合成化学综述

有机合成
有机合成化学的发展促进了合成效术的改进，新的合成技术不断涌现。有机合 成一是应用于生产实践，开发新产品造福人类：二是用于理论研究。 以有机合成 化学为基础建立的有机化工经过长期的发展形成了两大分支。其一是以石油、天然 气和煤等为原料合成一些结构较简单的化合物，如三烯(乙烯、丙烯、丁二烯)、一 炔(乙炔)、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丙酮、乙酸和苯酚等的基本有机化工。另— 分支是利用上述基本有机原料及无机产品，生产结构比较复杂，具有各种特定用途 的有机或高分子化学品的精细化学工业。其涉及医药，染料，涂料，农用化学际， 表面活性剂，纺织、印染、造纸业用添加剂，塑料、橡胶助刑，石油助剂等。其中 将逆合成分析法与计算机方法相结合进行分子合成设计已成为一个十分活跃的领域。
（一）近代有机合成技术与方法
有机电 化学合 成
有机光 化学、 声化学 合成
微波辐 照有机 合成
催化剂 的应用
有机光化学、声化学合成： 有 有机电化学： 有机电化学反应一般在分
隔池中进行，发生反应的电极称为工作电 极。有机电合成原则上不用加其他试剂， 减少了物质消耗，从而减少了环境污染； 选择性很高，减少了副反应，使其产品纯 度和收率均较高，大大简化了产品分离和 提纯工作；反应在常温常压或低压下进行， 这对节约能源、降低设备投资3分有利。也 有其不足之处，如合成需要特殊反应器， 无机电化学用的电解池一般不适合于有机 电合成。除常规有机合成反应条件(如酸碱 性、溶液种类、浓度、温度等)以外，还要 考虑电压、电流、电极材料等因素，而这 些条件的组合和优化较为复杂。反应类型 包括阳极氧化和阴极还原反应，间接电解 反应，电化字催化和电生试剂。
溶剂的性质包括熔沸点、融化热汽化热、介 电常数、粘度、比电导、溶解度。 溶剂的选择按下面几个方面：
反应物在溶剂中充分溶解，形成均相溶液； 反应产物不能同溶剂作用； 副反应最少，溶剂与产物易于分离；
二、合成方法与技术
逆合成法:ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
逆向合成分折(又称反合成分析)从目标化 合物的结构着手，把分子按一定的方式 切成几个片断．切断的基本原则是这些 片断可以通过已知的或可以想到的化学 反应进行重新连接。每—。个片断必须 有相对应的试剂，该试剂应该比目标分 子更易得到。 逆向合成分析：目标分子→C→B→起始 原料，合成路线；起始原料→B→C→目 标分子 切断分子的方法： ①官能团的连接和重排 宫能团的互换 ③官能团的添加 ④官能团的移去
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反应的选择性
化学选择性是由于反映基团之间反应性能 的区别产生的，不同基团对同一试剂时反 应容易控制。不同位置的相同基团，对同 一试剂的化学选择性较低。只有两个基团 的反应速率相差10倍以上才能使试剂主 要同一个基团作用，或者用基团保护法。 位置选择性指反应试剂定向地进攻作用物 的某一位置，从而生成指定结构产物。试 剂的活性愈低，则选择性愈高，也可考虑 动力学控制或热力学校制产物的优势来控 制反应。 立体选择件包括非对映异构选择性及对映 异构选择性。某种反应物在指定条件下， 惟一或主要生成一种立体异构体的反应这 种选择性与作用物的位阻、过渡态的立体 要求以及反应条件有关。
微波辐照有机合成：
用频率范围为3.0~0.3GHz的电磁波 根据微波加热介质原理，反应时溶剂的选择 十分重要。为了使体系能有效地吸收微波能量，一般选用极性溶剂作为反应介质，溶剂 可以是低沸点的醇、酮和酯等，溶于水的化合物以水作溶剂则更具有吸引力。高沸点极 性溶剂加热效率更高，常用的有氯苯、邻二氯苯、1、2、4—三氯苯和DMF等。DMF 具有较大的优越性，因为反应时如有水产生可与DMF混溶而不致分层。 反应可以在均 相溶液中进行，也可在十燥的载体上实现。前者反应条件易于控制均匀，结果重现性好； 后者反应往往不均一，条件难于准确控制，实验结果难以重复环境角度有其优越性。 已经成功地利用微波加速的合成反应有：在溶液中的亲核取代，Diels-Alder反应，"烯" 反应，原酸酯Claisen重排，Aider—Dond反应，催化氢化，自由基反应，形成杂环化 合物氧化，α -乙烯基-β-内酰胺，脱氢和烷基化等反应。
