有机合成1
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美国的“国家癌症研究中心” 美国的“国家癌症研究中心”从天然 植物红豆杉的树皮中萃取出紫杉醇 植物红豆杉的树皮中萃取出紫杉醇(Taxol) ， 的树皮中萃取出紫杉醇 发现它具有抗癌的效果，尤其对晚期、 发现它具有抗癌的效果，尤其对晚期、转 移性卵巢癌、乳腺癌、肺癌有十分显著的 移性卵巢癌、乳腺癌、 疗效。经临床试验， 疗效。经临床试验，后来正式制成制剂用 来治疗卵巢癌与乳腺癌。 来治疗卵巢癌与乳腺癌。由于它的治疗效 果甚佳，使得红豆杉被预言为 二十世纪对 果甚佳，使得红豆杉被预言为[二十世纪对
主 要 参 考 书
第1章 绪 论
1.1 有机合成的定义
有机合成：是指利用化学方法将单质、 有机合成：是指利用化学方法将单质、简单的 无机物或简单的有机物制备成较复杂的有机物的过程。 无机物或简单的有机物制备成较复杂的有机物的过程。 （简之：有机反应的组合） 简之：有机反应的组合）
根据目标产物的不同， 根据目标产物的不同，这一过程可能仅需一步反应及简 单后续分离操作，在数小时内即可完成。 单后续分离操作，在数小时内即可完成。 也可能前后经过几十个有机反应、 也可能前后经过几十个有机反应、需要几十人花费数十 年才能成功。 年才能成功。
1.4 有机合成反应和方法学
有机合成的三大要素： 有机合成的三大要素： • 有机合成基元反应 • 有机合成方法与技术 • 有机合成设计策略
有机合成 反应
碳碳键 的形成 、断裂 和重组 官能团 的引入 和转换
• 1845年 H. Kolbe 实现了从元素单质合成乙酸，并 年 实现了从元素单质合成乙酸， 第一次用到“合成”这个词来描述从其他物质制 第一次用到“合成” 取化合物的过程。 取化合物的过程。
C
+ S
CS2
CCl4 + Cl2C CCl2
CS2 + Cl2
Cl2C
CCl2 + H2O
CCl3CO2H
由于在生物碱合成等方面所取得的突出成就， 由于在生物碱合成等方面所取得的突出成就，他 年获Noble 化学奖。 化学奖。 于1947年获 年获
3）recently，Nicolaou通过“一锅法”反应合成了托品酮 ） 通过“ ， 通过 一锅法”
(1) IBX(4eq) O (2) K2CO3 (3) MeNH3Cl NMe O
• 然而在尝试合成奎宁的过程中， Perkin得到了第一个人工染 然而在尝试合成奎宁的过程中， 得到了第一个人工染 开创了合成染料的新时代。 苯胺紫， 料--苯胺紫，从而开创了合成染料的新时代。 苯胺紫 从而开创了合成染料的新时代
H
N
H
N
H OH
• 第一个工业精细有机合成
CHO OH (CH3CO)2O O O
经过多方寻觅， 经过多方寻觅，最后发现红豆杉的萃取物中含有浓度 很高的紫杉醇主要结构baccatin，这种成分在少数红豆杉 很高的紫杉醇主要结构 ， 品种的枝叶中浓度是紫杉醇的近十倍。 品种的枝叶中浓度是紫杉醇的近十倍。利用 baccatin作为 合成的起始物， 个步骤就可合成紫杉醇， 合成的起始物，需大约 10 个步骤就可合成紫杉醇，并且 收率大大提高。 收率大大提高。
自问世以来，有机合成为人类的发展、 自问世以来，有机合成为人类的发展、文明的 进步起到了巨大的推动作用。 进步起到了巨大的推动作用。
1.2 有机合成的发展简介
• 阶段 阶段1 产生
• 1828年 Wohler 合成尿素 年
HOCN + NH3 H2O
NH4OCN
NH4OCN
NH2CONH2
Organic Chemistry
• 维生素 12的合成 维生素B
• 1948年从动物肝脏中提取出 年从动物肝脏中提取出 • 1954年英国女性化学家 年英国女性化学家 Hodekin用X-ray确定结构 用 确定结构 • Hodekin 因此在 因此在1964年获得 年获得 Nobel Prize • 在Prof. Woodward的领导下， 的领导下， 的领导下 14个国家的共 名科学家， 个国家的共110名科学家 个国家的共 名科学家， 经过8年的艰苦努力 年的艰苦努力， 经过 年的艰苦努力，完成 该化合物的合成。 该化合物的合成。 • 共51步 步
