1107-天然产物及逆合成分析与合成
合成化学-逆合成
合成路线: 合成路线
NaNH2 NH3 Br Lindlar Cat. H2 OsO4 Et2O O O TsOH O H2O
HO OH
用环己烯和二个碳的简单有机原料合成下列化合物： 例九 用环己烯和二个碳的简单有机原料合成下列化合物：
O OCH3 OCH3
逆合成分析： 逆合成分析：
O OCH3 OCH3 OH O OH O CHO
金属有机化合物与卤代烷的偶联反应； 金属有机化合物与卤代烷的偶联反应； 金属有机化合物与羰基，氰基的加成反应； 金属有机化合物与羰基，氰基的加成反应； 金属有机化合物与环氧化合物的开环反应； 金属有机化合物与环氧化合物的开环反应； 各类缩合反应； 各类缩合反应； 炔烃，芳环， 二羰基化合物和β 炔烃，芳环，酮，酯，β-二羰基化合物和β-羰基 腈的烷基化和酰基化反应； 腈的烷基化和酰基化反应； 酮的双分子还原； *6 酮的双分子还原； 酯的双分子还原； *7 酯的双分子还原； 环加成反应； *8 环加成反应；
合成路线: 合成路线
O Br2 Mg Br anhydrous ether Mg anhydrous ether PhCOCl H+ CHO H+ OCOPh Ph PhCH2CH2OH
H+
用苯，苯甲酸和五个碳以下的简单有机原料合成： 例十一 用苯，苯甲酸和五个碳以下的简单有机原料合成：
Ph O O Ph
逆合成分析： 逆合成分析：
Ph O O Ph Ph CHO CH2OH + PhCH2CH2MgBr OH
Br PhCH2CH2Br + CH2O
O PhCH2CH2OH PhMgBr +
三、 逆合成原理
逆合成原理是以合成子概念和切断法为基础， 逆合成原理是以合成子概念和切断法为基础，从目标化合物 出发；通过官能团转换或键的切断； 出发；通过官能团转换或键的切断；去寻找一个又一个前体 分子（合成子），直至前体分子为最易得的原料为止，这是 分子（合成子），直至前体分子为最易得的原料为止， ），直至前体分子为最易得的原料为止 完成合成设计的一条有效途径。 完成合成设计的一条有效途径。
1990年诺贝尔化学奖
1990年诺贝尔化学奖伊利亚斯•詹姆士•科里1990年10月17日，瑞典皇家科学院授予美国哈佛大学的有机化学家伊利亚斯•詹姆士•科里（EliasJamesCorey）以1990年的诺贝尔化学奖，表彰他在有机合成的理论和方法学方面的贡献。
科里从50年代后期开始进行有机合成的研究工作，30多年来他和他的同事们合成了几百个重要的天然产物。
这些化合物的结构都比较复杂，而且越往后，他合成的目标化合物越复杂，合成的难度也越大。
按照科里和他的学生成学敏在1989年出版的一本名为《化学合成的逻辑》的书分类，他的合成工作主要涉及（1）大环结构：主要是一些大环内酯和大环内酰胺类的抗菌化合物;（2）杂环结构：主要是一些生物碱和维生素等；（3）倍半萜类化合物：由3个异戊二烯结构单位组成分子碳架的各种天然的烃类和其衍生物；（4）多环异戊二烯类化合物：含有更多异戊二烯结构单位的天然多环化合物；（5）前列腺素类化合物：一类激素；（6）白三烯类化合物：一类具有很强生物活性的多烯和其衍生物。
下面列出科里首先合成的有代表性的几个化合物：从这几个例子就足以看出，即使他最早期的合成工作（如长叶烯的合成）也已经能够显示出他的巨大天才。
但是，科里最大的功绩并不在于他的那些艰巨的合成工作,而是在1967年他提出具有严格逻辑性的''逆合成分析原理〃，以及有关在合成过程中，各种功能团的转变、加入和消去的一系列系统地修饰分子的原则和方法。
逆合成分析原理，简单地说，就是确定如何将要合成的目标分子按可再结合的原则在合适的键上进行分割，使其成为合理的、较简单的和较易得的较小起始反应物分子；然后，再反过来将找到的这些小分子或等价物按一定的顺序和立体方式，逐个地通过合成反应再结合起来，并经过必要的修饰，而得到所要合成的目标化合物。
