有机化学主要学科方向简介及前沿进展课件.pptx

1、有机化学主要学科方向简介有机化学主要学科方向简介及前沿进展及前沿进展首都师范大学化学系有机组首都师范大学化学系有机组孟祥福孟祥福R.Breslow 美国化学会会长美国化学会会长哥伦比亚大学教授哥伦比亚大学教授这本书用简洁、清晰的语言向公众说这本书用简洁、清晰的语言向公众说明，化学对于人类文明生活的实际贡明，化学对于人类文明生活的实际贡献以及化学是如何作出这些贡献的献以及化学是如何作出这些贡献的化学是一门中心的、有用的、创造性的科学化学是一门中心的、有用的、创造性的科学学习有机化学有哪些用途？学习有机化学有哪些用途？3磷酸氯喹学习有机化学有哪些用途？学习有机化学有哪些用途？口罩口罩4熔喷层主要以

2、聚丙烯为原材料制成的熔喷布为主，除此之外传统原料还有聚酯熔喷层主要以聚丙烯为原材料制成的熔喷布为主，除此之外传统原料还有聚酯（PET）、聚酰胺（）、聚酰胺（PA）、聚乙烯（）、聚乙烯（PE）、聚氨酯（）、聚氨酯（PU）等。）等。学习有机化学有哪些用途？学习有机化学有哪些用途？为什么消毒要用为什么消毒要用75%的酒精，不用的酒精，不用95%的酒精？的酒精？5乙醇是化工、聚合物、制药和能源领域的重要化合物，乙醇是化工、聚合物、制药和能源领域的重要化合物，2019年全球产量年全球产量9000万万t。主要内容主要内容一一有机化学主要学科方向有机化学主要学科方向二二有机化学学科方向前沿进展有机化学学科方

3、向前沿进展6一、有机化学主要学科方向一、有机化学主要学科方向 自尿素的首次人工合成以来，有机合成化学已发展了自尿素的首次人工合成以来，有机合成化学已发展了190年之年之久。久。7有机化学与材料、生命、医药、农业、能源、环保等各个领域息息相关。有机化学与材料、生命、医药、农业、能源、环保等各个领域息息相关。有机化学已经成为一个成熟且富有活有机化学已经成为一个成熟且富有活力的学科，许多相关新学科也如雨后力的学科，许多相关新学科也如雨后春笋般涌现出来。春笋般涌现出来。有机反应有机反应8有机化学的学科分支有机化学的学科分支 有机化学的迅速发展产生了不少分支学科有机化学的迅速发展产生了不少分支学科 有机

4、合成有机合成(Organic Synthesis)金属有机金属有机(Organometallic)元素有机元素有机(Elemental Organic）物理有机物理有机(Physical organic)天然有机天然有机(Natural Organic)有机催化有机催化(Organic Catalysis)有机分析有机分析(Organic Analysis)绿色有机（绿色有机（Green Organic）有机功能材料有机功能材料(Organic Functional Materials)9有机化学研究新的发展方向和趋势有机化学研究新的发展方向和趋势 国际上有机化学研究新的发展方向和趋势国际上有

5、机化学研究新的发展方向和趋势1.包括小分子的活化在内的包括小分子的活化在内的惰性化学键的活化惰性化学键的活化；2.原子经济性的高效率、高选择性合成方法学，特别是原子经济性的高效率、高选择性合成方法学，特别是不对称催化不对称催化反应。反应。强调绿色有机化学反应及过程的研究，从源头减少环境污染。强调绿色有机化学反应及过程的研究，从源头减少环境污染。3.化学生物学：强调化学与生命科学的结合，研究生命活动中化学过程化学生物学：强调化学与生命科学的结合，研究生命活动中化学过程及问题和及问题和有机分子与生命大分子之间有机分子与生命大分子之间的相互作用研究；的相互作用研究；4.包括有机超分子在内的包括有机超

6、分子在内的有机功能分子有机功能分子的设计和合成的设计和合成;5.理论有机化学；强调计算化学的辅助作用和理论有机化学；强调计算化学的辅助作用和反应机理反应机理的研究的研究;6.自然界中具有独特生理活性或作用机制分子的发现、自然界中具有独特生理活性或作用机制分子的发现、全合成全合成及其组合及其组合化学化学;7.与与能源能源相关的有机化学研究：基于非化石资源的有机化学；相关的有机化学研究：基于非化石资源的有机化学；8.化学信息学：充分发挥现代化学信息学：充分发挥现代信息技术信息技术对有机化学发展的作用。对有机化学发展的作用。10有机化学基础研究新的发展战略有机化学基础研究新的发展战略 加强与材料科学

