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1、 精细有机合成 Minute Organic Synthesis 史海健 化工学院16级研究生 2016年11月30日 第一章 绪论（1）-16.11.30 第二章 碳碳键的形成（7） 16.11.30- 12.9 第三章 成环反应（2）16.12.14 第四章 逆合成分析和分子的切断（5） 12.16-12.23 第五章 还原反应和氧化反应（2）2.23-12.28 第七章 有机合成中的保护基（1）12.28 考试（2）-16.12.30 第一章：绪论 preface 一、有机化学与有机合成 二、有机合成的目的和任务 三、有机合成的回顾 四、有机合成的发展趋势 五、学习方法 六、参考书目 一
2、、有机化学与有机合成 有机化学有机化学：是研究有机化合物的来源、制备、结构 、性能、应用以及有关理论和方法学的科学。 有机化合物有机化合物：含有碳元素的化合物，其它元素包括 氢、氧、氮、硫、磷、卤素及一些金属元素。其它一 些不含碳元素的有机化合物，如硅氧烷等有机硅类化 合物。 有机化合物有机化合物特点特点：组成的元素较少，数量多（达 千万个）。 名称由来名称由来：最初是从动植物等有机体中提炼出来的 ，早期无法人工合成，但目前已经能够人工合成复 杂的有机化合物有机合成化学。 有机化学发展领 域 物理有机化学 有机合成化学 天然产物化学 天然产物合成 金属有机化学 不对称催化 绿色化学 有机材料化
3、学 药物化学与药物设计 农药化学 化学生物学 chemistry of natural products . physical organic chemistry organic synthesis 是有机化学中最富有活力的分支学科 和领域。 天然产 物化学 有机合 成 物理有 机化学 有 机 化 学 是有机化学中最富有活力的分支学科 有机合成是表现有机化学家非凡创造力的舞台。 有机合成是化学科学对人类文明作出重大贡献的领域 。 有机合成化学 有机合成化学，是化学最中心的研究与生产任务之一， 是新中间体、新药、新材料、新催化剂等最主要的来源， 是化学学科中最活跃、最具创造性的领域，也是整个科学
4、 界最活跃的方向。 现在，全世界化学工作者每年合成近百万种新化合物。 迄今人类已知的近2500万种物质中，绝大多数为有机化 合物（约90%以上），90%以上由人工合成。所以，有机 合成理所当然地成为合成化学最主要的内容。 基本有机合成工业 精细有机合成工业 化学工业中生产精细化学品的领域。 精细化学品：原指产量小、纯度高、价格贵的化工产品。 专用化学品：欧美一些国家把产量小、按不同化学结构进行生产和 销售的化学物质，称为精细化学品；把产量小、经过加工配制、具 有专门功能或最终使用性能的产品。 中国、日本等则把这两类产品统称为精细化学品。 中国精细化学品大致包括：医药、农药、染料、涂料、颜料、信
5、息 技术用化学品（包括感光材料、磁记录材料等）、化学试剂和高纯 物质、食品添加剂和饲料添加剂、催化剂、胶粘剂、助剂、表面活 性剂、香料等。随着国民经济的发展，精细化学品的开发和应用领 域将不断开拓，新的门类将不断增加。 精细化学品的品种繁多，无机化合物、有机化合物、聚合物以及它 们的复合物。 1有机合成的概念： 有机合成指从原料（通常为元素、无机物或简单的有机物）经 由一系列化学反应制备结构比较复杂的有机化合物的过程。一 些复杂的有机化合物降解得到的简单的有机化合物的过程也属 此类。 合成：创造和探索新物质和新转换。 基础合成科学的长远目标是有能力创造所有自然规律允许的， 而不仅仅是自然界已有