所以逆合成分析是决定整个合成路线的关键，关系到整个合成的策略、成败和评价。
例如，科里选用的长叶烯逆合成是：在a键处分割长叶烯是可取的逆合成分析方式之一。
天然产物综述
天然产物的提取分离技术摘要：本文综述了天然产物化学得发展以及当前我国天然产物有效成分提取和分离纯化技术的进展，对超声波提取技术、微波提取技术、双水相萃取技术、液膜分离和反胶团萃取、超临界C0提取技术、膜2分离技术、分子蒸馏技术、分子精馏和短程精馏、吸附分离技术和高效絮凝技术等进行了评述。
关键词：天然产物；分离；纯化1 简介天然产物是指从动物、植物及微生物中分离出来的生物二次代谢产物，自从发现来自天然界的有机化合物具有特殊的生理活性后，已经开发出许多具有治疗和保键作用的药物。
有的天然产物能作为先导化合物，通过适当的结构改造，成为新一代药物。
一些天然产物还具有重要的经济价值，如可作为食品添加剂、日化原料和其他精细化工产品等。
天然产物化学是以各类生物为研究对象，以有机化学为基础，以化学和物理方法为手段，研究生物二次代谢产物(生物碱、酿类和葱衍生物、黄酮、菇类和挥发油、强心昔、幽体、皂昔、香豆素、木脂素、糖类、氨基酸和蛋白质、动植物激素、海洋天然有机物等)的提取、分离、结构、功能、生物合成，化学合成和用途的一门科学，是生物资源开发利用的基础。
天然产物化学的研究对整个有机化学的发展起着重要的推动作用，同时也为生物化学、药物化学和有机合成提供口益深化的研究内容。
1.1天然产物化学与药物开发由于大然药物往往含有结构、性质不同的多种成分，且有效成分的含量一般较低。
为了研究和开发天然药物，必须从复杂的中草药组成成分中提取、分离和鉴定出有活性的单体纯成分。
有时，为了增强疗效，克服毒副作用，通过改变有效成分的结构，如制备其类似物或衍牛物，以创制出更好更新的药物。
以中草药或动、植物，微生物和海洋生物等大然产物为主要研究目标的，已经成为中国寻找新药的重要研究途径。
许多有效药剂或其母体的发现基本源于天然产物，天然药物(包括它们的衍生物和类似物)占临床使用药物的50%以上，而来源于高等植物的约占25%。
由于天然产物研究所提供的活性物质结构新颖，疗效高，副作用小，所以它们始终是医药行业中新药的主要来源之一。
第5章 逆合成分析法
Example :
合成反应：
通俗地说，合成子是目标分子化学键切断后产生的假想的分 子碎片，可以是正离子、负离子或自由基，也可以是相应的反 应中的一个中间体，也可能是一种潜在的反应性，这些都有助 于确定合成路线该用的试剂。
3. 合成等效体（synthetic equivalent）
β-切断方式：
合成子
合成等效体
Example 3: 双烯合成产物的切断
合成子与合成 等效体相同
合成子与合成等效体关系：
合成子与合成等效体是两个不同的概念，但又相互联系。 合成子有 4 种不同类型：
受电子合成子（用a表示）：具有亲电性或接受电子的合成 子，如碳正离子合成子。 给电子合成子（用d表示）：具有亲核性或给出电子的合成 子，如碳负离子合成子。 自由基合成子（用r表示）。
2. 有机合成的基本要求
用简单、安全、环境友好、资源有效的步骤，快速、定量 地把价廉、易得的起始原料转化为目标分子。 有机合成没有固定的模式，它与化学家的智慧、经验、实 验技巧和装置密切相关，是一项极富挑战性和创造性的工作。 好的合成路线应该具有路线简捷、原料易得、产率高、成本低、 环境友好等特点。
O OCH3 O
由Clemmensen反应消除
5.2.4 重接 ( Reconnection )
重接的作用：
在逆合成分析中，为了达到成键、选择性控制等目的而 在分子内进行键的连接（而非切断）的操作。
重接的场合：
（1）对应于合成路线中的开环反应和碎裂化反应。
Example 1 5－苯基－5－氧代戊酸的合成
第 5章
逆合成分析与 合成路线设计
复杂天然产物的合成与结构解析
复杂天然产物的合成与结构解析复杂天然产物的合成与结构解析天然产物是一类具有复杂结构和多样性功能的有机分子，其在生命科学、药学、化学等领域具有广泛的应用价值。
