大学化学_有机合成绪论

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1、*绪论1有 机 合 成主讲人：2005年9月Tel: E-mail:*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*绪论33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有关有机合成路线设计的五大策略简介提纲*绪论411天然产物全合成实例12其它现代有机合成方法与技术13

2、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*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，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

3、意义的 化合物。 *绪论61.1.1 有机合成的目的l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。l可以这样说：“有机合成是无中生有”。 *绪论71.1.1 有机合成的目的l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

4、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。 *绪论81.1.2 有机合成的任务l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”。l基本有机合成的特点是：产品量大，质量要求 稍低，加工相对粗糙，生产操作简单。 *绪论91.1.2 有机合成的任务l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

5、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。 *绪论101.1.2 有机合成的任务l这两类有机合成工业对于同计民生那是缺 一不可的。l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；l没有基本有机合成工业，精细合机合成工 业也就没有了根基。 *绪论111.1.3 有机合成的内容 l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。l尽管现有的合成反应非常

6、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。 *绪论121.1.3 有机合成的内容l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；l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；l组合化学的应用使药物合成更加高效快速；l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；l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

7、。*绪论131.2 有机合成的发展状况 l1828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； *绪论141.2 有机合成的发展状况l1878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： *绪论151.2 有机

8、合成的发展状况l1903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： *绪论161.2 有机合成的发展状况l1917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； *绪论171.2 有机合成的发展状况lRBwoodward

9、 ，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。 *绪论181.2 有机合成的发展状况lCorey等人运用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。 *绪论191.2 有机合成的发展状况l20世纪90年代，合成化学家完成的最复

10、杂分子的合成 当属Kishi小组的海葵毒素(palytaxin)的合成。 *绪论201.2 有机合成的发展状况l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)、紫杉醇(taxot)等的合成。 至此，有机合成进入化学生物学期。 *绪论211.3 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

11、反应方面，还 是在试剂或技术方面，都取得了丰硕的成果： l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。l国内外已商品化的试剂有5万多种。l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。l元素有机化学的发展使有机合成大放光彩。*绪论221.3 有机合成的现代成就l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。l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

12、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。*绪论231.4 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 ：l理论方面现代有机合成化学已建立在坚实的理论有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*绪论241.4 有机合成的发展趋势l方法方面近年来，对新型有机合成方法，如生物 化学法、超

13、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。l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。*绪论251.4 有机合成的发展趋势l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。 *绪论261.4.2 有机合成化学与其他科

14、学相结合的 发展趋势l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。 *绪论271.4.2 有机合成化学与其他科学相结合的 发展趋势l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

15、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。*绪论281.4.2 有机合成化学与其他科学相结合的 发展趋势l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。 *绪论291.5 结 语l 有机合成化学的研究历来是与理论有机化学的研究紧密结合的。有机合成的研究能促进有机反应机理中一系列理论问题的研究，有助于人们对各类各种有机反应规 律的理解与掌握。 *绪论30怎样学好有机合成？1、它是继四大基础化学之后的一门专业 课，专业性和应用性都很强，尤其要求有 机化学根基要打得比较牢靠；2、教材仅作参考，补充和扩展的内容很 多，要求大家认真听讲，做好笔记；3、上课积极思考，课后认真做好作业；4、学好有机合成对考研和从事研究 工作具有很好的积极作用。