挥重要作用。作为化学和材料科学等学科重要分支和基础的合成化学，肩负着设计新化合物和新材料的反应途径和合成方法、开发新的分离技术和组装功能材料等重要的科学使命，合成化学的突破与新物种的出现，是推动化学学科（无机化学、有机化学、固体化学、材料化学等）和材料学科等相邻学科发展的重要基础。总之，合成化学不仅可以仿制自然界存在较少的物质，而且还创造了很多自然界不存在的物质，对科学的发展和人类的进步起着非常重要的作用。二、研究对象和目的合成化学研究化合物合成的规律、方法以及与合成有关的各种理论。本课程开设的目的是让研究生学习各种现代化学的合成方法、技术和手段，了解它们的适用范围与使用范例，为今后在科研工作中合理选择和使用这些合成方法打下良好的基础。本课程讲授现代合成化学的基本概念、基本原理，重点介绍现代合成化学的新方法和新技术，适当介绍现代合成化学的新成果和前沿发展动态。现代合成化学研究的重点

采用各种先进的合成手段定向合成和分子设计，即以分子设计的思想和高效、高选择性的反应去合成各种特定结构和特定功能的化合物，以满足当今和未来社会中生命科学、材料科学、信息科学、能源科学以及环境科学的需求。随着先进实验方法的层出不穷，以及合成化学的开发和实际应用的不断增加，现代合成化学的内容已经从常规经典的合成发展到大量特殊合成以及极端条件下的合成，特种组成、结构和聚集态的合成，以至发展到正在兴起的定向设计合成和组合合成。目前，合成化学涉及范围日益广泛，与其它学科的关系也日益密切。现代合成化学已摆脱了经验性摸索，建立起了现代合成化学结构合理的内容体系，即以现代化学原理（物质结构理论、化学热力学、动力学理论）为指导的分子设计；以原子经济性，环境协调性为目标的绿色化学和组合化学合成路线设计；以现代光、电、磁、热的自动控制为条件的合成方式，以无机物、有机物、聚合物为制备对象的各种合成方法。三、现代合成化学的研究内容进入21世纪，合成化学将更注意发展新合成反应、新合成路线和方法、新制备技术及与此相关的反应机理的研究。

有机合成：高选择性、高合成效率和经济性、高反应活性和收率、环境友