有机合成化学-01

第1章 绪论
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1.1 有机合成化学的定义 1. 原子经济学说（1991，特罗斯特） 反应物的原子数目最大地进入产物。
原子利用率 = 预期产物的相对原子质量 反应物的相对原子质量总和
x100%
理想的原子经济性反应，其原子利用率达到100%， 不产生副产物或废物，有利于资源利用和环境保护。
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例如，合成环氧乙烷的两种途径：
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1.4 有机合成反应中的重要问题 1.4.1 有机合成反应的速率控制和平衡控制
+ BrCH2CH CHCH2Br 46% Br + CH2 _ CH2
_
CHCHCH2Br来自CH2CHCHBrCH2Br 54%
15 ℃ Br2 , 己烷 CHCH CH2
60 ℃ Br2 , 己烷 + BrCH2CH CHCH2Br 80% Br + CH2
HOAc
CH3 CH3 C CH3 Cl 100%
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CH2=CHCHCH2CH=CH2 H
NBS/CCl4
CH2=CHCHCH2CH=CH2 Br
CH2CH=CHCOOCH3 H
NBS/CCl4
NBS/CCl4
CH2CH=CHCOOCH3 Br
Br
NBS/CCl4
O
CH3
O
CH2Br
位置选择：沃尔-齐格勒反应
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R COOR'
R COOR'
R
+ R NEt2 Me CO2H CO2Na R' Et Me H Na 温度( oC) 20 20 70 220
+
COOR'
1,2:1,3-加成产物的比例 100:0 45:5 100:0 50:50
位置选择：Diels-Alder反应
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R
COOMe
R
R
+ R OEt Ph CN 温度( oC) 160 150 95
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1.3 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。
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一、有机合成的基础是各种各样的基元合成反应
O2NCH2CH2CH2CH2OH
O2NCH2CH2CH2CH2OH
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2.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。
CH3CH2CH=CH2 + HBr
HOAc
CH3CH2CHCH3 Br 80%
CH3 CH3 C=CH2 + HCl
CH3 H CHO + CH3MgI Ph CH3 H OH CH3 H Ph OH H CH3
H Ph CH3 67%
H OH H H
+
33%
H CH3 + CH3 CH3 90% H H H OH H
CH3 CH3 CH3
H
H O H + LiAlH4
CH3 CH3 CH3 10%
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1. 5 有机合成化学的研究方法
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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。
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。
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。
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叶绿素 维生素B12
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美国哈佛大学 教授 Corey 创立了逆合成 分析法，已经 完成 100 多 种复杂分子的 多步骤合成。
化学家Corey
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海葵毒素是一个 结构复杂的天然 产物，分子式是 C129H223N3O54, 有64个手性中心 和7个骨架内双键， 可能的异构体是 271。是迄今已知 的最毒物质之一。
_
CH
CHCH2Br
CH2
CHCHBrCH2Br 20%
21
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1.4.2 有机合成反应的选择性 1.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。
CH3CH(OH)CH2COR
+ KMnO4
CH3COCH2COR
NaBH4 O2NCH2CH2CH2CHO CH3CH2OH LiAlH4, 低温
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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。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。
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6 N NO2 2 N NO2
六硝基六氮杂异伍兹烷 （HNIW)
明天的高能炸药
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。 Woodward 1965年获诺贝尔化学奖 Corey 1990年获诺贝尔化学奖
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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，一百多人参加） （9）红霉素(262144个异构体之一，49人参加）
+
CO2Me
CO2Me
1,4:1,3-加成产物的比例 100:0 82:18 100:0
位置选择：Diels-Alder反应
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3. 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。
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。
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1.2 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。
7 8 NO2 N 12 NO2 N 9 10 NO2 N 11 1 5 3 4 N NO2
CH2 CH2 Cl2 CH2 Cl CH2 Ca(OH)2 Cl CH2 OH CH2 OH -H2O O CH2 CH2
显然，后者不仅符合原子经济学说，也符合绿色合成要求
2 CH2 CH2 + O2 催化剂 O CH2 CH2
显然，后者不仅符合原子经济学说，也符合绿色合成要求
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2、理想的合成的定义（1996，温德）
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五、复杂有机分子，包括天然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。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)目前已达到了很高水平。光化 学机理研究和合成应用也是当前的研究热点。 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。
碳-碳键的形成 碳-碳键的断裂
有机反应
重组
官能团的转换
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二、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。
海葵毒素（Kishi 1989年） —有机合成的珠穆朗玛峰
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FK-506（施赖伯）
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FK-1012
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C60发现者Robert F. Curl Jr. 柯尔
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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。 ——化学家贝特洛（Berthelot）
查 阅 文 献
设 计 合 成 路 线
实 验
总 结
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有机合成的魅力
有机合成—享受艺术和科学的乐趣 有机合成是创造物质的重要手段,将为人类社会创造无数的奇迹
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