高等有机化学

Mechanism and Theory in Organic Chemistry
4. 高振衡 物理有机化学 上,下册, 高等教育出版社
5. 王积涛 高等有机化学 人民教育出版社
6. 恽愧宏, 高鸿宾, 任责忠, 高等有机化学 高等教育出版社 7. 俞凌翀 基础理论有机化学 高等教育出版社 8. 荣国斌 高等有机化学基础 化学工业出版社
研究内容： 1. 紧密结合中药现代化进程，开展中草药药效物质研究，用创新 研究思路、最新研究技术和方法，将天然产物化学与组合化学 与功能基因组学相融合，加快药效物质研究的速度，创立天然 产物化学组学。
O O O N H O O OH HO Me O Me
Me OH Me Me H O O O O O
●
有机化学将在物理有机化学、有机合成化学、天然产物化学、金 属有机化学、化学生物学、有机分析和计算化学、农药化学、药物 化学、有机材料化学等各个方面得到发展。
一、物理有机化学 (Physical Organic Chemistry)
物理有机化学是用物理化学的方法研究有机化学的科学，是 一门指导有机化学其它学科发展的学科。它研究有机化合物的 结构和性能，有机化学反应如何发生和为什么发生，从中找出 规律，指导设计、合成新的物种，预见和发现新的有机现象。 研究内容：
研究内容：
1．开展合成方法学研究 包括从化学原理入手，发展新概 念、 新反应、新试剂、新方法，发展高选择性、高效、 高原子经济性反应，以及环境友好介质中的、实用的、 “理想的”合成方法。
H2C
CH2
1) Cl2 2) Ca(OH)2
O H2C CH2 + CaCl2 + H2O 111 18
相对分子质量: 44 原子利用度 = 44/173 = 25%
催化剂
O 2 H2C CH2
2 H2C
CH2 + O2
2．开展具有独特功能的分子的合成研究
包括各种性能的材 料、生理活性分子或天然产物，并特别重视其新合成方法的 结合，以及提高合成的效率和简捷性等。
H3C N CH3
8步反应 总产率8% 传统方法
Cl N O
抗帕金森药物 Lazabemide Pd催化剂 65% 3000T规模
绪论 Introduction
有机化学是研究有机化合物的来源、制备、结构、性能、 应用以及有关理论和方法的科学
C-C键的形成和断裂 有机合成化学 C-X键的形成和断裂
有 机 合 成 方 法 学
试剂，催化剂 温度，溶剂
中间体 生 成
中 间 体 相互转化
中间体 淬 灭
化学键 的形成
化学键 的断裂
有机学科的发展: ★ 揭示了构成物质世界的有机化合物分子中原子键合的本质以 及有机分子转化的规律，并合成了特定性能的有机分子；
二、有机合成化学
在迄今已知的众多的有机分子中，大多数是通过有机合成途 径获得的。通过有机合成化学的研究，不但可以从概念、理论、 方法诸方面丰富和发展有机化学学科，而且也为化工、制药等相 关产业提供了科学基础。
21世纪，有机合成化学面临着新的机遇和挑战，生命科学、材 料科学和环境科学的发展对有机合成化学家提出了新的、更高的 要求，即发展“理想的”合成方法：强调实用的、环境友好的、 资源可持续利用的，它能够从简单的原料出发，在温和条件下经 过简单的步骤，快速、高选择性地转化为目标分子。要想达到这 样的“绿色合成”的目标，化学家们需要从理念、原理、方法诸 方面进行变革与创新。
O
Bryostatin 1 抗肿瘤海洋天然产物 其分离和结构鉴定经 历了14年,现已进入临 床II期试验阶段
3. 有选择性地继续开展具有一定复杂性和生理活性的天然化合物
的合成化学研究，以及结构修饰改造和构效关系研究，促进合 成有机化学的发展、药物先导化合物的发现，特别是在全合成 方面要鼓励提倡利用与发展新策略，新方法进行天然产物的合 成。
本领域wk.baidu.com研究应对于以下方面予以关注
1．天然的或设计合成的生物活性小分子与生物体靶分子间的相 互作用、分子识别和信息传递详细机制的研究 包括小分子 与核酸、小分子与蛋白质的相互作用及小分子操控的核酸与 蛋白、蛋白与蛋白、蛋白与寡糖的相互作用。
陶京朝
