药物合成反应++绪论课件.ppt

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1、药物合成反应,绪 论,任务,药物合成的重要任务是根据药物设计原理合成出有生物活性或/和有治疗、缓解、预防和诊断疾病，改善人类(包括动物)机体功能、免疫功能等的有一定结构或特殊结构的有机化学物质。,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。更可以制造非天然的，但预期会有特殊性能的新化合物。1965年诺贝尔奖获得者，也是有机合成的先师Woodward教授所说：“在有机合成中充满着兴奋、冒险、挑战和艺术。”,21世纪下半叶最有影响的化学家,Woodward：27岁，合成了奎宁；1960年完成叶绿素的合成；接着又与Eschenmoser共同组织

2、合成了维生素VB12 ；1981年合成了红霉素（18个手性中心）；,奎宁,红霉素,伍德沃德(Robert Burns Woodward)，美国有机化学家。1917年4月10日生于美国马萨诸塞州波士顿。1933年就读于麻省理工学院，对化学产生浓厚的兴趣。1936年获学士学位，1937年获博士学位，时年仅20岁。毕业后在哈佛大学任教，1950年为教授，终生在该校任教。1963年兼任巴塞尔大学伍德沃德研究所所长。伍德沃德一生主要从事天然有机化合物生物碱和甾族化合物结构与合成的研究。,1940-1942年间，先后发表多篇论文，形象地描述了紫外光谱和分子结构之间的关系。证实了揭示物质结构，利用物理方法比

3、化学方法更有利，并由此引出了伍德沃德准则。19451947年间，伍德沃德测定了青霉素、土霉素、士的宁等12种天然有机化合物的结构。19441975年间，他合成了奎宁、胆固醇、肾上腺皮质激素可的松和利血平、叶绿素、羊毛甾醇、维生素B12等20余种复杂有机化合物，并用于生产，具有现代合成化学的最高水平。从而伍德沃德被尊称为现代有机合成大师。,伍德沃德还善于从实践中总结并提高理论，在大量合成研究过程中，他观察到分子轨道对称性，而且对反应的难易和产物的构型起决定作用。他于1965年与量子化学专家R霍夫曼合作提出了分子轨道对称性守恒原理，通常称为伍德沃德霍夫曼规则。 伍德沃德一生对科学技术的发展作出了巨

4、大贡献，同时也获得了很多崇高的荣誉：1965年由于他在天然有机化合物结构和合成方面的研究成果，而获得诺贝尔化学奖；他是英国皇家学会会员，并于1959年获得了英国皇家学会的大卫勋章；他也是美国科学院院士；并在1964年获得美国国家科学勋章；1970年他还获得了日本朝日勋章等。1979年7月8日，伍德沃德因心脏病突然发作在马萨诸塞州去世，年仅62岁。,现代有机合成之父Robert Burns Woodward(伍德沃德) 伍德沃德1917年月10日生于美国马萨路塞州的波士顿。从小喜读书，善思考，学习成绩优异。1933年夏，只有16岁的伍德沃德就以优异的成绩，考人美国的著名大学麻省理工学院。在全班学

5、生中，他是年龄最小的一个，素有神童之称，学校为了培养他，为他一人单独安排了许多课程。他聪颖过人，只用了3 年时间就学完了大学的全部课程，并以出色的成绩获得了学上学位。伍德沃德获学士学位后，直接攻取博士学位，只用了一年的时间，学完了博士生的所有课程，通过论文答辩获博士学位。从学士到博士，普通人往往需要6年左右的时间，而伍德沃德只用了一年，这在他同龄人中是最快的。获博士学位以后，伍德沃德在哈佛大学执教， 1950年被聘为教授。他教学极为严谨，且有根强的吸引力，特别重视化学演示实验，着重训练学生的实验技巧，他培养的学生，许多人成了化学界的知名人士，其中包括获得1981年诺贝尔化学奖的美国化学家霍夫曼

6、（R.Hoffmann）。伍德沃德在化学上的出色成就，使他名扬全球。1963年，瑞士人集资，办了一所化学研究所，此研究所就以伍德沃德的名字命名，并聘请他担任了第一任所长。,伍德沃德是本世纪在有机合成化学实验和理论上，取得划时代成果的罕见的有机化学家，他以极其情巧的技术，合成了胆固醇、皮质酮、马钱子碱、利血平、叶绿素等多种复杂有机化合物。据不完全统计，他合成的各种极难合成的复杂有机化合物达24种以上，所以他被称为现代有机合成之父。伍德沃德还探明了金霉素、土霉素、河豚素等复杂有机物的结构与功能，探索了核酸与蛋自质的合成问题、发现了以他的名字命名的伍德沃德有机反应和伍德沃德有机试剂。他在有机化学合成