7、、生命科学、能源科学和环境的结合；加强与材料科学、生命科学、能源科学和环境的结合；有机化学研究领域的协调均衡发展有机化学研究领域的协调均衡发展 促进有特色有原始创新的系统研究工作的开展促进有特色有原始创新的系统研究工作的开展 从事有机化学基础研究要有从事有机化学基础研究要有敏锐的思维敏锐的思维和和捕捉前沿捕捉前沿的意识和能力，针对有挑的意识和能力，针对有挑战性的科学问题开展持续的研究。战性的科学问题开展持续的研究。选题强调开展有前瞻性的选题强调开展有前瞻性的基础研究基础研究，针对国家经济建设、社会发展和国防安，针对国家经济建设、社会发展和国防安全的重大需求开展应用基础研究。全的重大需求开展应用

8、基础研究。科学研究中充满着偶然性，应重视实验中的科学研究中充满着偶然性，应重视实验中的偶然发现偶然发现，在此基础上开展系统，在此基础上开展系统的原创性研究。的原创性研究。重视重视学科交叉学科交叉，关注其他科学中存在的基本有机化学问题，在学科交叉领域，关注其他科学中存在的基本有机化学问题，在学科交叉领域做出原创性研究工作。做出原创性研究工作。11一、有机化学主要学科方向一、有机化学主要学科方向1.有机合成有机合成2.金属有机化学金属有机化学3.元素有机化学元素有机化学4.物理有机化学物理有机化学5.天然有机化学天然有机化学6.有机催化有机催化7.理论有机化学理论有机化学8.药物化学药物化学9.生

9、物有机化学生物有机化学10.绿色有机化学绿色有机化学11.有机功能材料有机功能材料121.有机合成有机合成 有机合成：通过一系列有机反应，将易得的、廉价的原料有机合成：通过一系列有机反应，将易得的、廉价的原料（单质、简单的无机物和有机物）制备成结构复杂的化合物（单质、简单的无机物和有机物）制备成结构复杂的化合物的过程。的过程。有机化学中最重要的基础学科之一，它是创造新有机分子的有机化学中最重要的基础学科之一，它是创造新有机分子的主要手段和工具，发现主要手段和工具，发现新反应、新试剂、新方法和新理论新反应、新试剂、新方法和新理论是是有机合成的创新所在。有机合成的创新所在。13Ryoji Noyo

10、ri曾提出：曾提出：“化化学是一门中心学科，而学是一门中心学科，而有有机合成机合成又在在化学学科中又在在化学学科中扮演着重要角色扮演着重要角色”。化学的核心是合成化学化学的核心是合成化学-徐光宪（中国科学院院士，北京大学徐光宪（中国科学院院士，北京大学教授，中国化学会理事长）教授，中国化学会理事长）徐光宪，著名物理化学家，无机化学家，教育徐光宪，著名物理化学家，无机化学家，教育家，中国科学院院士。获得多项学术大奖家，中国科学院院士。获得多项学术大奖,被誉被誉为中国为中国“稀土之父稀土之父”。著作有。著作有物质结构物质结构、稀土的溶剂萃取稀土的溶剂萃取等等有机合成化学是有机化学中最富有活力的分支

11、学科有机合成化学是有机化学中最富有活力的分支学科14有机合成与创新精神的培养有机合成与创新精神的培养 有机合成化学是化学学科的核心有机合成化学是化学学科的核心，是改造世界、创造社会最，是改造世界、创造社会最有利的手段。有利的手段。有机合成化学总是处于科技前沿。有机合成化学总是处于科技前沿。1900-2000年的年的100年间，合成和分离了年间，合成和分离了2285万种化合物，万种化合物，95%以上为以上为有机化合物及其衍生物。有机化合物及其衍生物。有机合成是表现有机化学家有机合成是表现有机化学家非凡创造力非凡创造力的舞台。的舞台。15 黄明龙 蒋明谦袁翰青邢其毅毅然回国的留美博士，奔赴学科前线

12、，编纂“邢大本”名震学海推动有机合成的三件大事推动有机合成的三件大事:1、尿素的合成、尿素的合成(Wohler)2、有机化合物结构理论的建立、有机化合物结构理论的建立 包括：碳的四价和成键和苯的结构包括：碳的四价和成键和苯的结构(Kekule)3、碳价键的正四面体构型、碳价键的正四面体构型(van t Hoff）JacobusHenricusvantHoff（1852-1911）荷兰化学家，）荷兰化学家，1901年第一位诺贝尔化学奖年第一位诺贝尔化学奖16有机合成发展史有机合成发展史 早期的化学家基本上从天然来源的混合物中提取比较纯的早期的化学家基本上从天然来源的混合物中提取比较纯的化合物。化