然而，由于其结构复杂，合成难度大，因此天然产物的研究一直是有机合成化学家们的热点和难点之一。
本文将介绍天然产物的合成与结构解析的相关研究进展。
一、天然产物的合成天然产物的合成通常分为全合成和半合成两种方式。
全合成是指从简单的化合物出发，通过一系列的反应步骤，最终得到目标分子的过程。
全合成的难度较大，需要考虑反应条件、反应中间体稳定性等因素。
半合成则是利用天然产物中已有的结构基础，通过部分化学修饰得到新的衍生物。
半合成相对于全合成来说，难度较小，但是需要对天然产物的结构和性质有深入的了解。
以紫杉醇为例，紫杉醇是一种广泛应用于癌症治疗的药物，其全合成历经了多个化学家的努力和多年的时间。
最终，由于其结构复杂，全合成路线也十分复杂，需要多个步骤，多个中间体参与反应，并且每个步骤都需要考虑反应条件和反应中间体的稳定性。
因此，紫杉醇的全合成被誉为有机化学史上的一项伟大成就。
二、天然产物结构解析天然产物结构解析是指通过一系列的分离、纯化、分析等手段，确定一个未知化合物的结构和性质。
天然产物结构解析通常包括以下几个方面：1. 分离纯化天然产物通常存在于极低的含量下，因此需要对其进行分离纯化。
分离纯化方法包括柱层析、逆流色谱、高效液相色谱等。
通过不同的分离纯化方法可以得到不同级别的纯度。
2. 光谱分析光谱分析是天然产物结构解析中最为常用的方法之一。
包括核磁共振、红外光谱、紫外光谱等。
通过不同的光谱分析方法可以确定不同的结构信息。
3. 质谱分析质谱分析是天然产物结构解析中另一个重要的手段。
包括质谱、高分辨质谱等。
通过不同的质谱分析方法可以获得不同精度和分辨率的质谱图像。
4. 生物活性测定天然产物通常具有多种生物活性，因此通过生物活性测定可以初步了解其生物活性和作用机制。
逆合成分析法与合成路线设计
第 6 章 逆合成分析法与合成路线设计20世纪60年代，Corey 在总结前人和他自己成功合成多种复杂有机分子的基础上，提出了合成路线设计与逻辑推理方法。
创立了由合成目标逆推到合成用起始原料的方法—逆合成分析法。
该方法现在已成为合成有机化合物特别是对复杂分子的合成具有独特体系的有效方法。
6.1 逆合成分析法6.1.1 逆合成分析法概念有机合成是利用一种或数种结构简单的原料经一步或数步有机化学反应得到既定目标产物的过程，可表示如下：逆合成分析法是将合成目标经过多种逆合成操作转变成结构简单的前体，在将前体按同样方法进行简化，反复进行直到得出与市售原料结构相同为止，可表示如下：图6-1 多路线逆合成分析示意图1．合成子原料反应反应( 产物 )目标分子官能团转换另外的目标分子逆合成转变前体(合成子)逆合成转变前体的前体原料目 标 分 子A D EF BG HK JCO L M N多路线逆合成分析示意图Corey 的定义:合成子是指分子中可由相应的合成操作生成该分子或用反向操作使其降解的结构单元。
一个合成子可以大到接近整个分子，也可以小到只含一个氢原子。
分子的合成子数量和种类越多，问题就越复杂。
例如：在这些结构单元中，只有(d)和(e)是有效的，叫有效合成子。
因为(d)可以修饰为C 6H 5COC-HCOOCH 3，(e)可以修饰为 。
识别这些有效合成子特别重要，因其与分子骨架的形成有直接关系。
而识别的依据是有关合成的知识和反应，也就是说有效合成子的产生必须以某种合成的知识和反应为依据。
亲电体和亲核体相互作用可以形成碳-碳键、碳-杂键与环状结构等，从而建立起分子骨架。
例如：若将上述反应中的亲电体、亲核体提出来，反应简化为2CH 2COOCH 3C 6H 5COCHCOOCH 3(a) C 6H 5 (b) C 6H 5CO (c) COOCH 3 (d) C 6H 5COCHCOOCH 3 (g) OCH 3CH 3OCOCH 2CH 23(e) CH 2CH 2COOCH 3(f)C M +CX CC+MX+C MgX OCC OHCOOEtC OEt OOCOOEtC +CCC：C OC +C O ：C O OCH 2CH 2COOCH 3再将上述式子反向，便得到将目标分子简化为亲电体、亲核体基本结构单元的方法，从而也就产生了相应的合成子。