• 材料科学：高分子化合物，功能材料 材料科学：高分子化合物，
Aspirin
AZT
2. 有机合成化学要为理论工作提供具有特殊结构和 特殊性能的分子，以验证和发现新的理论。 特殊性能的分子，以验证和发现新的理论。
分子式 (CH)x
3. 合成天然存在的具有特定活性、但含量较少，不能 合成天然存在的具有特定活性、但含量较少， 满足人们需要的化合物。 满足人们需要的化合物。
秋日的红豆杉， 秋日的红豆杉，枝叶 间的红色果实和翠绿的枝 叶相映成趣
对化学家而言， 对化学家而言，研究致力于由简单且容易取得的 化学物质作为原料合成紫杉醇具有重要的意义。 化学物质作为原料合成紫杉醇具有重要的意义。1995 年合成紫杉醇的实验取得了成功， 个步骤， 年合成紫杉醇的实验取得了成功，共经过 28 个步骤， 产率虽然只有 0.5％，但化学家并不气馁，他们知道如 ％，但化学家并不气馁， ％，但化学家并不气馁 果将合成的步骤缩短，就有商业化生产的价值。 果将合成的步骤缩短，就有商业化生产的价值。
•当今最难的合成 当今最难的合成 海葵毒素的合成
分子式： 分子量2680 2680， 分子式：C129H223N3O54，分子量2680，64 个手性中心 •哈佛大学 哈佛大学Kishi 小组于1989年合成成功 小组于 年合成成功 哈佛大学 •“有机合成的珠穆朗玛峰” --------20世纪有机合成工作的标志 “有机合成的珠穆朗玛峰” 世纪有机合成工作的标志
有机合成 Organic Synthesis
刘萍 liuping96@hist.edu.cn
河南师范大学王玉炉教 授主编 科学出版社出版 “十一五”国家规划教 十一五” 材
主 要 参 考 书
厦门大学 黄培强 有机合成
清化大学 巨勇 有机合成化学与路线设计
主 要 参 考 书
徐家业 高等有机合成
吴毓林 现代有机合成化学
Selected Synthesis by the Corey Group
如果说Woodward 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 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。 将有机合成从艺术转变成为科学的一个关键人物。 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， 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 推动了20世纪70年代以来整个有机合成领域的蓬勃 20世纪70 发展。 发展。
• 1856年，英国化学家 H. Perkin首次试图合成复杂 年 英国化学家W. 首次试图合成复杂 的天然产物奎宁(治疗疟疾的药物 治疗疟疾的药物) 的天然产物奎宁 治疗疟疾的药物
2 C10H13N + 3 "O"
K2CrO4
C20H24N2O2 + H2O
MeO H3C + [O] NH2 N H H OH H N
1. 阿司匹林的合成： 阿司匹林的合成：
2. VB12的合成： 的合成：
• 在Prof. Woodward的领导下， 的领导下， 的领导下 14个国家共 名科学家， 个国家共110名科学家 个国家共 名科学家， 经过8年的艰苦努力 年的艰苦努力， 经过 年的艰苦努力，完成 该化合物的合成。 该化合物的合成。 • 共51步 步
Woodward领导下另一代表性工作 红霉素的合成 领导下另一代表性工作: 红霉素的合成 领导下另一代表性工作
18个手性中心 理论上有 个手性中心,理论上有 个手性中心 理论上有242144个异构体 个异构体
• 1、系统建立了逆合成分析方法 、
E.J.Corey (1928-)
• 2、 在全合成中设计以及发展新的合成试剂与方 、 法方面作出了杰出的贡献 He was awarded the Nobel Prize in Chemistry in 1990 ‘for development of the theory and methodology of organic synthesis’.