13、合物。1806年，瑞典化学家年，瑞典化学家贝采里乌斯贝采里乌斯（Jons Jakob Berzelius)提出有机化学概念。提出有机化学概念。有机化学之父，生命力学说倡导者。有机化学之父，生命力学说倡导者。17植物物质及动物物质的化学，或在生命力植物物质及动物物质的化学，或在生命力影响下所制成的物质化学。影响下所制成的物质化学。1828年，德国化学家年，德国化学家维勒维勒（F.Wohler）用典型的无机物合）用典型的无机物合成了尿素，从一定程度上改变了当时流行的成了尿素，从一定程度上改变了当时流行的“生命力生命力”学学说，开始了近代有机化学以及有机合成的历史。说，开始了近代有机化学以及有机合成

14、的历史。Friedrich Whler(1800-1882）德国化学家德国化学家 AgOCN+NH4ClAgCl+NH4OCNCONH2H2N“我应当告诉您，我制造出尿素并不求助于肾或动物，无我应当告诉您，我制造出尿素并不求助于肾或动物，无论是人或犬论是人或犬”F.Whler 18 1845年，德国有机化学家（年，德国有机化学家（H.Kolbe）从单质元素合成乙酸，并第一次用到从单质元素合成乙酸，并第一次用到“合成合成”这个单词，这个单词，彻底终结彻底终结“生命力生命力”学说。学说。柯尔柏（柯尔柏（Kolbe,A.W.H 1818-1884）19 1856年，年，W.H.Perkin（英国化学

15、家）合成（英国化学家）合成苯胺紫，这是第一个人工合成染料，第一苯胺紫，这是第一个人工合成染料，第一个工业有机合成，是有机合成化学史的一个工业有机合成，是有机合成化学史的一个里程碑。个里程碑。苯胺紫合成是一个非目标性产物：在合成奎宁（金鸡纳碱，苯胺紫合成是一个非目标性产物：在合成奎宁（金鸡纳碱，C20H24N2O21820年提取制备，年提取制备，1908年确定结构）时的意外产物。年确定结构）时的意外产物。珀金珀金(W.H.Perkin18381907)奎宁奎宁苯胺紫苯胺紫20 尿素合成之后，尿素合成之后，19世纪最重要的全合成世纪最重要的全合成是是E.Fisher完成的完成的(+)-葡萄糖合成。

16、在该葡萄糖合成。在该目标化合物合成过程中，立体化学的控目标化合物合成过程中，立体化学的控制是其对合成化学最大的贡献。制是其对合成化学最大的贡献。E.Fisher由此获得由此获得1902年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。EmilFischer，德国化，德国化学家学家(1852-1919)合成嘌呤及其衍生物多肽合成嘌呤及其衍生物多肽(+)-葡萄糖葡萄糖21 1902年，德国化学家韦尔施泰特（年，德国化学家韦尔施泰特（Willstatter）首次实）首次实现了托品酮的全合成。现了托品酮的全合成。1915年获年获Nobel 化学奖。化学奖。14steps,overallyield0.75%多步全合成的诞

17、生。多步全合成的诞生。RichardMartinWillsttter(Germany,1872-942)“for his researches on plant pigments,especially chlorophyll”.（叶绿素）（叶绿素）22 1917年，年，R.Robinson合成了托品酮。合成了托品酮。开创了系统的有机合成方法，反应开创了系统的有机合成方法，反应机制和化学结构关系等的研究。并机制和化学结构关系等的研究。并第一次开设了有机合成课程。第一次开设了有机合成课程。R.Robinson获得获得1947年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖SirRobertRobinson(Great

18、Britain,1886-1975)for his investigations on plant products of biological importance,especially the alkaloids.23曼尼希反应曼尼希反应吗啡吗啡青霉素青霉素 20世纪世纪50-70年代，年代，R.B.Woodward巧妙合成了利血平，胆巧妙合成了利血平，胆甾醇，维生素甾醇，维生素B12和红霉素（和红霉素（18个手性中心）等许多结构复个手性中心）等许多结构复杂的天然产物，将有机合成发展到前所未有的水平。杂的天然产物，将有机合成发展到前所未有的水平。R.B.Woodward的名言的名言“合成对

19、象是不能变动的，既不能单凭勤恳，也不能仅凭灵机一动就合成对象是不能变动的，既不能单凭勤恳，也不能仅凭灵机一动就进行工作，而必须按照计划来进行。进行工作，而必须按照计划来进行。”VB12（1977）95步，步，512个立体异构体个立体异构体近百人，耗时近百人，耗时15年年24红霉素的结构25将有机合成作为一种艺术展现在世人面前将有机合成作为一种艺术展现在世人面前 合成时可以设计和选择不同的起始原料，用不同的基本合成合成时可以设计和选择不同的起始原料，用不同的基本合成反应，获得同一个复杂有机分子目标物，起到异曲同工的作反应，获得同一个复杂有机分子目标物，起到异曲同工的作用，这在现代有机合成中称为用

