有机合成化学第一章 绪论19343 课件.ppt
第1章 绪 论,一、有机化学与有机合成二、有机合成化学的定义三、有机合成化学的任务四、有机合成反应和方法学五、有机合成反应中的重要问题六、有机合成化学的发展趋势七、学习内容和方法八、有机合成化学学习,1.1、有机化学与有机合成,有机化合物,碳化合物的化学,碳化合物,有机化学,有机化合物也称碳和氢为主要元素的化合物。其它常见元素：O、N、P、S、X；,有机化合物数目庞大，种类繁多。,简单的碳化合物不属于有机化合物，例如CO、CO2、碳酸盐等。,有机合成是利用化学方法将单质、简单的无机物或简单的有机 物制成比较复杂的有机物的过程。,有机合成是有机化学的核心和主旋律。,有机合成化学 是有机化学中最富有活力的分支学科,合成化学家的目的：,1、在实验室内用人工的方法来复制自然界的产物，用 以证明它的结构。,2、根据人们的需要来改造分子结构或创造出全新的结 构。,资料：,1900-2000年：化学合成和分离了2285万种化合物，其中大部分都是有机合成的产物。,许多天然存在的有机化合物，包括复杂的天然产 物，都可以用有机合成方法制得。,有机合成是有机化学中永不枯竭的研究资源:,*生命科学:生物大分子，生物活性分子，生化分析试剂等,*医药学:药物，药理、病理分析试剂等,*农业:农药、农用化学品等,*石油:石油化工产品等,*材料科学:高分子化合物，功能材料等,*食品:食品添加剂等,*日用化工:染料，涂料，化装品等,有机合成是推动有机化学发展的永恒动力：,有机化学家在解决有机合成问题过程中，全面发展了有机化学：化学结构理论，反应理论，合成方法，分离纯化方法，结构鉴定方法等。,“有机合成新反应和新方法的研究一直是有机化学研究的重要内容。我国的有机化学研究与国际水平相比，新反应和新方法的研究不多，我国自己发现的新反应或重大改进型的反应则更少。”,国家基金委国家自然科学基金项目申请指南,1.2 有机合成化学的定义,一种理想的(最终是实效的)合成是指用简单的、安全的、环境友好的、资源有效的操作，快速定量地把价廉、易得的起始原料转化为天然或设计的目标分子,1.3 有机合成化学的任务,一、为科学技术的发展、社会进步、改善人们的物质文明生活提供具有各种性能的分子，并建立有效的生产方法。,图 1-1 HNIW的结构图,1.3 有机合成化学的任务,二、有机合成化学要为理论工作提供具有多种特殊性能的分子，以验证和发现新的理论。,图 1-2 Woodward和维生素B12,R.B.Woodward-一位不断向最复杂的天然有机物分子挑战的人,他完成的全合成有：1.喹啉 2.利血平（1956年）3.胆甾醇（1951年）4.马钱子碱（1954年）5.羊毛甾醇（1954年）6.四环素1963年）,7.叶绿素（1960年）8.维生素B12(1973年，15年，一百多人参加)9.红霉素(262144个异构体之一，49人参加）,R.B.Woodward的名言,合成对象是不能变动的，既不能单凭勤恳，也不能仅凭灵机一动就进行工作，而必须按照计划来进行。,1.3 有机合成化学的任务,化学家Corey,如果说Woodward 一生奋斗的成就是将有机合成作为一种艺术展现在世人面前，那么Corey 则是将有机合成从艺术转变成为科学的一个关键人物。他的逆合成分析是现代有机合成化学的重要基石，推动了20世纪70年代以来整个有机合成领域的蓬勃发展。,完成了100多种复杂分子的多步骤合成;创立了逆合成分析(Retrosynthetic analysis),1990年获Noble 化学奖,C129H223N3O54,分子量2680，64个手性中心，可能的异构体是271,Y.Kishi(1987)海葵毒素的全合成,颠茄酮的合成,1)1902年，德国化学家 Willstatter(1915年获Noble 化学奖）,21 steps,overall yield 0.7%,2）1917年，英国化学家 Robinson(1947年获Noble 化学奖）,3 steps,overall yield 90%,Robinson为什么能是发现这条合成路线？,Mannich Reaction(1912),1.3 有机合成化学的任务,图1 4 FK-506,S.L.Schreiber et al(1993),1.3 有机合成化学的任务,图1 5 FK-1012,1.3 有机合成化学的任务,C60发现者Robert F.Curl Jr.柯尔,1.3 有机合成化学的任务,天然存在的有机物毕竟种类有限，甚至有的含量甚微，而人们需要的绝大多数有机物是纯品，几乎都靠人工合成。,在老的自然界旁边再放进一个新的自然界，而这个自然界在质和量上都远远超过老的自然界,1.4 有机合成反应和方法学,有机合成化学是有机化学的重要组成部分和有机化学工业的基础。它在化学这门科学中占有独特的核心地位。21世纪有机合成化学面临着新的机遇和挑战，从概念、理论、方法等方面丰富、发展有机合成化学是生命科学、材料科学以及环境科学对有机合成化学提出的新要求。,1.4 有机合成反应和方法学,一、有机合成的基础是各种各样的基元合成反应,碳-碳键的形成,碳-碳键的断裂,有机反应,重组,官能团的转换,1.4 有机合成反应和方法学,二、合成反应方法学上的一个重大进展是大量的合成新试剂的出现，特别是元素有机和金属有机试剂及催化剂。,三、寻找高选择性试剂和反应已成为有机合成化学中最主要的研究课题之一，其中包括化学和区域选择性控制、立体选择性控制等。,四、不对称合成是近年来发展较快的领域，而不对称催化反应，在不对称合成中占有突出的位置。