1、 有机合成南京工业大学南京工业大学 宋广亮宋广亮第 1 章 绪 论1.1 有机合成化学的定义 一种理想的一种理想的(最终是实效的最终是实效的)合合成是指用简单的、安全的、环境成是指用简单的、安全的、环境友好的、资源有效的操作，快速友好的、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转化为天然或设计的目标分子 1.2 有机合成化学的任务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。的生
2、产方法。图 1-1 八硝基立方烷的结构图(2000)NNNNNNO2NO2NNO2NO2NO2O2N1234567891011121.2 有机合成化学的任务有机合成化学的任务二、有机合二、有机合成化学要为成化学要为理论工作提理论工作提供具有多种供具有多种特殊性能的特殊性能的分子，以验分子，以验证和发现新证和发现新的理论。的理论。图 1-2伍德沃德Woodward和维生素B12分子轨道对称守恒原理，休克尔规则1981年诺贝尔化学奖1.2 有机合成化学的任务化学家Corey创立 逆合成分析法 使有机合成由艺术转化为科学1990年获诺贝尔化学奖1.2 有机合成化学的任务海葵毒素1.2 有机合成化学的
3、任务图1 4 FK-5061.2 有机合成化学的任务有机合成化学的任务图1 5 FK-1012 1.2 有机合成化学的任务有机合成化学的任务C60发现者Robert F.Curl Jr.柯尔 1.2 有机合成化学的任务 天然存在的有机物毕竟种类有限，甚至有的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，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。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 1.3 有机合成反应和方法学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有机合成
4、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。的核心地位。2121世纪有机合成化学面临着新的机遇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。有机合成化学提出的新要求。1.3 有机合成反应和方法学有机合成反应和方法学一、有机合成的基础是各种各样的基元合成反应一、有机合成的基础是各种各样的基元合成反应 碳碳-碳键的形成碳键的形成
5、 碳碳-碳键的断裂碳键的断裂 有机反应有机反应 重组重组 官能团的转换官能团的转换 1.3 有机合成反应和方法学 二、合成反应方法学上的一个重大进展是大量的合成反应方法学上的一个重大进展是大量的合成新试剂合成新试剂的出现，的出现，特别是元素有机和金属有机试剂及催化剂特别是元素有机和金属有机试剂及催化剂。三、寻找寻找高选择性试剂和反应高选择性试剂和反应已成为有机合成化学中最主要的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。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、四、不对称合成不对称合成是近年来发展较快的领域，而不对称催化反应
6、，在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。不对称合成中占有突出的位置。五、五、复杂有机分子复杂有机分子，包括天然界获得的或结构化学家所设计的分包括天然界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，体现合成化学的水平。特别是有广泛子，它们的合成一直是最受关注的领域，体现合成化学的水平。特别是有广泛应用前景的复杂分子的全合成，给新试剂、新反应、新方法的发现以巨大的推应用前景的复杂分子的全合成，给新试剂、新反应、新方法的发现以巨大的推动力。最近的重要趋势则是与生物科学相结合的合成工作，分子功能和活性已动力。最近的重要趋势则是与生物科学相结合的合成
7、工作，分子功能和活性已进入了合成化学的舞台。进入了合成化学的舞台。六、六、光化学反应光化学反应(光诱导反应光诱导反应)目前已达到了很高程度地化学、区域目前已达到了很高程度地化学、区域和立体控制的水平。光化学机理研究和合成应用也是当前的研究热点。和立体控制的水平。光化学机理研究和合成应用也是当前的研究热点。1.3 有机合成反应和方法学 七、电有机合成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
8、拓其应用范围。八、八、无溶剂有机合成无溶剂有机合成反应，由于没有溶剂参与，表现出较溶液反反应，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。因此作为有机合成的一种新的反应方式已引起人们的广泛关注。重要组成部分。因此作为有机合成的一种新的反应方式已引起人们的广泛关注。九、九、固相有机合成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。近年来，一些试学合成。方法简
9、单、快速，甚至可用仪器自动化地进行反应。近年来，一些试剂、保护基团的固相化也给合成带来很多便利，如选择性、产物的分离提纯等。剂、保护基团的固相化也给合成带来很多便利，如选择性、产物的分离提纯等。十、十、相转移催化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。域，为制药工业和精细有机化工带来了可观的经济效益。1.3 有机合成反应和方法学 十一、十一、微波技术微波