20、，这在现代有机合成中称为“合成艺术合成艺术”。26罗伯特罗伯特伯恩斯伯恩斯伍德沃德伍德沃德(19171979)，美国，美国有机化学家，有机化学家，现代有机合成之父现代有机合成之父，对现代有，对现代有机合成做出了相当大的贡献，尤其是在合成机合成做出了相当大的贡献，尤其是在合成和具有复杂结构的天然有机分子结构阐明方和具有复杂结构的天然有机分子结构阐明方面，获得面，获得1965年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。胆固醇、可的松、士的宁、利血平、叶绿素、四环素、维生素胆固醇、可的松、士的宁、利血平、叶绿素、四环素、维生素12等都是伍德等都是伍德沃德的杰作。沃德的杰作。20世纪世纪70年代，年代，Corey

21、发展了手性合发展了手性合成理论和方法，并系统建立了逆合成成理论和方法，并系统建立了逆合成分析方法，并荣获分析方法，并荣获1990年诺贝尔化学年诺贝尔化学奖。奖。有机合成化学的宗师级人物。在有机合成发展史上被公认为有机合成化学的宗师级人物。在有机合成发展史上被公认为伍德沃德概念上的学术接班人。他的鼎盛时期被称为有机合伍德沃德概念上的学术接班人。他的鼎盛时期被称为有机合成史上的成史上的“科里时代科里时代”。成功地合成成功地合成50多种药剂和百多种药剂和百余种天然化合物余种天然化合物2728 20世纪世纪80年代，年代，B.Merrifield发展了发展了固相合成技术，获得固相合成技术，获得1984

22、年诺贝尔年诺贝尔奖。奖。美国生物化学家，最主要的贡献是发明了固美国生物化学家，最主要的贡献是发明了固相接肽技术。他因为研究出了制造肽和蛋白相接肽技术。他因为研究出了制造肽和蛋白质的方法而获得了质的方法而获得了19841984年的诺贝尔化学奖。年的诺贝尔化学奖。通过开发出一种能够快速大量合成肽链的自通过开发出一种能够快速大量合成肽链的自动实验室技术，从而极大地推进了生物化学，动实验室技术，从而极大地推进了生物化学，分子生物学，以及药理学等领域的发展。分子生物学，以及药理学等领域的发展。29 1989年，哈佛大学教授年，哈佛大学教授Kishi合成了海葵毒素，被称为是合成了海葵毒素，被称为是世纪工程

23、。它的合成被誉为有机合成的珠穆朗玛峰。世纪工程。它的合成被誉为有机合成的珠穆朗玛峰。美国哈佛大学化学与化学生物学系教授，公认的世界最杰出的有机化学美国哈佛大学化学与化学生物学系教授，公认的世界最杰出的有机化学家之一。在副教授进修期间师从现代有机化学家之一。在副教授进修期间师从现代有机化学“全合成之父全合成之父”Robert Robert Burns WoodwardBurns Woodward（伍德沃德），也正是（伍德沃德），也正是WoodwardWoodward看中了其过人的化学才看中了其过人的化学才能，能，19741974年将其引荐为哈佛大学教授。他年将其引荐为哈佛大学教授。他199419

24、94年完成了迄今为止手性中年完成了迄今为止手性中心最多的海洋天然产物海葵毒素，无与伦比地鼓舞了全世界的化学家，心最多的海洋天然产物海葵毒素，无与伦比地鼓舞了全世界的化学家，有机合成化学家们开始产生了有机合成化学家们开始产生了“没有合成不出来的分子没有合成不出来的分子”的言论。的言论。30地中海槽沟海葵中的一类有地中海槽沟海葵中的一类有毒多肽，可引起神经和心脏毒多肽，可引起神经和心脏中毒，并可抑制蛋白水解酶中毒，并可抑制蛋白水解酶活性。海葵能镇静、止咳、活性。海葵能镇静、止咳、降压、抗凝、抗菌、抗癌、降压、抗凝、抗菌、抗癌、兴奋平滑肌等作用兴奋平滑肌等作用31OOOH2NOHOHOHOOHOHM

25、eHOOHOHOHOHOHHOOOHOHHOOHOOHOHOHOOHOHMeOHOHHOOHOHOHOOMeMeMeOHOHOHOHHOONHOHHOOHOHOHMeOHOOHNHHOOOH海葵毒素32 20世纪世纪90年代，发展了组合化学合成理论和技年代，发展了组合化学合成理论和技术。有机合成有三个显著特点：术。有机合成有三个显著特点：一是许多具有重要一是许多具有重要药用前景的新化合物药用前景的新化合物相继被发现；相继被发现；二是许多二是许多结构新颖结构新颖、复杂的海洋、复杂的海洋天然产物天然产物被分离、鉴定被分离、鉴定，成为有机合成的新挑战，成为有机合成的新挑战；三是三是不对称合成成不对称