天然产物全合成
天然产物全合成学院:化学化工学院系别：化学系姓名：***学号：**************简介：天然产物全合成是有机化学中最为活跃、最具原动力的研究方向之一。
这方面的研究极大地推动了有机新反应、新方法、新试剂、新理论和新概念的发现和发展。
天然产物全合成也是发现、发展新医药等功能物质的重要途径，在医药健康、生命、材料以及能源等科学领域具有广阔的应用前景。
天然产物全合成是以天然产物(源自植物、动物或微生物的有机化合物)为目标分子，通过设计研究合成策略、路线和方法，从简单原料出发实现其化学合成。
研究内容主要包括：(1)高效、简捷和高选择性合成策略；(2)不对称(特别是催化不对称)合成策略；(3)选择廉价、易得的天然产物为原料，研究简捷、高效的半合成策略；(4)目标分子生物活性、结构多样化导向的合成策略；(5)针对目标分子关键结构(或骨架)的合成方法学研究，实现其形式合成；(6)生物催化和仿生合成。
关键词：天然产物、全合成、前言：天然产物全合成是一项难度大、耗资多、周期长、见效慢的工作，需要科学家集全面而深厚的有机化学知识、坚忍不拔的耐力和良好的综合素质于一身。
只要投入足够的财力和资源，建立客观合理的评价体系，就会有越来越多的学者投身到这项事业，中国的天然产物全合成研究就有可能走在世界的前列，并推动有机化学学科及相关产业的快速发展。
天然产物全合成是有机化学中最为活跃、最具原动力的研究方向之一。
这方面的研究极大地推动了有机新反应、新方法、新试剂、新理论和新概念的发现和发展，并在很大程度上体现了有机化学学科的发展水平和实力。
因此，一方面，天然产物全合成在有机化学的发展中仍将发挥无可替代的作用，具有更加辉煌的发展前景；另一方面，天然产物全合成也是发现和发展新医药等功能物质的重要途径，其所建立的方法同样也适用于其他有机物的制备，例如有机光电磁材料、高分子单体、组装体基元、有机探针分子、染料敏化剂。
因此，天然产物的化学合成研究在医药健康、生命、材料、能源等科学领域具有广阔的应用前景。
有机化学中的天然产物合成研究
有机化学中的天然产物合成研究天然产物合成研究是有机化学领域的重要研究方向之一，通过合成各种复杂的天然产物，不仅可以揭示其生物活性和药理作用，还能为药物研发和农业生产提供重要的借鉴。
本文将从天然产物合成的意义、合成方法和研究进展等方面进行论述。
一、天然产物合成的意义天然产物是生物体内存在的各种化学物质，具有广泛的生物活性和药理作用。
通过合成天然产物，可以揭示其生物活性的来源和机理，为探索新药物提供重要线索。
此外，天然产物合成还能为合成方法学和有机化学理论研究提供宝贵的实践平台。
因此，天然产物合成在药物研发、农药开发以及理论研究等领域具有重要的意义。
二、天然产物合成的方法天然产物合成的方法非常多样，常用的方法包括传统的线性合成、环化合成、立体选择性合成以及以天然产物为模板的合成等。
其中，线性合成是最常见的合成策略，通过逐步加入反应原料，逐步扩大分子的结构，最终得到目标化合物。
环化合成则是通过结构变换将线性分子转化为环状结构的合成方法。
立体选择性合成则是在合成过程中控制分子的立体构型，以获得特定的活性。
以天然产物为模板的合成则是将天然产物中的一部分结构作为起始结构，通过一系列反应逐步合成目标结构。
三、天然产物合成的研究进展随着合成方法学和有机合成反应的不断发展，天然产物合成的研究也取得了重要的进展。
以核酸和蛋白质为模板的天然产物合成在近年来受到了广泛关注。
通过模拟生物体内的合成途径，可以实现高效的合成，并保留目标分子的生物活性。
此外，选择性C-H键官能化合成和金属催化反应等新的合成方法也为天然产物合成提供了许多新的可能性。
这些新的方法不仅提高了合成效率，还为复杂结构的天然产物合成提供了更好的途径。
总结：天然产物合成研究在有机化学领域具有重要的意义。