R
1
R NH + HCHO +
3
R3 O R
4
R1 N R2 R4
O
R2
Mannich Reaction (1912)
Robinson将化学结构 、 反应性 、 反应过程以合 将化学结构、 反应性、 将化学结构 成方法学的观点联系起来， 成方法学的观点联系起来，使有机合成第一次作为一 门课程开设出来。 门课程开设出来。
1.3wk.baidu.com有机合成的任务
1. 为科学技术的发展、社会的进步、改善人们的物 为科学技术的发展、社会的进步、 质文明生活提供具有各种性能的分子， 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。 的生产方法。
• 生命科学：生物大分子，生物活性分子，生化分析试剂等 生命科学：生物大分子，生物活性分子， • 医 药 学： 药物及药理、病理分析试剂等 药物及药理、 • 农 • 石 业： 农药及农用化学品 油： 石油化工产品
yield 80%
• 阶段 二战后的快速发展 阶段3
• 20 世纪下半叶 以美国的 R. B . Woodward （1917世纪下半叶, 1979）为代表的有机合成化学家 向最复杂的天然产 ） 为代表的有机合成化学家向最复杂的天然产 物发起挑战， 并取得了卓越的成就。 物发起挑战 ， 并取得了卓越的成就 。 Woodward因 因 在天然产物合成方面的突出成就而获得了1965年的 在天然产物合成方面的突出成就而获得了 年的 诺贝尔化学奖。 诺贝尔化学奖。 "for his outstanding achievements in the art of organic synthesis"
(+)-葡萄糖
• 托品酮的合成
1) 1903年，德国化学家 Willstatter 合成了托品酮 年
21 steps, overall yield 0.75%
2）1917年，英国化学家 Robinson用新的方法合成了托品酮 ） 年 用新的方法合成了托品酮
overall yield 90% Robinson为什么能发现这条合成路线？ 为什么能发现这条合成路线？ 为什么能发现这条合成路线
CCl3CO2H
CH3CO2H
Synthesis
此后，有机合成方面的研究工作开始受到重视， 此后，有机合成方面的研究工作开始受到重视， 从事研究工作的科学家日益增多， 从事研究工作的科学家日益增多，涌现出一批致力 于有机合成研究的青年学者，合成的目标也转向了 于有机合成研究的青年学者， 较为复杂的分子。 较为复杂的分子。
• 香豆素的合成开创了香料工业
• 阶段 初期阶段的复杂天然产物的全合成 阶段2 初期阶段的复杂天然产物的全合成 Fischer完成的(+)完成的(+) E. Fischer完成的(+)-葡萄糖的合成
• 官能团的复杂性， 立体化学控制 官能团的复杂性， • 代表19世纪末有机合成的最高水平 代表19世纪末有机合成的最高水平 19 • 获得1902年诺贝尔化学奖 获得1902年诺贝尔化学奖 1902
紫杉醇
人类贡献最大的植物]。 人类贡献最大的植物 。
不过红豆杉生长缓慢，从树皮萃取紫杉醇的产量又甚低， 不过红豆杉生长缓慢，从树皮萃取紫杉醇的产量又甚低， 得到1克紫杉醇就需要砍伐二到三棵 年生的红豆杉， 得到 克紫杉醇就需要砍伐二到三棵 50 ~ 60 年生的红豆杉，如 要萃取一公斤的紫杉醇，就需要砍伐二千至四千株的杉树。 要萃取一公斤的紫杉醇，就需要砍伐二千至四千株的杉树。有 人估计，即使将全世界的红豆杉全部砍伐用于提取紫杉醇， 人估计，即使将全世界的红豆杉全部砍伐用于提取紫杉醇，也 只能挽救12.5万个生命。因此， 12.5万个生命 只能挽救12.5万个生命。因此，原料的短缺造成了紫杉醇产品 价位居高不下。于是全世界研发人员开始投入如何大量生产紫 价位居高不下。 杉醇的研究工作。 杉醇的研究工作。