26、合成成为合成研究的主流。为合成研究的主流。33 1993年年,施雷伯施雷伯(S.L,Schreiber,哈弗大学哈弗大学)FK-1012的的全合成。全合成。细胞免疫作用（FK506）基因开关(FK-1012)使合成化学家看到了有机合成在生命科学研究领域的使合成化学家看到了有机合成在生命科学研究领域的无穷创造力和迷人前景无穷创造力和迷人前景34这三位化学家的成就在于找到了有机合成反应中的高效手性这三位化学家的成就在于找到了有机合成反应中的高效手性催化剂和立体选择性反应的方法，可以高效方便地合成手性催化剂和立体选择性反应的方法，可以高效方便地合成手性分子的单一异构体，促进了化学工业和制药工业的发展

27、。分子的单一异构体，促进了化学工业和制药工业的发展。2001年，年，W.S.Knowles、R.Noyori和和B.M.Sharpless因因在在催化不对称合成催化不对称合成方面的杰出成就而共享方面的杰出成就而共享2001年诺贝尔年诺贝尔化学奖。化学奖。35香港中文大学黄乃正等人成功地合成了香港中文大学黄乃正等人成功地合成了1,2,7,8-1,2,7,8-二苯并二苯并2,22,2环蕃。它是一种有张力的由环蕃。它是一种有张力的由4 4个苯环连接而成的一种个苯环连接而成的一种环蕃类有机物。环蕃中还有很多有趣的化合物。两个或两环蕃类有机物。环蕃中还有很多有趣的化合物。两个或两个以上的苯环，以饱和或不

28、饱和碳碳键对位相接，形成各个以上的苯环，以饱和或不饱和碳碳键对位相接，形成各种不同的、几个苯环成平行面的结构：种不同的、几个苯环成平行面的结构：全共轭的平面结构全共轭的平面结构36Cook合成了十字四烯合成了十字四烯(Stauren-tetraene)。对该化合物的。对该化合物的兴趣在于探索中心碳原子的兴趣在于探索中心碳原子的4个键是否平铺。还有一种个键是否平铺。还有一种化合物叫窗烷化合物叫窗烷(fenestrane)。它不仅有理论意义，而且在。它不仅有理论意义，而且在自然界中确实存在一种二萜自然界中确实存在一种二萜(diterpene)化合物，它的分化合物，它的分子中具有窗烷的结构骨架。子中

29、具有窗烷的结构骨架。37 有结构兴趣的非天然产物的合成有结构兴趣的非天然产物的合成38l1985年年RobertCurl等人制备出了等人制备出了C60。l克罗托受建筑学家理查德克罗托受建筑学家理查德巴克明斯特巴克明斯特富勒设计的美国富勒设计的美国万国博览馆球形圆顶薄壳建筑的启发，认为万国博览馆球形圆顶薄壳建筑的启发，认为C60可能具可能具有类似球体的结构，因此将其命名为有类似球体的结构，因此将其命名为buckminsterfullerene（巴克明斯特（巴克明斯特富勒烯，简称富勒烯，又名巴富勒烯，简称富勒烯，又名巴基球或巴克球（基球或巴克球（Buckyball），其他名称还有球碳与芙），其他名

30、称还有球碳与芙)39还有一类化合物叫富勒烯还有一类化合物叫富勒烯(fullerene)，它们品种繁多，都有，它们品种繁多，都有分子式分子式(CH)x。在理论上，当。在理论上，当x=4时，分子是四面体；当时，分子是四面体；当当当x=6时，分子是八面体烷；当时，分子是八面体烷；当x=8时，分子是立方体烷。时，分子是立方体烷。40从理论观点上看，从理论观点上看，C60的发现使我们了解到一个的发现使我们了解到一个全新的化学世界！全新的化学世界！（1）从平面的低对称性分子倒全对称的球形分子；）从平面的低对称性分子倒全对称的球形分子；（2）从平面芳香性倒球面芳香性；）从平面芳香性倒球面芳香性；（3）从简单

31、分子到富勒烯笼内金属包合物超分子；）从简单分子到富勒烯笼内金属包合物超分子；（4）从一维超导性到三维超导性及电子特性等。）从一维超导性到三维超导性及电子特性等。富勒烯化学富勒烯化学41钯催化交叉偶联反应钯催化交叉偶联反应 2010年诺贝尔化学奖被授予给年诺贝尔化学奖被授予给Richard Heck，Ei-ichi Negishi和和Akira Suzuki，以奖励他们对已广泛应用于有机合成中的，以奖励他们对已广泛应用于有机合成中的钯催化交叉偶联反应做出的卓越贡献。这些反应是现代有机钯催化交叉偶联反应做出的卓越贡献。这些反应是现代有机合成化学中用于形成合成化学中用于形成C-C键最重要的方法之一。