通过合成天然产物，可以揭示其生物活性的来源和机理，为药物研发和农业生产提供重要线索。
天然产物合成的方法非常丰富多样，包括传统的线性合成、环化合成、立体选择性合成和以天然产物为模板的合成等。
逆向合成分析
逆向合成分析的重要性
01
02
03
促进新药研发
通过对目标药物的逆向合 成分析，可以揭示其合成 途径，为新药的研发提供 重要线索。
打击制毒贩毒
逆向合成分析有助于分析 出毒品的原料和合成方法， 为打击制毒贩毒提供技术 支持。
保护知识产权
通过逆向合成分析，可以 验证专利药物的仿制情况， 保护知识产权。
逆向合成分析的历史与发展
组合化学与多样性导向合成
发展组合化学和多样性导向合成方法，创造更多具有复杂结构和多 样性的化合物。
在绿色化学与可持续发展中的应用
1 2
绿色溶剂与反应介质
开发和应用绿色溶剂和反应介质，减少对环境的 污染和资源消耗。
高效催化剂与选择性反应
研究和开发高效、高选择性的催化剂和反应条件， 降低能源消耗和副产物生成。
在生物材料和生物工程领域，逆向合成分析可用于设计和优化生物材料
的结构和性能。
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天然产物提取与分离
提取过程优化
通过逆向分析天然产物的 合成路径，可以更有效地 提取和分离所需的化合物。
结构鉴定
对于未知天然产物，逆向 合成分析有助于推测其可 能的化学结构。
生物活性研究
逆向分析已知具有生物活 性的天然产物，有助于发 现新的生物活性化合物。
环境化学与污染控制
污染源解析
通过逆向分析环境中的污染物，有助于确定污染源及其对环境的 影响。
3
循环利用与废物减量
优化逆向合成过程，实现资源的循环利用和废物 的减量排放，推动可持续发展。
在生命科学领域的应用前景
01
新药发现与开发
利用逆向合成分析方法，设计和合成具有特定生物活性的新药先导化合
逆合成法的意义及应用
逆合成法的意义及应用逆合成法（inverse synthesis）是一种分析化学方法，它通过逆向推断分析出物质的化学结构。
逆合成法的意义非常重大，它在化学领域中有着广泛的应用。
首先，逆合成法在新药研发中扮演着重要的角色。
发现一种新的有效药物通常需要进行大量的合成和筛选实验，而逆合成法可以通过研究待发现的药物的目标结构，逆向合成可能的候选物质，以提供研发方向。
利用逆合成法可以预测可能的合成路线和关键反应，从而缩短研发周期，降低研发成本。
其次，逆合成法在化学分析中具有重要意义。
传统的分析方法往往需要大量的样品前处理和分离纯化步骤，耗时且复杂。
而逆合成法通过分析物质的质谱、红外光谱、NMR等数据，可以确定物质的结构，从而省去了繁琐的分离纯化步骤。
逆合成法还可以用于解析混合物中各组分的结构，提高分析的准确性和效率。
此外，逆合成法对于污染物和环境毒理学的研究也具有重要作用。
毒理学研究中，往往需要对有毒物质进行分析，以确定其结构和致毒机制。
逆合成法可以根据已知的毒性终端产物，逆向推导出毒物的结构和可能的形成途径。
通过对污染物的逆向合成，可以加深对它们的理解，为有害物质的监测和防治提供科学依据。
此外，逆合成法对于有机合成化学也有着重要的应用。
有机合成化学是一门应用广泛的学科，研究如何高效地合成有机分子。
在合成新化合物或合成复杂的有机分子时，需要设计合理的反应条件和合成路线。
逆合成法可以辅助设计新化合物的合成路线，甚至预测可能的副反应和副产物，从而指导和优化有机合成的过程。
另外，逆合成法对于研究复杂天然产物的合成也具有重要意义。
天然产物是药物和生物活性分子的重要来源，而大部分天然产物都具有复杂的结构。
通过逆合成法可以从一个复杂天然产物的结构入手，推导出合成路线，并逐步合成其中的结构单元，最终得到目标天然产物。
逆合成法为天然产物的全合成提供了理论指导和方法支持。
综上所述，逆合成法在化学领域中拥有广泛的应用。
它可以应用于新药研发、化学分析、环境毒理学研究、有机合成化学以及天然产物的合成等方面。