10、技术的利用，声化学合成方法和超高压技术等也都是值得的利用，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。注意的合成反应的研究方法。十二、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。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。这种组合是由这些化合物通过分子间力象氢键、静电力和范德华力相互作用形这种组合是由这些化合物通过分子间力象氢键、静电力和范德华力相互作用形成的。如成的。如DNADNA双螺旋体、蛋白质双螺旋体、蛋白质(包括酶与抗体包括酶与抗体)的高级结构便是如此。近年来人的高级结构便是如此。近年来人们已开始把研究重心从分子中化学键的断裂与
11、重组向分子间相互作用缔合成有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超分子化学。分子化学。十三、十三、一锅法一锅法1.4 有机合成反应中的重要问题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有机合成反应的速率控制和平衡控制CH2CHCHCH260 Br2,己烷BrCH2CHCHCH2BrBr_+CH2CHCHCH2BrCH2CHCHBrCH2Br+80%20%_15 Br2,己烷BrCH2CHCHCH2BrBr_+CH
12、2CHCHCH2BrCH2CHCHBrCH2Br+46%54%1.4 有机合成反应中的重要问题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有机合成反应的速率控制和平衡控制O COOHCOCl+OHOC6H5OHCC6H5O+AlCl3AlCl31.4 有机合成反应中的重要问题1.4.2 有机合成反应的选择性有机合成反应的选择性 化学选择化学选择：分子中的官能团，不需要加以保护和特殊的活化，：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。某一官能团本身就有选择性的反应
13、。CH3CH(OH)CH2CORKMnO4+CH3COCH2CORO2NCH2CH2CH2CHOO2NCH2CH2CH2CH2OHNaBH4CH3CH2OHLiAlH4,低温O2NCH2CH2CH2CH2OH1.4 有机合成反应中的重要问题1.4.2 有机合成反应的选择性 位置选择位置选择：位置选择是指在反应中，反应试剂定向地进攻：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，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。而生成指定结构的产物。HBrCH3CH2CHCH3Br+HOAcCH3C=CH2CH3+HClHOAcC
14、H3ClCCH3CH380%100%CH3CH2CH=CH21.4 有机合成反应中的重要问题1.4.2 有机合成反应的选择性有机合成反应的选择性 位置选择：Whl,A.Ziegler,K(邬尔-齐格勒)反应 NBS/CCl4BrHCH2=CHCHCH2CH=CH2CH2=CHCHCH2CH=CH2HBrNBS/CCl4CH2CH=CHCOOCH3CH2CH=CHCOOCH3NBS/CCl4BrOCH2BrOCH3NBS/CCl41.4 有机合成反应中的重要问题1.4.2 有机合成反应的选择性有机合成反应的选择性 位置选择：Diels-Alder反应 RCOORRCOORRCOOR+RR温度(C
15、)o1,2:1,3-加成产物的比例Et20100:0Me2045:5CO2HH70100:0CO2NaNa22050:50NEt2Me1.4 有机合成反应中的重要问题1.4.2 有机合成反应的选择性有机合成反应的选择性 位置选择：Diels-Alder反应 COOMe+R温度(C)o1,4:1,3-加成产物的比例160100:015082:18CN95100:0ROEtPhRRCO2MeCO2Me1.4 有机合成反应中的重要问题1.4.2 有机合成反应的选择性有机合成反应的选择性 立体选择反应：立体选择反应：凡是在一个反应中，一个立体异构体的产凡是在一个反应中，一个立体异构体的产生超过或是大大
16、超过另外其他可能的立体异构体，就叫做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。立体化学要求以及反应条件有关。HH3CPhHH3CPhCHO+CH3MgIOHHCH3+67%33%HH3CPhOHCH3HCH3H3CH3CHHOHCH3H3CH3CHHOHHCH3H3CH3CHHOHHHHLiAlH4+10%90%1.5 有机合成化学的研究方法有机合成化学的研究方法查阅文献 设计合成路线 实验 总结 黄培强等，有机合成，高等教育出版社王玉炉等，有机合成化学，科学出版社Carey,Organic Chemistry,3rd.,New York,1996Smith,Organic Synthesis,2nd.,New York,2001张招贵，精细有机合成与设计，化学工业出版社陈金龙，精细有机合成原理与工艺，中国轻工业出版社Herbert O.House著，现代合成反应现代合成反应，北京大学出版社，1985W.Carruthers著，现代有机合成方法现代有机合成方法，青岛海洋大学出版社，1990林国强等，手性合成手性合成-不对称反应及其应用不对称反应及其应用，科学出版社，2000