32、键最重要的方法之一。42Richard F.Heck Ei-ichi Negishi Akira Suzuki钯催化交叉偶联反应是一类用于钯催化交叉偶联反应是一类用于C-C键形成的键形成的重要反应，在有机合成中应用十分广泛。重要反应，在有机合成中应用十分广泛。偶联反应偶联反应(Coupling reaction)，是由两个有机化，是由两个有机化学单位学单位(moiety)进行某种化学反应而得到一个进行某种化学反应而得到一个有机分子的过程。有机分子的过程。包括格氏试剂包括格氏试剂(Grinard)与亲电体的反应、锂试与亲电体的反应、锂试剂与亲电体的反应、芳环上的亲电和亲核反应剂与亲电体的反应、芳

33、环上的亲电和亲核反应等等。等等。有机合成化学的前沿进展有机合成化学的前沿进展 不对称催化不对称催化 新型手性配体的设计合成新型手性配体的设计合成 金属配合物手性催化金属配合物手性催化 生物手性催化生物手性催化 有机小分子手性催化有机小分子手性催化 多组分串联反应多组分串联反应 多组分反应多组分反应 多组分串联反应机理多组分串联反应机理 合成结构多样性的小分子化合物方法学合成结构多样性的小分子化合物方法学 组合化学组合化学 方法学研究方法学研究43有机合成新技术在药物合成中的应用有机合成新技术在药物合成中的应用 流动化学技术实现小分子化合物的自动合成流动化学技术实现小分子化合物的自动合成 高通量

34、反应平台进行化合物合成条件的自动筛选高通量反应平台进行化合物合成条件的自动筛选44On-demand continuous-flow production of pharmaceuticals in a compact,reconfigurable system.Science,2016,DOI:10.1126/science.aaf1337仅冰箱大小的连续流系统（仅冰箱大小的连续流系统（continuous-flow system）设）设备，可以按照用户需要，每天连续不断的制备出成百上备，可以按照用户需要，每天连续不断的制备出成百上千份的药物制剂。虽然这种机器一次只能生产一种药物，千份的药物

35、制剂。虽然这种机器一次只能生产一种药物，但是操作者可以很容易地在不到两小时的时间里将系统但是操作者可以很容易地在不到两小时的时间里将系统切换成生产另一种药物的状态。切换成生产另一种药物的状态。辉瑞（辉瑞（Pfizer）的研发人员开发了一种可在不同溶）的研发人员开发了一种可在不同溶剂、温度、压力等条件下进行自动化高通量化学剂、温度、压力等条件下进行自动化高通量化学反应筛选的平台。该平台以流动化学（反应筛选的平台。该平台以流动化学（flow chemistry）技术与超高效液相色谱）技术与超高效液相色谱-质谱联用质谱联用（UPLC-MS）技术为基础，可在）技术为基础，可在1天内筛选超过天内筛选超过

36、1500多个纳摩尔量规模的多个纳摩尔量规模的Suzuki-Miyaura偶联反偶联反应。此外，该平台还同时支持数百微摩尔量级的应。此外，该平台还同时支持数百微摩尔量级的合成，满足后续生物活性测试的需求。合成，满足后续生物活性测试的需求。高通量反应平台高通量反应平台 该自动化平台主要由几台计算机控制单元、一套置于手套箱该自动化平台主要由几台计算机控制单元、一套置于手套箱内的连续流动化学反应装置和两套可以切换使用的内的连续流动化学反应装置和两套可以切换使用的UPLC-MS装置构成。装置构成。45该平台可每隔该平台可每隔45秒进行一组反应筛选秒进行一组反应筛选2.金属有机化学金属有机化学 金属有机化

37、学是无机化学和有机化学相互交叉渗透的学科金属有机化学是无机化学和有机化学相互交叉渗透的学科,它它的发展打破了传统的有机化学与无机化学的界限的发展打破了传统的有机化学与无机化学的界限,成为一门新成为一门新兴的学科，处于当代有机化学的前沿领域。兴的学科，处于当代有机化学的前沿领域。46金属有机化学的发展金属有机化学的发展 金属有机化学在金属有机化学在20世纪有机化学中是最活跃的研究领域之一，世纪有机化学中是最活跃的研究领域之一，特别是与有机催化联系在一起。均相催化使有机化学、高分特别是与有机催化联系在一起。均相催化使有机化学、高分子化学、生命科学及现代化学工业发展到一个新的水平。子化学、生命科学及

38、现代化学工业发展到一个新的水平。含有含有C-M键的化合物种类甚多，至今还有不少元素周期表上键的化合物种类甚多，至今还有不少元素周期表上的金属元素尚无合成的金属有机化合物。因此，金属有机化的金属元素尚无合成的金属有机化合物。因此，金属有机化合物的合成方法有待进一步研究和深入。合物的合成方法有待进一步研究和深入。47金属有机化学的前沿进展金属有机化学的前沿进展 金属有机化合物的合成、结构和反应性金属有机化合物的合成、结构和反应性 主族金属有机化合物主族金属有机化合物 稀土元素有机化合物稀土元素有机化合物 过渡金属有机化合物过渡金属有机化合物 金属有机化合物作为聚烯烃催化剂金属有机化合物作为聚烯烃催