7、、结构分析、理论说明等多个领域都有独到的见解和杰出的贡献，他还独立地提出二茂铁的夹心结构，这一结构与英国化学家威尔金森（G.Wilkinscn）、菲舍尔（E.O.Fischer）的研究结果完全一致。1965年，伍德沃德因在有机合成方面的杰出贡献而荣获诺贝尔化学奖。获奖后，他并没有因为功成名就而停止工作。而是向着更艰巨复杂的化学合成方向前进。他组织了14个国家的110位化学家，协同攻关，探索维生素B12的人工合成问题。在他以前，这种极为重要的药物，只能从动物的内脏中经人工提炼，所以价格极为昂贵，且供不应求。维生素B12，的结构极为复杂，伍德沃德经研究发现，它有181个原子，在空间呈魔毡状分布，性

8、质极为脆弱，受强酸、强碱、高温的作用都会分解，这就给人工合成造成极大的困难。伍德沃德设计了一个拼接式合成方案，即先合成维生素B12的各个局部，然后再把它们对接起来。这种方法后来成了合成所有有机大分子普遍采用的方法。,合成维生素B12过程中，不仅存在一个创立新的合成技术的问题，还遇到一个传统化学理论不能解释的有机理论问题。为此，伍德沃德参照了日本化学家福井谦一提出的边界电子论，和他的学生兼助手霍夫曼一起，提出了分子轨道对称守恒原理，这一理论用对称性简单直观地解释了许多有机化学过程，如电环合反应过程、环加成反应过程、键迁移过程等。该原理指出，反应物分子外层轨道对称一致时，反应就易进行，这叫对称性允

9、许反应物分子外层轨道对称性不一致时，反应就不易进行，这叫对称性禁阻。分子轨道理论的创立，使霍夫曼和福井谦一共同获得了1981年诺贝尔化学奖。因为当时，伍德沃德已去世2年，而诺贝尔奖又不授给已去世的科学家，所以学术界认为，如果伍德沃德还健在的话，他必是获奖人之一，那样，他将成为少数两次获得诺贝尔奖金的科学家之一。伍德沃德合成维生素B12时，共做了近千个复杂的有机合成实验，历时11年，终于在他谢世前几年实现了，完成了复杂的维生素B12的合成工作。参加维生素凡之合成的化学家，除了霍夫曼以外，还有瑞士著名化学家埃申莫塞（A.Escheni11oser）等。,在有机合成过程中，伍德沃德以惊人的毅力夜以继

10、日地工作。例如在合成番木鳖碱、喹宁碱等复杂物质时，需要长时间的守护和观察、记录，那时，伍德沃德每天只睡4个小时，其他时间均在实验室工作。伍德沃德谦虚和善，不计名利，善于与人合作，一旦出了成果，发表论文时，总喜欢把合作者的名字署在前边，他自己有时干脆不署名，对他的这一高尚品质，学术界和他共过事的人都众口称赞。伍德沃德对化学教育尽心竭力，他一生共培养研究生、进修生500多人，他的学生已布满世界各地。伍德沃德在总结他的工作时说：之所以能取得一些成绩，是因为有幸和世界上众多能干又热心的化学家合作。1979年6月8日，伍德沃德国积劳成疾，与世长辞，终年62岁。他在辞世前还面对他的学生和助手，念念不忘许多

11、需要进一步研究的复杂有机物的合成工作，他逝世以后，人们经常以各种方式悼念这位有机化学巨星。,有机合成的现代成就,1.已研究清楚的有机反应多达3000个以上，其中最具有普遍应用价值的有200多个；2. 国内外已商品化的试剂有5万多种；3. 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；4. 元素有机化学的发展使有机化学大放异彩；5. 新试剂、新型催化剂的应用；6. 合成方法的研究，等等。,现代药物合成在生命科学等多个大科学领域中起着巨大的作用和具有迷人的前景，如中国有机化学家的青蒿素全合成，Schreiber等人合成出的具有基因开关作用的F

12、K-10125.,青 蒿 素,FK-1012 5,颠茄酮的合成路线,1896年Willstatter（1915年诺贝尔奖获得者）设计的21步的路线，总收率只有0.7,1917年Robinson（1947年获诺贝尔奖）设计一条3步的合成路线，总收率达90。,药物合成方法是实验结果的规律总结，有机药物合成方法发展，即不断有新方法的诞生，成为有机合成方面的最活跃的领域。,Elias James Corey (born July 12, 1928) is an American organic chemist. In 1990 he won the Nobel Prize in Chemistry f

13、or his development of the theory and methodology of organic synthesis, specifically retrosynthetic analysis（逆合成分析）. Regarded by many as one of the greatest living chemists, he has developed numerous synthetic reagents, methodologies, and has advanced the science of organic synthesis considerably. He

