有机合成-绪论课件.ppt

1、第一章 绪论1.1有机合成的目的和意义1.有机合成概念 以简单的单质、简单的无机物或有机物为原料，通过有机化学的理论和反应制备较复杂的有机物的过程。早期的有机合成是制造自然界存在的有机化合物及验证结构。并将其应用于人类的药物治病、染料的染色等方面；现在的有机合成是根据化合物结构和性能的关系规律，制造自然界不存在的新物质，以满足人类在医药、农药、日用化学品和新材料等方面的需求。有机合成具有创造性,根据CA登录号，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,即2200多万化合物，90%以上由人工合成。有机合成具有逻辑性和艺术性 印度化学家Nitya Anand Jas

2、jit Bindra Art in organic synthesis美国哈佛大学有机合成大师R.B.Woodward(1965,诺贝尔化学奖)“There is excitement,adventure and challenge,and there can be great art in organic synthesis”2.基本有机合成和精细有机合成从廉价的易得的天然资源，如煤、石油、天然气或农副产品初步加工成一级有机产品，如甲烷、乙烷、乙炔丙烷乙烯、苯和萘等，再进一步加工成二级有机产品，如甲醇、乙醇、乙酸、丙酮等，这些一、二级产品产量大，质量稍低，加工相对粗糙，称为重有机合成工业，也

3、叫基本有机合成工业以基本有机合成工业的一、二级有机产品为原料合成结构比较复杂，质量要求高（即较精细）的化合物，如药物、农药、染料、香精、日用化学品、小分子的新材料，称为精细有机合成工业。他的特点是合成步骤长，操作条件严格，产量相对较小，但化合物品种多。由于精细有机合成的特点要求，必须对精细化品的合成路线和合成工艺进行精密的合成路线设计和合成工艺条件进行优化。3.有机合成路线设计著名的有机合成化学家W.C.Still曾说过：一个复杂的有机化合物的有效合成路线是有机化学中最困难的问题之一。而路线的设计只是合成工作的第一步，也是最重要的一步。有效合成路线设计具备的条件：1.熟悉和掌握各类、各种有机反

4、应的反应机理、反应条件和影响反应主要因素；2.熟悉和掌握对各类、各种有机反应的后处理、纯化和结构确证和质量检测；3.具有有机合成路线设计的罗辑思维和策略（战略），对各步有机反应的选择和先后排列 运用自如。下面就托品酮的三条合成路线说明合成路线设计的重要性：(1)Willstatter R.M.(1915年诺贝尔化学奖)在1903完成一条托品酮的全合成，其全合成21步之多。这条路线的总收率 0.75%,(2)Robinson R.（1947年诺贝尔化学奖）于1917年设计了另一条托品酮的 合成路线，仅用3步反应得到目标物，总收率90%。（3）最近，Nicolau K.C.采用过量的IBX试剂，利

5、用“一锅法（one pot）”，将环庚醇氧化为酮的同时形成,-不饱和结构，进一步加甲胺可直接生成托品酮。o-Iodoxybenzoic acid邻碘酰苯甲酸 1,1-DIHYDRO-1,1,1-TRIACETOXY-1,2-BENZOIODOOXOL-3(1H)-ONE,Dess-Martin periodinane(1,1,1-三乙酰氧基)-1,1-二氢-1,2-苯碘酰-3(1H)-酮 1.2 有机合成化学的发展史瑞典化学大师J.Berzelius于1806年提出有机化合物和有机化学的定义，生命力学说。28岁的德国青年化学家F.Wohler 加热氰酸铵溶液得到尿素，动摇了生命力学说。H Ko