有机反应-逆合成分析和分子的切断
06
结论与展望
有机反应-逆合成分析和分子切断的重要性和意义
逆合成分析是有机合成中一种重要的策 略，通过逆向思维的方式将目标分子进
行切断，从而得到可能的合成路径。
分子切断是有机合成中实现特定化学键 构建的关键步骤，通过选择合适的切断 位置和方式，可以有效地实现分子的定
向转化。
有机反应-逆合成分析和分子切断对于 理解有机反应机理、优化合成路线和提 高有机合成效率具有重要意义，有助于
有机反应的历史和发展
历史
有机反应的历史可以追溯到19世纪初，随着化学键理论的建立和电子学说的引入 ，人们开始深入研究和理解有机反应的机理和规律。
发展
随着科学技术的不断进步，新的理论和实验手段不断涌现，推动着有机反应的发 展和创新。目前，有机反应已经成为化学学科中最为活跃和前沿的研究领域之一 。
02
逆合成分析的优缺点和应用
优点
能够提供有效的合成路线，减少实验探索的时间和成 本。
缺点
对分析者的经验和技能要求较高，有时可能存在多种 可能的切断位置和合成路径。
应用
在有机合成、药物合成、材料科学等领域中广泛应用， 是设计和优化合成路线的重要手段。
03
分子的切断技术
分子切断的定义和原理
分子切断的定义
有机反应-逆合成分析和 分子的切断
• 有机反应概述 • 逆合成分析的基本概念 • 分子的切断技术 • 有机反应-逆合成分析和分子的切断的
关系 • 实例分析 • 结论与展望
01
有机反应概述
有机反应的定义和重要性
定义
有机反应是指发生在有机化合物之间 的化学反应，通常涉及电子的转移、 重排或共享。
重要性
• 实现绿色、可持续的合成方法：随着环保意识的提高，发展绿色、可持续的有 机合成方法已成为当前和未来的重要研究方向，需要寻找环境友好、资源利用 率高的切断方法。
有机合成逆向分析
contents
目录
• 有机合成逆向分析概述 • 有机合成逆向分析的方法与技术 • 有机合成逆向分析的应用领域 • 有机合成逆向分析的挑战与解决方案 • 有机合成逆向分析的未来展望
01 有机合成逆向分析概述
定义与概念
定义
有机合成逆向分析是一种通过分析目 标分子的结构特征，逆向推导其可能 的合成路径和反应过程的方法。
教育培训
逆向分析可以作为化学教育的重要内 容，帮助学生深入理解有机合成的原 理和方法。
04 有机合成逆向分析的挑战 与解决方案
实验安全问题
01
总结词
实验安全是逆向分析中的首要问题，涉及试剂的储存、使用和废弃处理
等环节。
02 03
详细描述
有机合成中使用的许多试剂具有毒性、腐蚀性或易燃性，如硫酸、盐酸、 甲醇等。在逆向分析过程中，需要严格遵守安全操作规程，确保实验人 员的人身安全。
详细描述
在实验操作过程中，需要严格控制反应条件，如温度、压力、溶剂和催化剂等，以确保 实验的成功。同时，实验者还需要对实验过程进行详细记录，以便后续的数据处理和分
析。
逆向合据进行整理、分析和解释的过程，它有助于揭示反应机理和优化合成路 线。
详细描述
数据处理包括对实验数据进行整理、统计和可视化，以便更好地理解反应过程和规律。常用的数据处 理方法包括主成分分析、聚类分析和关联规则挖掘等。此外，人工智能和机器学习等方法也在逆向合 成数据处理中发挥着越来越重要的作用。
概念
有机合成逆向分析的核心在于从已知 的目标分子出发，通过逻辑推理和化 学知识，反向推测出可能的起始原料 、反应条件和中间产物。
逆向分析的重要性
01
简化合成路线
天然产物化学的全合成
天然产物的全合成
一、天然产物全合成的意义 天然产物全合成的意义 二、天然产物全合成发展过程 三、天然产物全合成实例
一、天然产物全合成的意义 天然产物全合成的意义