五、复杂有机分子，包括天然界获得的或结构化学家所设计的分子，它们的合成一直是最受关注的领域，体现合成化学的水平。特别是有广泛应用前景的复杂分子的全合成，给新试剂、新反应、新方法的发现以巨大的推动力。最近的重要趋势则是与生物科学相结合的合成工作，分子功能和活性已进入了合成化学的舞台。六、光化学反应(光诱导反应)目前已达到了很高程度地化学、区域和立体控制的水平。光化学机理研究和合成应用也是当前的研究热点。,1.4 有机合成反应和方法学,七、电有机合成近年来得到了进一步的重视和发展，在精细化工合成上可能有发展前景，在基础研究方面正努力进一步改善电合成的选择性，并开拓其应用范围。八、无溶剂有机合成反应，由于没有溶剂参与，表现出较溶液反应更高的反应效率。节能、少污染以及反应的选择性，使其已成为化学合成的重要组成部分。因此作为有机合成的一种新的反应方式已引起人们的广泛关注。九、固相有机合成最广泛用于多肽、寡聚核苷酸和蛋白质、酶等化学合成。方法简单、快速，甚至可用仪器自动化地进行反应。近年来，一些试剂、保护基团的固相化也给合成带来很多便利，如选择性、产物的分离提纯等。,1.4 有机合成反应和方法学,十、相转移催化技术近二十年来得到了迅猛发展。它已广泛地应用于有机合成、高分子聚合反应，并逐步地渗透到分析、造纸、印染、制革等领域，为制药工业和精细有机化工带来了可观的经济效益。十一、微波技术的利用，声化学合成方法和超高压技术等也都是值得注意的合成反应的研究方法。十二、许多生物过程是通过天然有机和高分子化合物的有序组合来完成的。这种组合是由这些化合物通过分子间力象氢键、静电力和范德华力相互作用形成的。如DNA双螺旋体、蛋白质(包括酶与抗体)的高级结构便是如此。近年来人们已开始把研究重心从分子中化学键的断裂与重组向分子间相互作用缔合成有序结构，而产生特定功能的方向转移，并逐渐形成了一门新的前沿学科超分子化学。,1.5 有机合成反应中的重要问题,1.5.1 有机合成反应的速率控制和平衡控制,1.5 有机合成反应中的重要问题,1.5.1 有机合成反应的速率控制和平衡控制,1.5 有机合成反应中的重要问题,1.5.1 有机合成反应的速率控制和平衡控制,1.5 有机合成反应中的重要问题,1.5.2 有机合成反应的选择性,化学选择：分子中的官能团，不需要加以保护和特殊的活化，某一官能团本身就有选择性的反应。,1.5 有机合成反应中的重要问题,1.5.2 有机合成反应的选择性,位置选择：位置选择是指在反应中，反应试剂定向地进攻反应物的某一位置，或定向地发生在作用物的某一位置，而生成指定结构的产物。,1.5 有机合成反应中的重要问题,1.5.2 有机合成反应的选择性,位置选择：Whl,A.Ziegler,K(邬尔-齐格勒)反应,1.5.2 有机合成反应的选择性,位置选择：Diels-Alder反应,1.5 有机合成反应中的重要问题,1.5.2 有机合成反应的选择性,立体选择反应：凡是在一个反应中，一个立体异构体的产生超过或是大大超过另外其他可能的立体异构体，就叫做立体选择反应。这种反应常与作用物的位阻，过渡状态的立体化学要求以及反应条件有关。,1.5 有机合成反应中的重要问题,1.6、有机合成化学的发展趋势,1.新试剂、新反应、新方法的发现永无止境,Epibatidine 的研究,Y(OTf)3-catalyzed novel Mannich reaction of N-alkoxy-carbonylpyrroles,formaldehyde and primary amine hydrochlorides,C.X.Zhuan,J.C.Dong,T.M.Cheng,R.T.Li*,Tetrahedron Letters,2001,43(3),461-463,Aldol 缩合反应的研究,2.与生命科学和材料科学的联系越来越紧密,1.7、学习内容和方法,内容,1.对重要的基础有机反应要能够熟练运用,新化合物的合成,比葫芦画瓢,逆合成分析,跟踪文献，尽可能将最新的试剂、反应和方法应用于自己的研究工作中。,3.学习别人的思路，创造性地借鉴和运用,方法,期刊,Angew.Chem.Int.Ed.J.Am.Chem.Soc.J.Org.Chem.Org.LettersChem.Commun.TetrahedronTetrahedron Letters.Tetrahedron Asymm.SynthesisSynlett,11.Synth.Commun.12.Eur.J.Chem.13.Eur.J.Org.Chem.14.Heterocyclics15.J.Heterocyclic Chem.16.J.Med.Chem.Bioorg.Med.Chem.Bioorg.Med.Chem.Lett.Eur.J.Med.Chem.20.J.Comb.Chem.,有机合成是有机化学家们重要的研究方向，也是工业生产的基础。合成的基础是实验，有机化学家们拥有比大量的合成试剂和合成方法，我们了解的仅仅是最成熟的方法。通过学习有机合成，我们可以掌握合成的基本方法和一些合成思路，为以后的学习做准备。,1.8、有机合成化学的学习,合成是一门艺术，也是一门科学，每个化合物的合成都要考虑分子的结构、对称性官能团相互关系等等问题。理论上可行的反应路线，实际反应时不一定可行，反之也会发生。有机合成是实验的科学，实验技能与理论解释并行方可取得好的成绩！,Joe Alper,Science,1249-1251,Vol.293,17,2001，介绍了有机合成化学工作者对医药企业的贡献，强调了有机合成的作用和地位,有机合成技术在手，还怕没工作？！,
