第一章_有机合成绪论.ppt

1、2020/9/6,绪论,1,有 机 合 成,主讲人：,2005年9月,Tel: E-mail:,2020/9/6,绪论,2,提纲,1绪论 1.1有机合成的目的、任务和内容 1.2有机合成的发展状况 1.3有机合成的现代成就 1.4有机合成的发展趋势 2有机合成与路线设计基础 2.1有机合成的要点 2.2有机合成路线设计的基本方法 2.3有机合成反应的选择性与控制 2.4分子骨架的形成 2.4官能团的引入、转换和保护,2020/9/6,绪论,3,3分子的拆开 4导向基引入 5合成子与极性转换 6氧化反应 7还原反应 8磷、硫、硅在有机合成中的应用 9合成问题的简化 10Corey有关有机合成路线

2、设计的五大策略简介,提纲,2020/9/6,绪论,4,11天然产物全合成实例 12其它现代有机合成方法与技术 13绿色合成 14有机合成常用仪器、装置及操作 15反应产物的分离、纯化和波谱分析 16空气敏感化合物的操作 17常用有机溶剂、试剂和气体的纯化,提纲,2020/9/6,绪论,5,第一章 绪 论,1.1 有机合成的目的、任务和内容,1.1.1 有机合成的目的,有机合成是利用化学方法将单质、简单的无机物或有机物制备成较复杂的有机物的过程。,早期的有机合成，主要是在实验室内仿造自然界中已存在的化学物质。同时，在分子结构上也达到验证的作用。现在，人们已可以依据物质分子的结构与性质的关系规律，

3、为适应国计民生的需要而合成自然界中并不存在的新物质。今后的发展趋势，也不是盲目地研究合成新的化合物，而是设计和合成预期有优异性能的或具有重大意义的化合物。,2020/9/6,绪论,6,1.1.1 有机合成的目的,因此，有机合成已经成为当代化学研究的主流之一。利用有机合成可以制造天然化合物，可以确切地确定天然物的结构，可以辅助生物学的研究以解开自然界的奥秘。利用有机合成更可以制造非天然的，但预期会有特殊性能的新化合物。事实上，有机合成就是应用基本且易得的原料与试剂，加上人类的智慧与技术来创造更复杂、更奇特的化合物。 可以这样说：“有机合成是无中生有”。,2020/9/6,绪论,7,1.1.1 有

4、机合成的目的,正如1965年诺贝尔奖获得者，也是有机合成的先师Wodward教授所说：“在有机合成中充满着兴奋、冒险、挑战和艺术”。再进一步看，逻辑性的归纳和演绎在有机合成中，特别是在路线设计中，显得非常重要，甚至可以运用计算机程序来辅助合成路线的设计。,2020/9/6,绪论,8,1.1.2 有机合成的任务,基本有机合成工业的任务是：从价廉易得的天然资源，如煤、石油、天然气或农副产品等，初步加工成一级有机产品，如甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、苯、萘等再进一步加工成二级有机产品，如乙醉醇、乙酸、丙酮等。这些一、二级产品的生产称为“重有机合成工业”。 基本有机合成的特点是：产品量大，质量要求稍低，加工

5、相对粗糙，生产操作简单。,2020/9/6,绪论,9,1.1.2 有机合成的任务,精细有机合成工业的任务是：以基本有机合成工业中得到的一、二级有机产品为原料，合成一些结构比较复杂，质量要求很高(即较精细)的化合物。其制备过程的操作条件要求严格，步骤较多，一次生产的量比较少但品种比较多。精细有机合成主要用在合成药物、农药、染料、香料等。这种合成的首要任务常常是合成路线的设计。,2020/9/6,绪论,10,1.1.2 有机合成的任务,这两类有机合成工业对于同计民生那是缺一不可的。 没有精细有机合成工业就没有满足人民生活需要的丰富多彩的有机产品； 没有基本有机合成工业，精细合机合成工业也就没有了根