主 要 参 考 书
第1章 绪 论
1.1 有机合成的定义
有机合成：是指利用化学方法将单质、 有机合成：是指利用化学方法将单质、简单的 无机物或简单的有机物制备成较复杂的有机物的过程。 无机物或简单的有机物制备成较复杂的有机物的过程。 （简之：有机反应的组合） 简之：有机反应的组合）
根据目标产物的不同， 根据目标产物的不同，这一过程可能仅需一步反应及简 单后续分离操作，在数小时内即可完成。 单后续分离操作，在数小时内即可完成。 也可能前后经过几十个有机反应、 也可能前后经过几十个有机反应、需要几十人花费数十 年才能成功。 年才能成功。
1.4 有机合成反应和方法学
有机合成的三大要素： 有机合成的三大要素： • 有机合成基元反应 • 有机合成方法与技术 • 有机合成设计策略
有机合成 反应
碳碳键 的形成 、断裂 和重组 官能团 的引入 和转换
• 1845年 H. Kolbe 实现了从元素单质合成乙酸，并 年 实现了从元素单质合成乙酸， 第一次用到“合成”这个词来描述从其他物质制 第一次用到“合成” 取化合物的过程。 取化合物的过程。
C
+ S
CS2
CCl4 + Cl2C CCl2
CS2 + Cl2
Cl2C
CCl2 + H2O
CCl3CO2H
由于在生物碱合成等方面所取得的突出成就， 由于在生物碱合成等方面所取得的突出成就，他 年获Noble 化学奖。 化学奖。 于1947年获 年获
3）recently，Nicolaou通过“一锅法”反应合成了托品酮 ） 通过“ ， 通过 一锅法”
(1) IBX(4eq) O (2) K2CO3 (3) MeNH3Cl NMe O
• 然而在尝试合成奎宁的过程中， Perkin得到了第一个人工染 然而在尝试合成奎宁的过程中， 得到了第一个人工染 开创了合成染料的新时代。 苯胺紫， 料--苯胺紫，从而开创了合成染料的新时代。 苯胺紫 从而开创了合成染料的新时代
H
N
H
N
H OH
• 第一个工业精细有机合成
CHO OH (CH3CO)2O O O
经过多方寻觅， 经过多方寻觅，最后发现红豆杉的萃取物中含有浓度 很高的紫杉醇主要结构baccatin，这种成分在少数红豆杉 很高的紫杉醇主要结构 ， 品种的枝叶中浓度是紫杉醇的近十倍。 品种的枝叶中浓度是紫杉醇的近十倍。利用 baccatin作为 合成的起始物， 个步骤就可合成紫杉醇， 合成的起始物，需大约 10 个步骤就可合成紫杉醇，并且 收率大大提高。 收率大大提高。
自问世以来，有机合成为人类的发展、 自问世以来，有机合成为人类的发展、文明的 进步起到了巨大的推动作用。 进步起到了巨大的推动作用。
1.2 有机合成的发展简介
• 阶段 阶段1 产生
• 1828年 Wohler 合成尿素 年
HOCN + NH3 H2O
NH4OCN
NH4OCN
NH2CONH2
Organic Chemistry
• 维生素 12的合成 维生素B
• 1948年从动物肝脏中提取出 年从动物肝脏中提取出 • 1954年英国女性化学家 年英国女性化学家 Hodekin用X-ray确定结构 用 确定结构 • Hodekin 因此在 因此在1964年获得 年获得 Nobel Prize • 在Prof. Woodward的领导下， 的领导下， 的领导下 14个国家的共 名科学家， 个国家的共110名科学家 个国家的共 名科学家， 经过8年的艰苦努力 年的艰苦努力， 经过 年的艰苦努力，完成 该化合物的合成。 该化合物的合成。 • 共51步 步
• 材料科学：高分子化合物，功能材料 材料科学：高分子化合物，
Aspirin
AZT
2. 有机合成化学要为理论工作提供具有特殊结构和 特殊性能的分子，以验证和发现新的理论。 特殊性能的分子，以验证和发现新的理论。
分子式 (CH)x