6、lbe于1845年从单质出发合成了醋酸，生命力学说垮台，并首次提出合成概念。W H Perkin于1856年合成了苯胺紫。19世纪末，E.Fischer（1902年诺贝尔化学奖）完成了D-（+）-葡萄糖的全合成，不仅分子复杂，而且分子的手性的选择性（五个手性碳），19世纪末有机合成的最高水平，因此，E.Fischer被称为“糖化学之父”。有机结构理论的建立：碳的的四价和成键（Kekule和Couper，1858年）苯的结构(Kekule,1865年)碳的价键的四面体构型（Vant Hoff和Lebel，1874年）从1828-1918年90年期间，出现了围绕以煤焦油为原料的染料和药物的有机合成

7、工业，天然产物的分离鉴别进入结构和合成研究，有机反应处于经验阶段，该阶段为奠定基础阶段。历时30年确证了胆固醇和胆甾酸的结构；天然色素如胡萝卜素、花青素、黄酮和血红素的分离鉴定和合成；单糖的吡喃和呋喃环氧式结构的证实和Vc的合成；R.Robinson（1947年诺贝尔化学奖）于1917年合成了托品酮，1929年A Fleming 发现青霉素；H.Fischer（1930年诺贝尔化学奖）于1929合成了血红素；新型反应出现，如1928年Diels Alder，1933年自由基反应。1917-1944年，此阶段为复杂天然产物合成的初步阶段。.合成了种以上复杂有机化合物，如喹啉（）、可的松（1951

8、年）、马钱子碱（1954）、利血平（1958）、叶绿素（1960）、四环素（1962）、头孢菌素C（1965）、维生素B12（1973）、前列腺素F2、红霉素（1981）等，1944-1981年Woodward合成时代，现代有合成之父。奎宁可的松马钱子碱利血平四环素红霉素VB12如果说.一生奋斗的成就将有机合成作为一种艺术展现在人们面前，那么E J Corey（1990年诺贝尔化学奖）则将有机合成从艺术转变为科学，在.时代之后，进入了E J Corey，他的贡献是合成子分析（逆合成分析）、新合成反应和重要的天然产物全合成。他合成了上百种化合物如前列腺素、多醚、生物碱、大环内酯类、海葵毒素等。1

9、.3 有机合成反应现有有机反应3000多个，常用的200多个，有8个反应获诺贝尔化学奖，Grignard（1912）、Diels-Alder（1950）、烯烃的聚合（1963）、硼氢化和Wittig（1979）、烯烃的复分解反应（2005）、Suzuki（2010)。这些反应的目的：建立骨架和引入官能团。反应分类：按机理分类：取代、加成、消除、分子重排、缩合、环化、聚合和缩聚等；按单元反应分类：氧化、还原、卤化、硝化、磺化、重氮化、偶联、烃化、酰化、环化缩合等；按引入官能团分类：引入不饱和键、卤素、羟基、氨基、羰基、磺酸基、烷氧基、偶氮基、硝基、羧基等。1.3 有机合成的发展趋势1.有机合成现

10、状目前有机化合物2200多万种。1900年，CA登录为55万种；1945年，110万种；1970年，237万种；1999年，2200万种；现在以每天1000个的速率发展。在快速发展的过程中在有机合成理论、有机合成方法学、有机合成产物的测试和有机合成的人工智能等方面取得了辉煌的成就。1）已研究清楚的有机反应多达3000个以上，常用200多个反应；2）新反应不断出现（收率高、条件温和、选择性和立体定向性高）；3）国内外已商品化的试剂5万余种；4）新试剂、新催化剂不断涌现；5）元素有机化学的发展，使有机合成方法多样化；6）有机合成方法学的发展，如生物化学法、高压法、超声波、微波、酶化学法、不对称合成法和酶模拟法；7）测试方法，IR、UV、HNMR、CNMR、二维和三维NMR、GC-Mass、LC-Mass、元素自动分析仪和X-衍射仪等化合物组成和结构的分析；8）人工智能，计算机辅助的有机合成路线的设计。2.有机合成与其他学科的交叉融合1）与生命学科的结合2）与材料学科的结合3）与环境学科的结合