《有机合成化学》课件第一章 本科绪论1

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,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, 2004,2.,黄宪,王彦广,陈振初，新编有机合成化学,化学工业出版社, 2003,3. 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,*,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,世纪,1828,年 德,W,hler,1845,年,H. Kolbe,实现了从元素单质合成乙酸,Organic Chemistry,Synthesis,1856,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,，,1838,1907,），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，,R,Willstaher,环庚酮合成托品酮,，总共,15,步，总产率为,0.75%,2. 1917,年，,R,Robinson,用一步合成托品酮，他切断方法：,由于二醛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. C,Suhuf,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,VB,6,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（,1962,）,头孢菌素,C,（,1965,） 前列腺素,F2,（,1973,）,维生素,B,12,（,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,B,12,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. Eschenmoser,19,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, 145.,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. 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,2,71,最毒物质,LD,50,= 150 ng,/kg,KCN,的,LD,50,= 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,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,B,12,、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.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. 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,),http:/www.orgsyn.org,/,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.htm,CAMEO (,预测有机化学反应产物的软件,),http:/zarbi.chem.yale.edu/products/cameo/index.shtml,Current Organic Chemistry (,免费,摘要,),http:/www.bentham.org/coc/index.html,Electronic Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis,(,有机合成试剂百科全书,e-EROS), in Organic Synthesis (MOS,有机合成方法,),http:/www.rsc.org/is/database/mosabou.htm,SyntheticPages,(,合成化学数据库,) (,免费,),http:/www.syntheticpages.org,/,有机合成练习,(,免费,),/,European Journal of Organic Chemistry (,免费,摘要,), Letters (,免费,目录,),http:/pubs.acs.org/journals/orlef7/index.html,Journal of Organic Chemistry,http:/pubs.acs.org/journals/joceah/index.html,Synthetic Communications (,免费,摘要,), Syntheses,http:/orgsynth.org,/,有机合成常用网址,Angewandte Chemie, International Edition, chemistry/journals/info/,synlett/online/index.shtml,Synthesis,http:/www.thieme- 1(Organic and Bioorganic Chemistry),http:/www.rsc.org/is/journals/current/perkin1/p1ppub.htm,Science of Synthesis: Houben-Weyl Methods of Molecular Transformation,http:/www.science-of-,/,Solid-Phase Synthesis database (,固相有机合成,),