近代有机合成序言精选课件.ppt

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1、关于近代有机合成序言第一页，本课件共有55页一、有机合成的概念一、有机合成的概念有机合成就是以有机反应为工具，通过有机合成就是以有机反应为工具，通过合理设计的合成路线，从一个分子（无合理设计的合成路线，从一个分子（无机物或简单的有机物）构建另一个有机机物或简单的有机物）构建另一个有机化合物（比较复杂的）的过程化合物（比较复杂的）的过程第二页，本课件共有55页二、二、有机合成的发展回顾有机合成的发展回顾18世世纪纪工工业业革革命命后后，分分离离提提纯纯技技术术得得到到快快速速发发展展，先先后后分分离离得得到到酒酒石石酸酸（1769）、乳乳酸酸（1780）、喹喹啉啉（1820）。Berzelius

2、于于1806年年提提出出有有机机化化学学的的概概念念。当当时时“生生命命力力论论”认认为为：有有机机物物属属有有生生命命之之物物，只只有有在在有有“生生命命力力”的的作作用用下下才才能能生生成成，有有机机物物只只能能从从有有生生命命的的动动植植物物中中提提取取，不不能能通通过过无无机机物物直直接接合合成成，制制约约了了有有机机化化学学的的发展。发展。第三页，本课件共有55页1F.Wohler尿素的合成尿素的合成(1828)，动摇了生命力的基础，动摇了生命力的基础2H.Kolbe乙酸的合成乙酸的合成(1845),结束生命力论结束生命力论第四页，本课件共有55页3W.H.Perkin苯胺紫的合成苯

3、胺紫的合成(1856)这是第一个合成染料这是第一个合成染料,第一个工业精细有机合成第一个工业精细有机合成当时的目的是希望合成奎宁当时的目的是希望合成奎宁(1820年从金鸡纳树皮中分离年从金鸡纳树皮中分离,确确定了熔点、旋光、元素组成定了熔点、旋光、元素组成C20H24N2O2，其结构在其结构在1908年确年确定定)当时希望通过煤焦油中的烯丙基对甲苯氨（当时希望通过煤焦油中的烯丙基对甲苯氨（C10H13N)经无机经无机化学的氧化反应实现奎宁的合成化学的氧化反应实现奎宁的合成1945年年woodward完成了奎宁的合成，完成了奎宁的合成，2001年年Stork小组完小组完成了立体选择性合成成了立体

4、选择性合成第五页，本课件共有55页后来后来Pekin从类似的苯胺（含甲苯胺）氧化得到一种红从类似的苯胺（含甲苯胺）氧化得到一种红紫色染料，并实现商业化，其结构直到紫色染料，并实现商业化，其结构直到1994年才鉴定当时年才鉴定当时他们的染料是由两个酚嗪嗡染料的混合物。他们的染料是由两个酚嗪嗡染料的混合物。419世纪最重要的全合成是世纪最重要的全合成是E.Fischer完成的（完成的（+）葡萄糖的）葡萄糖的合成，代表了合成，代表了19世纪有机合成世纪有机合成的最高水平，这一时期，先后的最高水平，这一时期，先后合成了一系列染料、药品、香合成了一系列染料、药品、香料、糖精、炸药，使有机合成料、糖精、炸

5、药，使有机合成工业得到了快速发展，展现了工业得到了快速发展，展现了早期有机合成的辉煌。早期有机合成的辉煌。第六页，本课件共有55页5二战前完成的天然产物全合成的代表。二战前完成的天然产物全合成的代表。第七页，本课件共有55页第八页，本课件共有55页第九页，本课件共有55页第十页，本课件共有55页620世纪世纪40年代，进入年代，进入R.B.woodward时代时代,将有机合成上升到艺术的高度将有机合成上升到艺术的高度先后完成了奎宁（先后完成了奎宁（1944）、可的松（）、可的松（1951）、）、马钱子碱（马钱子碱（1954）、利血平（）、利血平（1958）、叶绿素）、叶绿素（1960）、四环素

6、（）、四环素（1962）、头孢菌素）、头孢菌素C(1965)、前列腺素前列腺素F2(1973),红霉素（红霉素（1981）等）等24种以上的种以上的结构复杂、具有药用活性是的天然化合物，探明结构复杂、具有药用活性是的天然化合物，探明了土霉素、金霉素、河豚素的结构与性质，探索了土霉素、金霉素、河豚素的结构与性质，探索了核酸与蛋白质的合成，突出了二茂铁的夹心结了核酸与蛋白质的合成，突出了二茂铁的夹心结构，年与构，年与Eschenmoser小组合作完成了小组合作完成了维生素维生素B12的合成的合成第十一页，本课件共有55页第十二页，本课件共有55页第十三页，本课件共有55页其间：其间：青霉素的合成青