39、化剂 应用金属有机化合物作为光学材料、电子材料和医药也是正应用金属有机化合物作为光学材料、电子材料和医药也是正在开发的领域。在开发的领域。48金属有机框架金属有机框架Metal-Organic Framework(MOF)由金属离子或簇组成的结晶化合物与通常为刚性的有机分子由金属离子或簇组成的结晶化合物与通常为刚性的有机分子配位，形成一维，二维或三维结构，且这些结构是多孔的。配位，形成一维，二维或三维结构，且这些结构是多孔的。密度小、比表面积大、气孔率高，并可通过组装来控制框架密度小、比表面积大、气孔率高，并可通过组装来控制框架物的结构和孔径的大小，是一种具有发展前景的新型吸附分物的结构和孔径

40、的大小，是一种具有发展前景的新型吸附分离、储氢及催化材料离、储氢及催化材料.49MOFs的应用的应用 过去数年已经制备了不同类型的过去数年已经制备了不同类型的MOFs材料，并在氢气存储、材料，并在氢气存储、气体吸附与分离、传感器、药物缓释、催化反应等领域都有气体吸附与分离、传感器、药物缓释、催化反应等领域都有重要的应用。重要的应用。503.元素有机化学元素有机化学51元素有机化学的前沿进展元素有机化学的前沿进展 有机氟化学有机氟化学 不对称氟化不对称氟化 新型氟化新型氟化 金属催化金属催化 C-F键活化键活化 有机磷化学有机磷化学 有机磷化合物在有机合成和立体化学中的应用有机磷化合物在有机合成

41、和立体化学中的应用 磷配位化学磷配位化学 生物领域中的磷化学生物领域中的磷化学 有机硒化学有机硒化学524.物理有机化学物理有机化学 物理有机化学研究有机物理有机化学研究有机分子结构与性能分子结构与性能的关系，研究有机化的关系，研究有机化学反应机理及用理论计算化学的方法来理解、预见和发现新学反应机理及用理论计算化学的方法来理解、预见和发现新的有机化学现象。的有机化学现象。对有机分子结构与性能的关系以及对对有机分子结构与性能的关系以及对有机化学反应机理有机化学反应机理的研的研究，是希望从实验数据中找到其内在的规律，并提高到理论究，是希望从实验数据中找到其内在的规律，并提高到理论化学的高度来理解和

42、认识。化学的高度来理解和认识。有机有机分子结构与化学活性分子结构与化学活性之间的定量关系之间的定量关系 有机化学中的活性有机化学中的活性中间体和有机化学反应历程中间体和有机化学反应历程 有异于经典反应历程的有异于经典反应历程的周环反应周环反应与有机光化学与有机光化学53物理有机化学的前沿进展物理有机化学的前沿进展 有机超分子与聚集体化学有机超分子与聚集体化学 大环配体化学大环配体化学 主客体识别、分子探针与传感主客体识别、分子探针与传感 超分子聚合物自组装超分子聚合物自组装 超分子催化超分子催化 超分子光化学超分子光化学 超分子体系中的光诱导电子转移和能量传递超分子体系中的光诱导电子转移和能量

43、传递 功能化超分子光化学体系功能化超分子光化学体系 超分子体系中的光化学反应超分子体系中的光化学反应545.天然有机化学天然有机化学 天然有机化学是以各类生物为研究对象，以有机化学为基础，天然有机化学是以各类生物为研究对象，以有机化学为基础，以化学和物理手段，研究天然产物的分离、提取、结构、功以化学和物理手段，研究天然产物的分离、提取、结构、功能和化学合成。能和化学合成。发掘和认识自然界的这一丰富资源是世界发展和人类生存的发掘和认识自然界的这一丰富资源是世界发展和人类生存的需要，是有机化学主要研究任务之一，也是认识世界的基础需要，是有机化学主要研究任务之一，也是认识世界的基础研究。研究。55全

44、合成全合成 1994年，年，K.C.Nicolaou和和S.L.Schreiber全合成紫杉醇全合成紫杉醇（Taxol）从紫杉的树皮中提出的一种化合物从紫杉的树皮中提出的一种化合物.紫杉醇主要适用于卵紫杉醇主要适用于卵巢癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头颈部癌、巢癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。56天然产物的全合成方法实例天然产物的全合成方法实例57J.Am.Chem.Soc.2018,DOI:10.1021/jacs.8b0507058以二酮以二酮13为起始原料，经为起始原料，经CoreyBakshiShibata