参考书:
1. F. A. Carey, R. J. Sundberg,
Advanced Organic Chemistry
Part A. Structure and Mechanism Part B. Reaction and Synthesis 中译本: 高等有机化学, A卷: 结构与机理; B卷: 反应与合成 夏炽中译
分子化学与超分子化学的对应关系
项目 结构单元 结合力 结构的实现 结构 性能 分子化学 原子或原子团 共价键 合成化学 分子结构 物理和化学性能 超分子化学 具有组装功能的分子 非共价键 分子组装 超分子结构 物质、 能量和信息 传输功能
整体生物
生 物 学 家
细胞 分子聚集体 分子 原子
化 学 家
包括基元结构的设计和合成，分子间弱相互作用的加和与协同产 生的方向和选择性，分子组装和分子识别，超分子的结构和表征， 超分子体系的信息功能和用途等问题，为物理有机化学创造了新 的机遇。
超分子化学 (Supramolecular Chemistry) 是研究两种 或两种以上的化学物种通过分子间弱相互作用所形成 的复杂有序且具有特定功能体系的化学
研究内容：
1．金属有机化学的基础研究 • 中心研究内容是金属有机化学的基元反应及其机理，包括碳金属键和其它元素-金属键在不同配位环境下及各种反应介质 中的形成和反应（包括断裂）； • 功能性金属有机化合物的设计、合成及性质研究； • 研究C-C键、C-H键以及C-杂原子键的选择性切断与形成的规 律，以及探索新一代物质转化途径； • 通过对金属有机化学基元反应及其机理的深入研究，为发展导 向合成化学提供理论依。
Paclitaxel(Taxol) 紫杉醇,作为抗癌药物 已进入临床应用
2. 结合微量、痕量成分分离和结构鉴定新方法以及药理活性筛选 新模型，建立对中草药和海洋生物资源进行创新性源头研发， 提供创新药物先导物的研究体系。
MeO O O HO O OH HO O HO O O OMe O Me O O
2. M. B. Smith, J. March
March’s Advanced Organic Chemistry Reactions, Mechanisms and Structure
中译本: 高等有机化学, 上:反应机理与结构; 下: 反应与合成 陶慎熹, 赵景雯译
3. T. H. Lowry, K. S. Richardson
1. 有机化合物的结构与性能的关系 现代光谱、波谱和显微技术的发展为表征分子结构提供了基 础。化合物结构决定着性能，包括化学反应性（立体效应、 电子效应、溶剂效应等），物理性能（光、电、磁性能）、 生命功能等。
2. 反应机理和活性中间体 时间分辨技术（时间分辨电子光谱、红外光谱和拉曼光谱、 NMR、ESR、X-衍射）的发展和普及，为研究化学反应的全过 程提供了手段，对原有的各种反应机理和活性中间体（协同反 应、自由基反应、离子型反应、卡宾反应、激发态反应、电子 转移反应等）的认识将继续发展。计算机化学在确定分子结构 和反应机理方面有着实验不可替代的作用。 3. 分子间弱相互作用和超分子化学
（2）发现自然界中生物合成的基本规律，从而为合成更多样性的 分子提供新的理论和技术； （3）作用于新的生物靶点的新一代的治疗药物的前期基础研究； （4）发展提供结构多样性分子的组合化学； （5）对于复杂生物体系进行静态和动态分析的新技术等。
这些研究不但可以了解生命体系中大分子之间的作用和信 息传递从另一角度深入到生命现象的分子行为，具有深远的科 学意义，而且具有宽广的应用前景。
★ 有机合成化学在高选择性反应的研究，特别是不对称催化方法 的发展，使得更多具有高生理活性、结构新颖分子的合成成为 可能。 ★ 金属有机化学和元素有机化学，为有机合成化学提供了高选 性的反应试剂和催化剂，以及各种特殊材料及其加工方法。
★ 有机化学以它特有的分离、结构测定、合成等手段，以成为人 类认识自然、改造自然具有非凡能动性和创造力的武器。
H N
NH2 HCl
Cl
+ CO + H2N(CH2)2NH2
N
Cl
三、天然产物化学