14、 was awarded the Japan Prize in 1989.,He was born to Lebanese immigrants in Methuen, Massachusetts, 30 miles north of Boston. His mother changed his name to Elias to honor his father who died eighteen months after the birth of his son. His widowed mother, brother, two sisters and an aunt and uncle a

15、ll lived together in a spacious house- struggling through the depression. He attended Catholic elementary school and Lawrence public High School.At MIT, he earned both a bachelors degree in 1948 and a Ph.D. in 1951. Both degrees were in chemistry. Immediately thereafter, he joined the faculty of Uni

16、versity of Illinois at Urbana-Champaign. In 1959, he moved to Harvard University, where he is currently an emeritus professor of organic chemistry. He was awarded the American Chemical Societys greatest honor, the Priestley Medal, in 2004.,Research in the Corey group spans a number of areas of exper

17、imental organic and bioorganic chemistry and also includes a program on the application of computers to organic problems. The total synthesis of a wide range of complex structures is the central research activity. Many of these molecules are rare substances, available in only trace quantities from n

18、atural sources. Investigations directed toward new methods and strategies for the construction of complex molecules are an important part of the group effort. There is a growing emphasis on the rational development of sophisticated enzyme-like catalysts (molecular robots) for synthetic organic react

19、ions.In the bioorganic area a number of collaborative studies are underway involving diverse disease states including arthritis, asthma, autoimmune, cardiovascular disease, and AIDS, and have as a common denominator the understanding of disease mechanisms at the molecular level. Work in this area is

20、 also concerned with the design and synthesis of new, totally artificial biologically active molecules and with mechanisms of biosynthesis and immunochemical regulation. Computer research involves the development of general problem-solving programs for organic syntheses and computer graphics.,Select

21、ed Publications1. The Logic of Chemical Synthesis: Multistep Synthesis of Complex Carbogenic Molecules (Nobel Lecture), E.J. Corey, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 30, 455 (1991). 2. The Origin of Greater Than 200 : 1 Enantioselectivity in a Catalytic Diels-Alder Reaction as Revealed by Physical and Ch

22、emical Studies, E.J. Corey, T.-P. Loh, T.D. Roper, M.D. Azimioara, and M.C. Noe, J. Am. Chem. Soc., 114, 8290 (1992). 3. Total Synthesis of Lactacystin, E.J. Corey and G.A. Reichard, J. Am. Chem. Soc., 114, 10677 (1992). 4. Enantioselective Total Synthesis of Miroestrol, E.J. Corey and L.I. Wu, J. A

23、m. Chem. Soc., 115, 9327 (1993). 5. Rigid and Highly Enantioselective Catalyst for the Dihydroxylation of Olefins Using Osmium Tetraoxide Clarifies the Origin of Enantiospecificity, E.J. Corey and M.C. Noe, J. Am. Chem. Soc., 115, 12579 (1993). 6. Molecular cloning, characterization, and overexpress

24、ion of ERG7, the Saccharomyces cerevisiae gene encoding lanosterol synthase, E.J. Corey, S.P.T. Matsuda, and B. Bartel, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, 2211 (1994). 从诺贝尔奖的官方网站上看，大师应该还在世，呵呵。前列腺素的合成：,如果把20世纪有机化学划分时代的话，可以划分为四个时代，二战前的黑箱时代，二战后到七十年代Woodward时代，七十年到九十年代的E.J.Corey年代和九十年代后的Nicolau年代。在整个二十世纪有机

25、化学发展中也曾出现了很多的流派，当然最最有影响力的还是哈佛学派和剑桥学派。,K. C. Nicolau在有机所,尤其是在sporolide中，他们竟然使用了enediyne结构来构建6,5并环,影响合成方法的发展的因素,(1)新的有生物活性的天然化合物的不断发现，是产生新合成方法与发现新反应的温床；(2)具有新作用靶点、新作用机制的结构复杂或结构奇特的药物分子的合成，也能为新方法的诞生创造机会；（3）近年来，绿色化学、洁净技术、环境友好反应过程已成为使用率很高的口号，更加严厉的保护环境的法规不断出台，这对药物合成学科提供了发展的机会，也对药物合成化学提出新的目标与方向，环境-经济性正成为药物合成方法创新的主要推动力之一。,本课程的教学内容,一、基本理论，包括有机药物分子结构的性质（性能），相关效应，及它们与反应性之间的关系；药物合成设计的基本原理与方法。二、涉及药物合成的重要反应、方法和试剂，以构建药物分子的骨架和官能团。三、实验在学习方法上，要求多思考，多讨论，多看书与资料，做好笔记，善于归纳小结，有一些习题、作业需完成。,