6、基。,2020/9/6,绪论,11,1.1.3 有机合成的内容,有机合成是综合应用各类有机反应及其组合，有机合成新方法、新技术，有机合成设计及策略以获得目标产物的过程。 尽管现有的合成反应非常多，仍然不能满足化学家奇妙的分子合成设计需要和更高要求的有机合成。,2020/9/6,绪论,12,1.1.3 有机合成的内容,新试剂、新反应、新方法和新技术的应用使有机合成路线更简洁、更有效、更绿色化。例如，元素有机试剂的不断涌现为有机合成提供了新型的高选择性试剂； 过渡金属有机化合物用于有机合成不仅使许多反应转化率和原子利用率更高，而且把化学计量反应转变为效率更高的催化反应； 组合化学的应用使药物合成更

7、加高效快速； 有机电合成和超临界合成技术的应用为有机合成的绿色化提供了可能； 光合成、超声波合成、微波合成和等离子体合成等技术不仅促进了有机合成，而且还创造了一系列新的有机合成反应和新的反应通道。,2020/9/6,绪论,13,1.2 有机合成的发展状况,1828年德国科学家沃勒(Wh1er)成功地从氰酸铵合成了尿素：,1856年霍夫曼(A .WHofmann)发现苯胺紫，威廉姆斯(GWilliams发现菁染料； 1890年费歇尔(EmH Fischer)合成六碳糖的各种异构体以及嘌呤林等杂环化合物，费歇尔也因此荣获第二届(1902年)诺贝尔化学奖；,2020/9/6,绪论,14,1.2 有机

8、合成的发展状况,1878年拜耳(A.Von Daeyer)合成了有机染料靛蓝，并很快实现了工业化，此后他又在芳香族化合物的合成方面取得了巨大的成就，并获得第五届(1905年)诺贝尔化学奖：,2020/9/6,绪论,15,1.2 有机合成的发展状况,1903年德国化学家维尔斯泰特(R.Willsttter)经过卤化、氨解、甲基化、消除等20多步反应，第一次完成颠茄酮的合成，这是当时有机合成的一项卓越成就，具体合成路线为：,2020/9/6,绪论,16,1.2 有机合成的发展状况,1917年英国化学东鲁滨逊(Robinson)第二次合成颠茄酮，他采用了全新的、简洁的合成方法，是模拟自然界植物体合成

9、莨菪碱的过程进行的，其合成路线是：,1930年诺贝尔化学奖获得者Nans Fischer合成了血 红素；,1944年R. B. Woodward合成金鸡纳碱等；,2020/9/6,绪论,17,1.2 有机合成的发展状况,RBwoodward ，27岁完成了喹啉的全合成，生物碱，钱子碱(1954年)、麦角新碱(1956年)、利血平(1956年)；甾体化合物，如胆甾醇、皮质酮(1951年)，黄体酮(1971年)以及羊毛甾醇(1957年)；抗生素，如青霉素、四环素、红霉素、维生素B12等，并因此获得1965年诺贝尔化学奖。,2020/9/6,绪论,18,1.2 有机合成的发展状况,Corey等人运用

10、这种力法在天然产物的全合成中取得了重大成就，其中包括银杏内酯、大环内酯如红霉素、前列腺素类化合物以及白三烯类化合物的合成，Corey也因此而荣获1990年诺贝尔化学奖。,2020/9/6,绪论,19,1.2 有机合成的发展状况,20世纪90年代，合成化学家完成的最复杂分子的合成当属Kishi小组的海葵毒素(palytaxin)的合成。,2020/9/6,绪论,20,1.2 有机合成的发展状况,近年来，合成化学家把合成工作与探寻生命奥秘联系起来，更多地从事生物活性的目标分子的合成，尤其是那些具有高生物活性和有药用前景分子的合成，例如免疫列制剂FK506、抗癌物质埃斯坡霉素(esperlmycin

11、)、紫杉醇(taxot)等的合成。至此，有机合成进入化学生物学期。,2020/9/6,绪论,21,1.3 有机合成的现代成就,有机合成化学是当前有机化学中最富有活力的一门分支学科。在有机合成方法研究中，有时是有意识地寻找，有时则是无意识地发现了某一现象，再有意识地跟踪。这样，无论在合成反应方面，还是在试剂或技术方面，都取得了丰硕的成果： 己研究清楚的有机反应多达3000个以上，其中有普遍应用价值的反应就有200多个。 国内外已商品化的试剂有5万多种。 具有产率高，反应条件温和，选择性和立体定向性好的新反应大量出现，如光化反应、微生物反应、模拟酶合成等。 元素有机化学的发展使有机合成大放光彩。,