3. 合成天然存在的具有特定活性、但含量较少，不能 合成天然存在的具有特定活性、但含量较少， 满足人们需要的化合物。 满足人们需要的化合物。
秋日的红豆杉， 秋日的红豆杉，枝叶 间的红色果实和翠绿的枝 叶相映成趣
对化学家而言， 对化学家而言，研究致力于由简单且容易取得的 化学物质作为原料合成紫杉醇具有重要的意义。 化学物质作为原料合成紫杉醇具有重要的意义。1995 年合成紫杉醇的实验取得了成功， 个步骤， 年合成紫杉醇的实验取得了成功，共经过 28 个步骤， 产率虽然只有 0.5％，但化学家并不气馁，他们知道如 ％，但化学家并不气馁， ％，但化学家并不气馁 果将合成的步骤缩短，就有商业化生产的价值。 果将合成的步骤缩短，就有商业化生产的价值。
•当今最难的合成 当今最难的合成 海葵毒素的合成
分子式： 分子量2680 2680， 分子式：C129H223N3O54，分子量2680，64 个手性中心 •哈佛大学 哈佛大学Kishi 小组于1989年合成成功 小组于 年合成成功 哈佛大学 •“有机合成的珠穆朗玛峰” --------20世纪有机合成工作的标志 “有机合成的珠穆朗玛峰” 世纪有机合成工作的标志
有机合成 Organic Synthesis
刘萍 liuping96@hist.edu.cn
河南师范大学王玉炉教 授主编 科学出版社出版 “十一五”国家规划教 十一五” 材
主 要 参 考 书
厦门大学 黄培强 有机合成
清化大学 巨勇 有机合成化学与路线设计
主 要 参 考 书
徐家业 高等有机合成
吴毓林 现代有机合成化学
Selected Synthesis by the Corey Group
如果说Woodward 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 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。 将有机合成从艺术转变成为科学的一个关键人物。 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， 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 推动了20世纪70年代以来整个有机合成领域的蓬勃 20世纪70 发展。 发展。
• 1856年，英国化学家 H. Perkin首次试图合成复杂 年 英国化学家W. 首次试图合成复杂 的天然产物奎宁(治疗疟疾的药物 治疗疟疾的药物) 的天然产物奎宁 治疗疟疾的药物
2 C10H13N + 3 "O"
K2CrO4
C20H24N2O2 + H2O
MeO H3C + [O] NH2 N H H OH H N
1. 阿司匹林的合成： 阿司匹林的合成：
2. VB12的合成： 的合成：
• 在Prof. Woodward的领导下， 的领导下， 的领导下 14个国家共 名科学家， 个国家共110名科学家 个国家共 名科学家， 经过8年的艰苦努力 年的艰苦努力， 经过 年的艰苦努力，完成 该化合物的合成。 该化合物的合成。 • 共51步 步
Woodward领导下另一代表性工作 红霉素的合成 领导下另一代表性工作: 红霉素的合成 领导下另一代表性工作
18个手性中心 理论上有 个手性中心,理论上有 个手性中心 理论上有242144个异构体 个异构体
• 1、系统建立了逆合成分析方法 、
E.J.Corey (1928-)
• 2、 在全合成中设计以及发展新的合成试剂与方 、 法方面作出了杰出的贡献 He was awarded the Nobel Prize in Chemistry in 1990 ‘for development of the theory and methodology of organic synthesis’.