7、霉素的合成1929年年Fleming发现青霉素，发现青霉素，1945年确定其结构，年确定其结构，1957年年Sheehan完成青霉素完成青霉素V的合成的合成第十四页，本课件共有55页半合成青霉素半合成青霉素第十五页，本课件共有55页上世纪上世纪60年代开始，进入年代开始，进入Corey时代，将时代，将有机合成从艺术转变为科学有机合成从艺术转变为科学Corey进行全合成有两个特点和杰出贡献，一是系统建立了进行全合成有两个特点和杰出贡献，一是系统建立了逆合成分析方法，二是在全合成设计、发展新的合成试剂与逆合成分析方法，二是在全合成设计、发展新的合成试剂与方法，完成了包括赤霉酸、银杏内酯、前列腺素在

8、内的方法，完成了包括赤霉酸、银杏内酯、前列腺素在内的多个复杂天然产物的全合成。多个复杂天然产物的全合成。第十六页，本课件共有55页20世纪世纪50-90年代，是有机合成的迅速发年代，是有机合成的迅速发展时期，除展时期，除Woodward、Corey外，外，Stork、Eschenmoser、BartonSir、Johnson、Danishefsky、Evans、Kishi、Nicolaou等做出了突出贡献，尤其在等做出了突出贡献，尤其在90年代后期，年代后期，进入了选择性合成时期，许多具有应用进入了选择性合成时期，许多具有应用前景的复杂化合物诸如海葵毒素、卡里前景的复杂化合物诸如海葵毒素、卡里

9、奇霉素、埃坡霉素、紫杉醇、万古霉素、奇霉素、埃坡霉素、紫杉醇、万古霉素、双鞭甲藻霉素等相继被合成；另一方面，双鞭甲藻霉素等相继被合成；另一方面，组合化学、固相有机合成技术等方法应组合化学、固相有机合成技术等方法应运而生，成为当代有机合成化学一道亮运而生，成为当代有机合成化学一道亮丽的风景；同时，不对称合成正在成为丽的风景；同时，不对称合成正在成为有机合成的主流。有机合成的主流。第十七页，本课件共有55页第十八页，本课件共有55页第十九页，本课件共有55页三、有机合成的地位和作用三、有机合成的地位和作用有机合成是有机化学的中心有机合成是有机化学的中心A1965年年,Woodward,“有机化学归

10、根结底是合成有机化学归根结底是合成”。“有机合成是在一个真实的世界旁边创造一个新的世界有机合成是在一个真实的世界旁边创造一个新的世界”“有机合成有着刺激、冒险、挑战，他是一们伟大的艺术有机合成有着刺激、冒险、挑战，他是一们伟大的艺术”B1979年年,D.J.Cram,“有机合成是有机化学的核心有机合成是有机化学的核心”。(1987年年与与C.J.Perderson.、J.M.Lehn因因主主客客体体化化学学及及超超分分子子化化学学方面的贡献分享方面的贡献分享Nobel化学奖）。化学奖）。C1990年年，E.J.Corey,“有有机机合合成成家家不不仅仅精精通通逻逻辑辑和和策策略略，他他是是被推

11、理、想象甚至创造的力量推动着的冒险家被推理、想象甚至创造的力量推动着的冒险家”。第二十页，本课件共有55页D1994年年,国国家家基基金金委委有有机机合合成成在在化化学学这这门门学学科科中中占有独特的核心地位。占有独特的核心地位。E1999年年,吴毓林吴毓林,合成化学是化学学科的核心，是合成化学是化学学科的核心，是化学家改造世界，创造社会未来最有力的手段，化学家改造世界，创造社会未来最有力的手段，是整个化学最具有创造性的领域。是整个化学最具有创造性的领域。(见见化学通报化学通报,1999,(1):3-9)F最近最近20年年SCI引用次数最多的引用次数最多的50名化学家有名化学家有1/3是是从事

12、合成化学的从事合成化学的.G200年来，人类社会所拥有的化合物达年来，人类社会所拥有的化合物达2000-3000万万个。个。第二十一页，本课件共有55页H多年来不少多年来不少Nobel化学奖授予给合成化学家化学奖授予给合成化学家(1)1902年，年，E.H.Fisher,糖和嘌呤的合成糖和嘌呤的合成(2)1905年，年，A.Baeyer,有机染料和芳香族化合物的合成有机染料和芳香族化合物的合成(3)1910年，年，O.Wallach,萜类化合物的研究萜类化合物的研究(4)1912年，年，V.Grignard,发明格林尼亚试剂。发明格林尼亚试剂。(5)1928年，年，A.O.R.Windaus,