6、的物质、有序化学体系及转换。 二、有机合成的目的和任务 有机合成目的和任务： 1.制备有用的分子：医药、染料、天然产物等 。 2.证实化合物结构和反应机理.识谱 3.寻找新的有机化学反应和试剂. 任务:得到所需要的产物 寻找新的合成方法 提高合成技巧 用于化学结构的证明,发现重要规则:次序规则, 定位规则等 理论基础研究:反应机理研究 三、有机合成的回顾 3.1 有机合成的发展历程 1828年德国化学家Friedrich Whler 维勒 NH4OCN(氰酸铵氰酸铵) )NH2CNH2( (尿素尿素) ) O Ammonium Cyanate urea 1848年 Perkin Hoffman
7、 煤焦油 染料 染料工业 巴斯德分离到两种酒石酸结晶 1947年 鲁宾逊（Sir Robert Robinson，1886 1975） 英国人，研究生物碱和其它植物制品 近代有机合成 Robert Robinson (1) 化学结构和反应性及化学过程之间的关系 (2) 将机理分析应用于有机合成 (3) 使有机合成第一次成为一门课程 近代有机合成的功绩首推Robert Robinson: 1965年，中国有机化学家合成具有全功能生物活性的蛋 白分子牛胰岛素，第一次突破了合成一般有机物与合成 生物高分子的界限。 R 结晶牛胰岛素的人工合成 中国科学院上海生物化学所、上海有机化学所、北京大学等单位的
8、学者在王应睐 、邹承鲁、钮经义、汪猷、邢其毅等学科带头人的领导组织下，历经8年的艰苦努力， 终于攻克了胰岛素A及B链的拆合关、A链和B链的合成关等一道道难关，最终完成了牛 胰岛素的全合成。 R. B. Woodward- 一位不断向最复杂 的天然有机物分子挑战的人 （1）喹啉 （7）叶绿素（1960年） （2）利血平（1956年） （8）维生素B12(1973年，15 年, 一百多人参加） （3）胆甾醇（1951年） (9) 红霉素(262144个异构 体之一, 49人参加） （4）马钱子碱（1954年） （5）羊毛甾醇（1954年） （6）四环素（1963年） 1965年, 伍德沃德(Rob
9、ert Burns Woodward，19171979, 1965年诺贝尔得主) 美国人，人工合成固醇、叶绿素、维生 素B12和其他只存在于生物体中的物质。 v 1990年, 科里(EJCorey) 美国人，1990年, E. J. Corey, 创建了一种独特的有机合成理论逆合成分析理论 反向合 成分析 在有机合成的理论和方法方面的贡献极大丰富了有机化学 的理论宝库, 有机合成化学已经从科学进入到了科学-艺术 的殿堂。 Nicolaou . K . C : Taxol (紫杉醇)(1994). 紫杉醇 1990年引起关注 1962年开始研究短叶红豆杉 生长缓慢的矮小灌木,紫杉醇存在树皮中,含
10、量平均为0.015%,提取机率为 0.01%,据估计,从100年的红豆杉树皮中大约提取300mg紫杉醇,仅够癌症 患者一次用药的剂量. FDA 1992年获批抗癌药上市,1400sd/mg 卵巢癌,乳腺癌,肺癌,黑素瘤 赤潮毒素：Brevetoxin B 四、有机合成发展趋势 发现有效的方法，用简单的合成步骤以合理的产量 合成所有重要分子，并应用于生产实践。 4.1 面临的挑战 主要有两个方面： 首先是如何应用和创造各种各样的选择反应，以应付合 成中随时会遇到的化学、区域及立体选择性要求，从而 达到目标分子所指定的构造与构型。 反应底物中若存在两个官能团，发生反应时只有一个官 能团起反应的；或
11、者反应产物中有多个可能产生的结构 中只生成一种的反应都被称为专一性的（specific）反 应。若以某一个官能团反应为主或某一种结构产物为主 的反应都被称为选择性（selective）反应。 NaBH4只与反应底物的羰基作用， 而烯烃在反应前后无变化， 为化学专一性的（chemospecific）反应 几个产物中以三取代烯烃为主要产物，为位置选择性（ regioselective）反应 位置专一和立体专一性的（setereospecfic）反应 Br2对烯烃反式加成生成一对消旋产物，是非对映专一性（ diastereospecific）反应 反应5则是对映选择性（enantioselectiv