45、还原、还原、TBS保护、硼氢化保护、硼氢化/氧化和氧化和Dess-Martin氧化氧化得到酮醛得到酮醛17。硼酸酯。硼酸酯21和和17在低温下反应得到在低温下反应得到12（产率为（产率为88）及少量的）及少量的C3差向异构体差向异构体19（产率（产率为为9）。）。12脱去脱去TBS保护基后，在保护基后，在CSA/BnOH存在下缩酮化得到二环醇，再经存在下缩酮化得到二环醇，再经Dess-Martin氧化得氧化得到酮到酮22。然后，利用。然后，利用Nicolaou报道的方法将报道的方法将22转化成转化成,-不饱和烯酮不饱和烯酮11。11经自由基环化得到环经自由基环化得到环化产物化产物23。化合物。

46、化合物23经经TMSCl烯醇硅醚化、选择性烯醇硅醚化、选择性-溴代以及环酮溴代以及环酮C=C键断裂氧化得到二酮键断裂氧化得到二酮9。59以以(+)-Citronellol 14为起始原料，经为起始原料，经Myers烷基化、烷基化、Sharpless不对称双羟基化、缩酮保护等步骤得到单不对称双羟基化、缩酮保护等步骤得到单一立体异构体一立体异构体28，经，经Dess-Martin氧化以及氧化以及Lindgren-Krauss-Pinnick氧化得到相应的羧酸。羧酸与氧化得到相应的羧酸。羧酸与(+)-(1R,2R)-伪麻黄碱伪麻黄碱29进行缩合得到酰胺进行缩合得到酰胺30，化合物，化合物30经经My

47、ers烯丙基化、硼氢化烯丙基化、硼氢化/氧化以及氧化以及TBS保护得到保护得到化合物化合物32。酰胺。酰胺32与与MeLi加成后，经成腙和碘代等步骤得到烯基碘加成后，经成腙和碘代等步骤得到烯基碘34；34再与烷基硼烷再与烷基硼烷35进行进行Suzuki-Miyaura偶联得到烯烃偶联得到烯烃36，然后脱去，然后脱去TBS，经，经Dess-Martin氧化得到醛氧化得到醛10。研究天然产物的意义研究天然产物的意义1.对天然产物的研究会不断对天然产物的研究会不断促进有机合成化学促进有机合成化学和和分析化学分析化学的发的发展；展；2.天然产物仍旧还是人类天然产物仍旧还是人类医药方面医药方面的主要来源

48、；的主要来源；3.天然产物为天然产物为生命科学生命科学的研究提供了新的视角和研究切入点；的研究提供了新的视角和研究切入点；4.更多更多结构新颖结构新颖的天然产物还在逐步被发现。的天然产物还在逐步被发现。602011年荣获拉斯克奖临床医学奖2015年荣获诺贝尔生理学或医学奖屠呦呦屠呦呦6.有机催化有机催化 有机催化有机催化 有机小分子催化有机小分子催化 有机小分子催化是继有机小分子催化是继酶催化酶催化和和金属催化金属催化之后第三类手性催化反应，是之后第三类手性催化反应，是手性催化研究的新热点；手性催化研究的新热点；通过多种催化剂组合、多组分串联，实现分子结构的多样性、复杂性通过多种催化剂组合、多

49、组分串联，实现分子结构的多样性、复杂性和多手性中心控制。和多手性中心控制。61David MacMillan 1968-2000年，大卫年，大卫麦克米兰（麦克米兰（D.MacMillan）发表了第一篇有机催化的文章，正式提出发表了第一篇有机催化的文章，正式提出有机催化。有机催化。有机催化历程有机催化历程62路易斯酸（路易斯酸（Lewis acid）可以与碳基的氧原）可以与碳基的氧原子配位，从而降低不饱和醛子配位，从而降低不饱和醛LUMO轨道的能轨道的能量，达到催化的目的。麦克米兰设想如果二量，达到催化的目的。麦克米兰设想如果二级胺与不饱和醛发生反应，形成亚胺，降低级胺与不饱和醛发生反应，形成亚

50、胺，降低其其LUMO轨道的能量，这一活性中间体，迅轨道的能量，这一活性中间体，迅速与二烯体发生速与二烯体发生D-A反应，然后亚胺水解成反应，然后亚胺水解成醛，释放二级胺，完成催化循环。醛，释放二级胺，完成催化循环。7.理论有机化学理论有机化学 又称又称量子有机化学量子有机化学，是运用量子化学的计算方法研究有机分，是运用量子化学的计算方法研究有机分子静态和动态性质的学科。子静态和动态性质的学科。现代有机化学理论主要包括现代有机化学理论主要包括物理有机化学物理有机化学和和理论有机化学理论有机化学两大分支，两大分支，它们是在有机化学的发展过程中逐步分化形成的，前者以现代实验方它们是在有机化学的发展过