四、有机合成
有机反 应分类
1
反应具 备条件
按反应机理可分为取代、加成、氧化、还原、消除和重排等； 按制备用试剂或产物类型可分为磺化、硝化、氯化、烷基化、羟基化、加氢与 水合等； 按在合成中的功用则分为形成分子框架的反应，官能团的导入、除去及互变反 应，分子骨架的断裂等；
2
反应物应尽可能单一，副产物易分离，有时还要求具有位置(区域)与立体 选择性； 原料价廉易得，来源丰宫； 反应条件温和，操作简便； 工艺路线简便易行，产物易于纯化分离； 相对比较安全；
无机合成
具体步骤： 1.制备一定量的物质的课题，如有几种方法则任选一种； 2.反应物和产物的物理化学性质，如颜色、热点、升华点、沸点，空气中 水气和氧的比例等，可使试验方法具体化，也便于观察实验过程。 3.详细写书制备方法，包括装置图、反应方程式。 4.写出根据本方法或将条件（如温度）稍加改变后可以制备哪些物质。 5.物料平衡，包括需制备的物质量的数据，计算起始反应物的量以及合成 后的量。
相转移催化：在相转移催化剂作用下，使不
能充分接触的两种反应物，由一相转移到另一 相中进行的反应，叫相转移催化（PTC)反应。
动力学研究的直接结果是得到一个速牢方 程，最终的目的是要正确地说明速率方程 并确定该反应的机理(反应历程)，以便有效 地校制反应。
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溶剂
以溶剂的亲质子性能为依据的分类方法， 一般来说可分为质子溶剂、惰性溶剂、熔 盐三大类。
三、典型无机物合成
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合成化学的简要介绍
合成反应原理
反应热力学动 力学、催化与 合成、溶剂、 反应的选择性
合成方法与技术
合成子与逆向 合成法、组合 化学合成、几 种合成技术
无机合成
单质、氧化物、 氢化物、酸和 碱等的制备、 新型无机功能 材料的合成与 制备
有机合成
有机合成机理、 近代有机合成 技术与方法、 绿色合成、高 等合成技术
催化剂应用：
酸碱催化：经典的酸碱催化是指以水溶性的强酸强碱为代表的催化剂催 化的反应。但存在腐蚀性强、“三废”排放污染环境等问题，特别是催 化剂不能重复使用。所以团体超强酸碱对许多酸催化的反应表现出较高 的反应活性和较好的选择性，如烷烃异构化反应、酯化、酰化、烷基化、 缩合及聚合反应等。 元素有机化合物催化：分为非金属元素有机化合物和金属元素有机化合 物两大类，我们主要研究有机硼、硅、硫、磷、锡化合物。 过渡金属催化：主要分催化氢化，形成C-C键，催化环化三大类。 相转移催化： 相转移催化剂嗡盐、聚醚和高分子载体催化剂三人类。 其中嗡盐类包括季铵盐、季磷盐、季訷盐和叔硫盐，而聚醚类包括冠醚、 穴醚和开链聚醚。 季铵盐开发得最早，它有价格便宜、毒性小等优点， 所以得到了广泛的应用。但不是所有的季铵盐都是有效的相转移催化剂， 季铵盐中应含有足够的碳原子数。具有较多碳原子的季铵盐，它的亲脂 能力强，它的溶剂化作用不明显，因而具有较高催化活性。
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低温真空合成法：主要针对于非水溶剂、稀有气体化合物及挥发性化合物的
合成。
电解合成：电解法一般分为水溶液电解和非水溶液电解，其中非水溶液电解又
分为熔盐电解和非水溶剂电解。
光化学合成： 光化学反比实质是光致电子激发态的化学反应。在光的作用下，
电子从基态跃迁到激发态，此激发态再进行各种光物理和光化学过程。光化学 合成包括有机金属配合物的合成、硅烷、硼烷等化合物的合成。
新型无机功能材料的合成与制备