全合成是确定复杂天然产物精确化学结构的直接和有力 的方法。全合成的意义： 的方法。全合成的意义： (1) 由合成决定结构； 由合成决定结构； 早期研究工作所需，对所推测结构验证。 早期研究工作所需，对所推测结构验证。 (2) 突破天然材料的限制； 突破天然材料的限制； 例如：可的松，需用2 例如：可的松，需用2万只牛的肾上腺作原料才可分 离出200mg 200mg； 离出200mg； 抗癌药紫杉醇， 11吨红豆杉树木 吨红豆杉树木( 4800棵树 棵树) 抗癌药紫杉醇，需11吨红豆杉树木(约4800棵树)才可 得紫杉醇1kg 1kg。 得紫杉醇1kg。
N H H H O H H
N
马钱子碱： 马钱子碱：
O
1954年，28步，总产率 年 步 总产率0.00006% (Woodward)； 1994 ； 年，15步，总产率 步 总产率10%(Rawal)。 。 天然产物的种类繁多，化学结构极其多样、复杂， 天然产物的种类繁多，化学结构极其多样、复杂，其 合成研究是一项极富挑战性和探索性的工作， 合成研究是一项极富挑战性和探索性的工作，也是最能 体现化学家创造性和智慧、灵感的研究领域。 体现化学家创造性和智慧、灵感的研究领域。
解决自然界没有的衍生物； (3) 解决自然界没有的衍生物；
天然产物为先导，经结构修饰和改造，进而开发活性更强、 天然产物为先导，经结构修饰和改造，进而开发活性更强、 毒性更低、理化性质更优越、 毒性更低、理化性质更优越、成本更低廉的天然产物的衍生 物或合成代用品。红霉素→罗红霉素 阿奇霉素、 罗红霉素、 物或合成代用品。红霉素 罗红霉素、阿奇霉素、克拉红霉 可的松→醋酸氢化可的松 地塞米松、倍他米松、 醋酸氢化可的松、 素，可的松 醋酸氢化可的松、地塞米松、倍他米松、氟轻 松等。
天然产物化学课件资料
第一章绪论天然产物是指在大自然界中生物体内存在的或由代谢产生的有机化合物。
天然产物化学是研究生物样品中有机分子的分离纯化、理化性质、结构表征、生源途径、生物活性、化学合成、结构修饰改造和构效关系的化学。
鸦片中镇痛成分研究——吗啡；金鸡纳树皮中抗疟成分——奎宁。
应用：医药业，农业、食品工业等先导化合物(Lead compound)，是指具有特征结构和生理活性并可通过结构改造优化其生理活性的化合物。
精密、准确的色谱分离方法用于天然产物的分离研究：柱色谱、快速色谱、逆流液滴分溶色谱、离心色谱、超临界流体层析、毛细管电泳、气相色谱、高效液相色谱等经典的结构研究：化学降解方法，再按照化学原理逻辑地推断其结构，最后经合成方法证明。
现代的结构研究：核磁共振二维技术，各种1H-1H与1H-13C相关谱等，质谱中的快原子轰击技术，次级电离质谱技术，场解吸质谱技术等，结合紫外与红外光谱，能很快地确定化合物的结构。
天然产物化学的研究成果已在农业和工业生产中得到运用，如除虫菊酯类系列化合物农药，昆虫保幼激素已用于蚕业增产，甜叶菊中的甜叶菊苷及其他天然甜味剂已开始逐步替代糖精，瓜豆中的一种瓜胶多糖已用于石油工业作压裂液等。
利用植物细胞组织培养方式来大量生产天然产物，这是一种可靠、有效、并值得研究开发的方法。
利用紫草细胞生产红色萘醌类的染料shikonin，后者可用作口红原料和治疗痔疮。
微生物及酶作为生物催化剂具有很高的催化功能、底物特异性和反应特异性。
仿生有机合成就是模拟生物体内的反应来进行有机合成，以制取人们需要的物质。
青蒿素-----作用部位主要是膜系结构，其抗疟作用机理认为是干扰了疟原虫的表膜——线粒体的功能。
第二章天然产物的提取分离和结构鉴定天然产物的分离提纯是有目的地单个分离提纯生物体内存在的天然产物或排泄出的代谢产物。
主要有生物碱、黄酮类、萜类、甾体等。
定性试验检测各种成分：生物碱—碘化铋钾，黄酮—乙醇+镁粉+盐酸，皂苷，强心苷，甾体—乙醇+浓硫酸，氨基酸，肽—印三酮，蛋白质—双缩脲，有机酸—溴酚蓝，酚类—氯化铁，糖和苷—菲林试剂（具体和分离流程图见书本P11-P13）提取分离主要有以下八种方法：(1) 溶剂法（小檗碱、细辛素、川楝素、七叶苷和七叶苷内酯、山道年）常见溶剂的极性度强弱顺序可表示如下：石油醚(低沸点~高沸点)＜二硫化碳＜四氯化碳＜三氯乙烷＜苯＜二氯甲烷＜氯仿＜乙醚＜乙酸乙酯＜丙酮＜乙醇＜甲醇＜乙腈＜水＜吡啶＜乙酸。
第四章 化合物逆合成分析及合成路线设计