R
1
R NH + HCHO +
3
R3 O R
4
R1 N R2 R4
O
R2
Mannich Reaction (1912)
Robinson将化学结构 、 反应性 、 反应过程以合 将化学结构、 反应性、 将化学结构 成方法学的观点联系起来， 成方法学的观点联系起来，使有机合成第一次作为一 门课程开设出来。 门课程开设出来。
1.3wk.baidu.com有机合成的任务
1. 为科学技术的发展、社会的进步、改善人们的物 为科学技术的发展、社会的进步、 质文明生活提供具有各种性能的分子， 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。 的生产方法。
• 生命科学：生物大分子，生物活性分子，生化分析试剂等 生命科学：生物大分子，生物活性分子， • 医 药 学： 药物及药理、病理分析试剂等 药物及药理、 • 农 • 石 业： 农药及农用化学品 油： 石油化工产品
yield 80%
• 阶段 二战后的快速发展 阶段3
• 20 世纪下半叶 以美国的 R. B . Woodward （1917世纪下半叶, 1979）为代表的有机合成化学家 向最复杂的天然产 ） 为代表的有机合成化学家向最复杂的天然产 物发起挑战， 并取得了卓越的成就。 物发起挑战 ， 并取得了卓越的成就 。 Woodward因 因 在天然产物合成方面的突出成就而获得了1965年的 在天然产物合成方面的突出成就而获得了 年的 诺贝尔化学奖。 诺贝尔化学奖。 "for his outstanding achievements in the art of organic synthesis"
(+)-葡萄糖
• 托品酮的合成
1) 1903年，德国化学家 Willstatter 合成了托品酮 年
21 steps, overall yield 0.75%
2）1917年，英国化学家 Robinson用新的方法合成了托品酮 ） 年 用新的方法合成了托品酮
overall yield 90% Robinson为什么能发现这条合成路线？ 为什么能发现这条合成路线？ 为什么能发现这条合成路线
CCl3CO2H
CH3CO2H
Synthesis
此后，有机合成方面的研究工作开始受到重视， 此后，有机合成方面的研究工作开始受到重视， 从事研究工作的科学家日益增多， 从事研究工作的科学家日益增多，涌现出一批致力 于有机合成研究的青年学者，合成的目标也转向了 于有机合成研究的青年学者， 较为复杂的分子。 较为复杂的分子。
• 香豆素的合成开创了香料工业
• 阶段 初期阶段的复杂天然产物的全合成 阶段2 初期阶段的复杂天然产物的全合成 Fischer完成的(+)完成的(+) E. Fischer完成的(+)-葡萄糖的合成
• 官能团的复杂性， 立体化学控制 官能团的复杂性， • 代表19世纪末有机合成的最高水平 代表19世纪末有机合成的最高水平 19 • 获得1902年诺贝尔化学奖 获得1902年诺贝尔化学奖 1902
紫杉醇
人类贡献最大的植物]。 人类贡献最大的植物 。
不过红豆杉生长缓慢，从树皮萃取紫杉醇的产量又甚低， 不过红豆杉生长缓慢，从树皮萃取紫杉醇的产量又甚低， 得到1克紫杉醇就需要砍伐二到三棵 年生的红豆杉， 得到 克紫杉醇就需要砍伐二到三棵 50 ~ 60 年生的红豆杉，如 要萃取一公斤的紫杉醇，就需要砍伐二千至四千株的杉树。 要萃取一公斤的紫杉醇，就需要砍伐二千至四千株的杉树。有 人估计，即使将全世界的红豆杉全部砍伐用于提取紫杉醇， 人估计，即使将全世界的红豆杉全部砍伐用于提取紫杉醇，也 只能挽救12.5万个生命。因此， 12.5万个生命 只能挽救12.5万个生命。因此，原料的短缺造成了紫杉醇产品 价位居高不下。于是全世界研发人员开始投入如何大量生产紫 价位居高不下。 杉醇的研究工作。 杉醇的研究工作。