12、e）反应 。 合成: 化学选择性 位置选择性 立体选择性 第二方面是如何采用最恰当的策略制定出最合理 的合成路线。 每个合成目标分子都作为单独的问题进行个别解 决，尚无在实际工作中可以采用的通用原理和步骤 。 Art in Organic Synthesis, Nitya Anand, Jasjit S. Bindra, 1969。 The Art and Science of Total Synthesis at the Dawn of the Twenty-First Century, K. C. Nicolaou, Dionisios Vourloumis, Nicolas Winssi
13、nger, and Phil S. Baran, 2000。 4.2有机合成促进其他相关学科的发展 4.3 有机化学为本课程的基础： 有 机 物 烃 烃 的 衍 生 物 链烃 环烃 饱和烃 不饱和烃 脂环烃 芳香烃 卤代烃 含 氧 衍 生 物 醇 醛 羧酸 CH3CH3 CH3Br Cl CH3OH OH CH3-O-CH3 CH3CHO CH3COOH CH3-C-CH3 O CH2CH2CH CH 酮 酚 醚 酯 CH3COOCH2CH3 小结 ： 常见官能团 类型官能团类型官能团 烷烃 醚 烯烃醛 炔烃酮 卤代烃羧酸 醇（酚）酯 无无 （碳碳双键） CCCC（碳碳三键）（碳碳三键） X
14、X （卤素）（卤素） OHOH（羟基）（羟基） R ROOR R（醚键）（醚键） CHOCHO（醛基）（醛基） C=O C=O （羰基）（羰基） COOH COOH （羧基）（羧基） COORCOOR（酯基）（酯基） 有机物类别特征反应 烷烃取代反应、热裂解 烯烃、炔烃加成反应、氧化反应、加聚反应 苯和苯的同系 物 取代反应、加成反应、苯的同系物的氧化反应 醇脱水反应、消去反应、取代反应、酯化反应、氧化 反应、置换反应 酚取代反应、氧化反应、缩聚反应、显色反应、弱酸 的酸通性 醛氧化反应、还原反应、加成反应、缩聚反应 羧酸酯化反应、弱酸的酸通性 酯水解反应 单糖还原反应（葡萄糖具有醛的性质，发
15、生氧化反应） 二糖水解反应 多糖水解反应 开展合成实验 5 查阅文献 2 选定课题 1 产品的纯化和验证 6 整理文献 3 确定可行方案 4 五、 进 行 研 究 工 作 主 要 步 骤 课题背景：了解课题的来龙去脉。 有计划性、目的性，长打算，短安排 。 具有重大意义：高效、低毒 具有经济价值 社会需求量大 符合环保要求 1.选定课题 充足资料的收集, 对课题的相关内容尤其是资料搜索的越详尽越好 。 “地毯式搜索” 尽可能把所有的关于目标化合物的合成方法收集 全面。从图书馆,资源网上开展调研。 2.查阅文献 将零散的文献资料分类、综述、总结、综合 3.整理文献筛选资料 设计一条或几条合成路线
16、 原则： 1、反应步骤尽可能少； 2、每一步的产率尽可能高； 3、反应条件尽可能温和，易于达到； 4、中间产物和最终产物的分离纯化容易进行； 5、起始原料、试剂尽可能廉价易得，反应时间尽 可能少。 6、新理念：绿色、原子经济效率等 4.确定可行方案 准备工作：原料、试剂等的定制 开展试验，利用先进手段。 例如：正交试验设计，有机合成进行计算机模拟等 等。 细心观察，善于发现问题，详细的实验记录，学习 培养解决问题能力。 善于总结，有所提高和改进。 5. 开展具体的合成实验工作 主要中间体和产品均需经过经过基本物理性质，IR，NMR MS，色谱等 尽可能应用现代先进仪器，反映现代化的实验水平。 6.对产品进行纯化和验证 To Plan a Good Synthesis, You Need to Know Reactio