功能材料是指那些具有可用于工业和技术中的有关物理和化学功能 如光、电、声、磁、热等特件的材料，包括电功能材料、磁功能材料、 光功能材料、超导材料、智能材料、储氢材料、生物医学材料、组织工 程材料、纳米药物裁体、功能膜、功能陶瓷、功能纤维等。新型功能材 料是指新近发展起来和正在发展中的具行优异性能和特殊功能，对科学 技术尤其是对高科技的发展及新产业的形成具有决定意义的新材料。新 型功能材料例如光电子信息材料、功能陶瓷材料、能源材料、生物医学 材料、超导材料、功能高分子材料、先进复合材料、智能材料以及生态 环境材料，是目前最为人们关注的新材料领域，也是各国科学工作者研 究和开发的热点。
机化合物吸收光能后， 发生电子 由基态到激发态的跃迁。可能的跃 迁为 但绝大多数有机光化学反府是通过 n→π*和π*→π*跃迁发生的。反应 类型包括光环化加成反应、夺取氢、 键的裂解、键的异构化、分子重排、 光氧化反应。声化学合成采用频率 范围为16kHz~5MHz甚至5Mhz的 高能量超声波于液相中反应。超声 波的许多次级效应，如机械振荡、 乳化及扩散等，可加速反应体系传 热及传质过程，促进反应进行。有 的反应在施加超声波后仍须机械搅 拌。
合成子与组合化学合成：
a-合成子分为ao-an合成子，如羰基正离子 就是典型的a1-合成子，d-合成子分为do-dn 合成子。n值表示反应中心碳原于与相应 官团间的相对位置。 组合化学也称组合合成，它利用组合论的 思想，将各种化学构建单元通过化学合成 衍生出一系列结构各异的分子群体，并从 中做出优化筛选。着眼点已不再是每个产 物的高纯度和定性，而是产物的数量和结 构的多样性。
通用的合成技术：
• 高温合成法：高温合成反应的类型主要有：高温固相反应、高温固-气反应、
高温熔炼和合金制备、高温熔盐电解、高温下的化学转移反应、高温化学气相 沉积、等离子体高温合成、高温下的区域熔融提纯等。
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高温高压合成法：根据高压高温的不同产生方式和使用的设备而划分为动态
高压高温合成法和静高压高温合成法。 动态高压高温合成法是利用爆炸等方法 产生的冲击波，在物质中引起瞬间的高压高温来合成新材料，也称为冲击波合 成法或爆炸合成法。静高压高温合成法分为直接合成法、催化剂合成、非晶体 化合成及前驱物高压转变合成法。
一、合成反应原理
• 反应热力学动力学 • 催化与合成
大多数化学反应在等温等压或等温等容条件下 进行，判断反应方向的热力学判据主要是ΔGT， p或ΔΔFT，v
配位催化：催化剂与反应物作成了某种配合
物，使反应物活化，使该反应容易发生的催 化过程。配位催化作用造成高活性的反应体 系，降低反应的温度、压力，使反应在常温 常压下进行。
合成化学的基本原则
合成化学的研究热点
(1)绿色化学合成 ：它是使用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、 社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂或试剂、产物及副产物等的使 用和产生。 (2)仿生合成化学： 仿生合成是指模仿生物矿化中无机物在有机物调制下合成 的过程，也称模板合成。仿生合成为制备实用新型的无机材料提供了一种新的 化学方法，通过巧妙地选择合适的表面活性剂和溶剂，组装成胶束、微乳、液 晶和囊泡等作为无机物沉积的模板，是仿生合成的关键。 (3)组合化学合成法 ： 一种快速制备大量相关化合物，并可对其快速进行生物 活性筛选的革新性技术和方法。 (4)提高合成反应选择性的研究 ： 有机反应的选择性包括区域选择性、化学选 择性和立体选择性。反应的选择性不但直接影响合成的效率，而且还直接影响 产物的生理活性，选择性合成，尤其是不对称合成一直是有机合成的中心问题。
合成化学概述
汇报人：王树梅
关于合成化学
19世纪20年代，合成化学进入了一个新的时期。近代 合成化学的标志是德国人F．wǒhler用无机物氰酸铵成功地 合成了有机物尿素。随着化学理论逐步建立，合成化学逐步 显示出它的威力。“三酸二碱”、氨、染料、炸药、农药、 医药、合成橡胶、合成纤维、合成树脂等先后问世，结晶牛 胰岛素、酵母丙氨酸转移核糖核酸、人工晶体、沸石、超导 材料的合成，在合成化学发展史上都具有里程碑的意义。合 成化学提供的新材料，使空间技术、原子能工业、海洋资源 开发等得到进一步发展。