12、2020/9/6,绪论,22,1.3 有机合成的现代成就,新试剂、新型催化剂，特别是固相酶新技术的应用可使催化剂稳定，能长期使用并能使生产连续化。它们通常具有使反应速度快，条件温和，选择性好合成工艺简化等优点。 合成方法的研究也是有机合成发展的一个重要方面。良好的合成路线设计能够合理而巧妙地解决复杂的合成问题，使合成路线既具有科学性，又具有艺术性。这一点已在许多复杂分子合成中显示了巨大的潜力和广阔的应用前景。,2020/9/6,绪论,23,1.4 有机合成的发展趋势,现代科学的进展、已为有机合成今后发展建立了良好的客观条件。大致有下列几个力面 ： 理论方面 现代有机合成化学已建立在坚实的理论有

13、机化学和量子化学的基础上。在深度上将对反应的历程和本质作进一步深入的研究，从而在控制反应的方向与速度、产物的结构与纯度以及提高反应的收率等方而取得更多的主动权。,1.4.1有机合成今后发展的良好客观条件和改进方向,2020/9/6,绪论,24,1.4 有机合成的发展趋势,方法方面 近年来，对新型有机合成方法，如生物化学法、超声法、高压法、辐射法等，特别是酶化学和酶模拟合成方法的研究，获得重大的突破，从面为合成方法带来更大的变革。 测试方面 近代物理测试方法，如红外、紫外、核磁共振、色质联用、高效液相色谱、元素自动分析、x射线衍射等，已普遍配合应用，有力地促进了有机合成的迅速发展。,2020/9

14、/6,绪论,25,1.4 有机合成的发展趋势,人工智能方面 使用计算机来辅助合成路线设计将大大加快合成路线设计的速度。为此，人们已注意到了全面分析和总结复杂分子的合成规律与逻辑，使合成工艺变得更加严格而系统化，以此为基础，编制有机合成路线的计算机辅助设计程序，逐步达到路线设计的计算机化。,2020/9/6,绪论,26,1.4.2 有机合成化学与其他科学相结合的发展趋势,任何学科的发展都不是孤立的，与其他相关学科互相结合往往发展更快。有机合成也个例外，结合的方面是很多的。仅举较明显的与生命科学和与材料科学相结合的两个方向为例。,2020/9/6,绪论,27,1.4.2 有机合成化学与其他科学相结

15、合的发展趋势,与生命科学相结合的有机合成化学 与生命科学相结合有几层不同的含义：一是有机合成要选择生命科学中的重要物质为合成对象；二是将生物化学方法用于有机合成；三是二者的巧妙结合产生一些全新的科学分支领域 。 核酸与蛋白质的化学中就有很多是合成化学。不论在蛋白质，还是在核酸的合成中，有机合成从来就是非常重要的基础。蛋白质、多肽的合成中，关键的反应就是酰胺键的形成或羧基的话化；其次则是众多保护基的应用和脱除。核酸或脱氧核酸的合成中磷酰基的活化和磷酸酯的形成也是个核心问题。,2020/9/6,绪论,28,1.4.2 有机合成化学与其他科学相结合的发展趋势,与材料科学相结合的有机合成化学 在材料科学的新发展中，很多新材料本身都是合成的新品种，实用性能很好。对作为有机导体的聚乙炔一类物质的研究受到很大的重视。近年来，还有一些新的方法用于这类化合物的合成。美国加州理工学院的Grubbs发展了金属催化的卡宾中间体开环复分解聚合法。相对分子质量可达13700，用碘渗杂后顺反式产品都有不同的、合乎要求的导电率。这化合物溶于苯、四氯化碳等，使之便于加工。利用有机铬催化剂可聚合全氟丁炔-2，也有一定的导电率。,2020/9/6,绪论,2