第四章化合物逆合成分析及合成路线设计第一节绪论1.1 逆合成分析方法简介自1828年德国化学家F.Wöhler首次人工合成了尿素，到二十世纪中后期Woodward成功合成了奎宁【1】，头疱菌素C【2】和维生素B12【3】。
1989年Kishi教授完成了岩沙海葵毒素羧酸的全合成【4】。
这是至今为止通过全合成获得的具有最大相对分子质量，最多手性中心的次生代谢产物，堪称是有机合成历史上最大的工程之一。
二十世纪六十年代后，合成化学家开始总结其中的规律，用逻辑推理的方法探讨合成中的战略战术问题。
其中影响最大的是E.J.Corey提出并由此发展起来的“合成元”（synthon），逆合成分析（retrosynthesis or antisynthesis）从此形成了当今有机合成中被广泛接受的设计方法论。
假如：只知道含氮杂环化合物（1），米格列萘钙（2）和环酯肽（3）的结构如下图，如何根据他们的结构特点，采用逆合成分析的方法来设计它们的合成路线呢？图1-1米格列萘钙等化合物的结构由含氮杂环化合物（1）的结构不难发现它是一环内烯胺，可以通过分子内的胺与羰基的缩合形成，因此就可以通过切断C-N键而得到片段1：酮胺化合物；又考虑到有机胺是可以通过腈的还原得到，那么片段1就可以倒退到片段2；CN-的迈克尔加成可以生成有机腈，所以切断腈基就得到了α,β-不饱和的羰基化合物；由于分子内的羟醛缩合能生成α,β-不饱和的羰基化合物，所以从双键处切断就得到了1,6-二羰基化合物；根据环己烯类衍生物氧化开环可生成1,6-二羰基化合物，所以反推至稠环环己烯；众所周知醇脱水成烯，可倒推至醇；格试剂对酮的亲核加成生成醇，切掉甲基而为酮；芳烃的催化加氢可得到饱和环烷烃而倒推至芳酮；切断芳酰键得到芳羧酸；通过功能团互换得到酮酸；再切断芳酰键就得到了原料苯和丁二酸酐。
因此就得到了一条含氮杂环化合物（1）的合成路线（如图2，3所示）【7】。
天然产物的合成策略优化及应用优化研究
天然产物的合成策略优化及应用优化研究天然产物是自然界中存在的有机化合物，具有多样性、生物活性强等特点，在药物研发、农业生产等领域有着广泛的应用价值。
然而，由于其结构复杂、合成难度大等因素，天然产物的研究一直是化学领域的难点之一。
因此，对天然产物的合成策略优化及应用优化的研究具有重要意义。
一、合成策略优化1. 目标导向合成策略目标导向合成策略是一种以天然产物结构为指导，通过有机合成方法进行合成的策略。
这种策略注重对天然产物结构的理解和分析，通过逆向思维确定反应路径，并优化反应条件和合成路线，以提高合成效率和产物纯度。
2. 可再生资源的利用随着环境保护意识的提高，对可再生资源的利用越来越重视。
在天然产物的合成中，可再生资源的利用可以减少对石油等有限资源的依赖，并降低对环境的负荷。
例如，利用植物提取的天然产物中的官能团，进行简化合成或改造合成，可以实现可再生资源的有效利用。
3. 生物合成路线的优化天然产物的生物合成路线是由多个酶催化的反应组成的，通过对生物合成路线的优化，可以提高产物的转化率和产量。
对于合成难度大的天然产物，可以利用生物合成的方法，通过调控基因表达和酶活性，优化合成途径，提高合成效率。
二、应用优化研究1. 药物开发中的应用优化天然产物在药物研发中具有广泛的应用前景。
通过对天然产物的结构进行优化，可以提高其药理活性和药代动力学性质，以适应药物开发的需求。
应用优化研究可以通过对结构活性关系的分析，设计和合成结构类似但更活性的化合物，从而提高药物的疗效和安全性。
2. 农业生产中的应用优化天然产物在农业生产中具有重要的应用价值。
通过对农药和植物生长调节剂的合成和优化研究，可以提高农作物的产量和品质，减少病虫害对农作物的危害。
应用优化研究可以开发出低毒、高效的农药和植物生长调节剂，达到节约资源、保护环境的目的。
3. 营养品和功能性食品的开发天然产物在营养品和功能性食品的开发中发挥着重要作用。
通过对天然产物成分的分析和筛选，可以提取出具有抗氧化、抗炎、抗衰老等功能的有效成分。