天然产物化学是有机化学学科的重要分支，是研究生 物有机体代谢产物及其变化规律的科学，是在分子水平 上认识自然、揭示自然奥秘的重要学科之一。天然化合 物也是创制新药先导物的重要来源。天然产物化学的研 究内容主要涉及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、功能、生物活性、全合成、 结构修饰改造和构效关系等。深入开展结构新颖和具有 显著意义的生物活性天然产物的系统综合性研究，对有 机化学的发展和新药创制以及我国天然生物资源的保护 和合理开发利用具有重要的学术意义和直接或潜在的社 会经济价值。
O
O H
OH
HO
O O
Corey 1988 Ginkgolide
银杏内酯的合成是精心 设计合成的一个代表作
Me HO O
O O H
H Bu-t
四、金属有机化学 Organometallics
金属有机化学是研究金属有机化合物的合成、结构、 反应及应用的一门科学。研究金属-碳键的形成及反 应是金属有机化学中一个十分活跃的研究领域。由 于碳-金属键的独特反应性能，使得金属有机化合物 的反应具有选择性高、条件温和、原子经济性等优 点，是实现高效合成的重要手段，成为绿色合成及 新材料合成的重要途径之一。金属有机化学包括主 族元素金属有机化学和过渡金属有机化学等。
CONH2 CONH2 CONH2 H2NCO N
RN
O H2N C NH2
H2NCO O NH
-
Co II N N CONH2 N N H H O H H
Urea
O
O P O O
OH CH2OH
Vitamin B12
Jean-Marrie Lehn:
In its method, Chemistry is a science of interactions, of transformations and of models. In its object, molecule and material, chemistry expresses its creativity. Chemical synthesis has the power to produce new molecules and new materials with properties.
★ 为相关学科（如材料科学、生命科学、环境科学 等）的发 展提供了理论、技术和材料。 ★ 有机化学是一系列相关工业的基础，在为推动科技发展、社会 进步，提高人类的生活质量，改善人类的生存环境的努力中， 已经并继续显示出它的高度开创性和解决重大问题的能力。
有机化学是一门极具创新性的学科
★ 建立在现代物理（特别是量子物理）和物理化学基础上的物理 有机化学，在定量的研究有机化合物的结构、反应和反应机理 等方面所取得的成果，不仅指导着有机合成化学，而且对生命 科学的发展也有重大意义。
五、化学生物学
化学生物学是顺应于20世纪后半叶生物学日新月异的进展， 在化学学科的原有的几个分支——生物有机化学、生物无机化学、 生物分析化学、生物结构化学以及天然产物化学的基础上提出的 新兴学科。其目的是鼓励更多的化学家和生物学家参与利用化学 手段研究生命体系的过程及调控。化学生物学研究目前大致包括 以下几个部分： （1）从天然化合物和化学合成的分子中发现对生物体的生理过 程具有调控作用的物质，并以这些生物活性小分子作为探 针和工具，研究它们与生物靶分子的相互识别和信息传递 的机理；
★ 计算机技术的引入，使有机化学的结构测定、分子设计和合成 设计上如虎添翼，发展得更为迅速。同时，组合化学的发展不 仅为有机合成提出了一个新的研究内容，而且也使高通量的自 动化合成有机化合物成为现实。
在21世纪，有机化学面临着新的发展机遇
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一方面，随着有机化学自身的发展及新的分析技术、物理方法 及生物学方法的不断涌现，人类在了解有机化合物的性能、反 应及合成方面将有更新的认识和研究手段； 另一方面，材料科学和生命科学的发展，以及人类对于环境和 能源新的要求，都给有机化学新的课题和挑战。