13、甾醇与维生素的关系（甾醇与维生素的关系（D3)(6)1930年，年，H。Fisher,血红素核心结构合成血红素核心结构合成(7)1937年，年，W.N.Haworth,因人工合成抗坏血酸。因人工合成抗坏血酸。(8)1939年，年，L.Ruzicka,高级萜烯和性激素高级萜烯和性激素(9)1947年，年，R.Robinson,生物碱的研究生物碱的研究(10)1950年，年，1928年年O.Diels-K.Alder发现双烯合成反应。发现双烯合成反应。(11)1955年，年，V.D.Vigneaud(维格诺德维格诺德)首次用人工的方法合成多肽激首次用人工的方法合成多肽激素。素。(12)1963年，

14、年，1953年年K.Ziegler-G.Natta发现有机金属催化烯烃定发现有机金属催化烯烃定向聚合（向聚合（Et3Al-TiCl3）。）。第二十二页，本课件共有55页（13）1965年，年，R.B.Woodward，因合成喹啉，胆固醇，可的松，叶，因合成喹啉，胆固醇，可的松，叶绿素，利血平。其后合成绿素，利血平。其后合成VB12和分子轨道对称守恒原理。（前线和分子轨道对称守恒原理。（前线轨道理论和分子轨道对称守恒原理）轨道理论和分子轨道对称守恒原理）（14）1973年，年，G.Wilkinson-E.O.Fischer因合成过渡金属二茂夹心因合成过渡金属二茂夹心式化合物式化合物（15）197

15、9年，年，H.C.Brown-G.Witting分别发现有机硼试剂和分别发现有机硼试剂和Witting试剂及其反应试剂及其反应（16）1984年，年，R.B.Merrifield因发明固相多肽对有机合成方法学因发明固相多肽对有机合成方法学巨大的推动作用。巨大的推动作用。（17）1987年，年，C.J.Pedersen,D.J.Cram,J.M.Lehn,冠醚、超分冠醚、超分子化学及主客体化学。子化学及主客体化学。（18）1990年，年，E.J.Corey因逆合成分析法及合成石竹烯，银杏内酯及因逆合成分析法及合成石竹烯，银杏内酯及前列腺素等近前列腺素等近100个天然产物的全合成。个天然产物的全合

16、成。其有机合成设计理论的其有机合成设计理论的确立使有机合成从确立使有机合成从“科学的艺术科学的艺术”转化为可以计划的转化为可以计划的“系统工系统工程程”。第二十三页，本课件共有55页）（19）1994年，年，G.A.Olah,碳正离子化学领域的研究碳正离子化学领域的研究（20）2001年，年，K.B.Sharpless等，不对称合成等，不对称合成（21）2005年，伊夫年，伊夫.肖万（法）；罗伯特肖万（法）；罗伯特.布拉格（美）；理查德布拉格（美）；理查德.施罗克施罗克（美）（美）烯烃的复分解反应烯烃的复分解反应居里夫人：居里夫人：1903（发现放射性物质，物理），（发现放射性物质，物理），1

17、911年（提炼镭和钋，化学）年（提炼镭和钋，化学）鲍林：鲍林：1954（量子力学用于化学领域并阐明化学键的本质），（量子力学用于化学领域并阐明化学键的本质），1962（反对（反对核试验运动）核试验运动）桑格：桑格：1958（发现胰岛素分子），（发现胰岛素分子），1980（确定核酸的碱基排列顺序及其结构（确定核酸的碱基排列顺序及其结构第二十四页，本课件共有55页2有机合成属于基础研究有机合成属于基础研究,研究目标分子的合成及方法学的研究目标分子的合成及方法学的研究研究第二十五页，本课件共有55页四、四、有机合成发展的基点有机合成发展的基点(或图径或图径)1完成特定目标分子的合成完成特定目标分子的

18、合成从天然产从天然产物中寻求物中寻求有价值的有价值的先导化合先导化合物物,进而进进而进行全合成或行全合成或修饰合成。修饰合成。例如例如:吗啡的结构修饰吗啡的结构修饰第二十六页，本课件共有55页以胆酸为原料合成熊去氧胆酸以胆酸为原料合成熊去氧胆酸第二十七页，本课件共有55页紫杉醇的半合成紫杉醇的半合成紫杉醇紫杉醇10-去乙酰基浆果赤霉素去乙酰基浆果赤霉素(11个手性中心个手性中心,多个取代基多个取代基)(Denis,欧洲红豆杉欧洲红豆杉,0.1%)修饰策略修饰策略:保护保护C7-OH,酯化酯化C10-OH,后在后在C13-OH接上侧联接上侧联,去保护去保护),参见参见DenisJN,J.Amer

19、.Chem.Soc.,1988,110:5917.)第二十八页，本课件共有55页主要工作主要工作:不对称合成侧链不对称合成侧链:从顺式肉桂醇从顺式肉桂醇,经经Sharpless环氧化环氧化,和区域性和区域性开裂环氧开裂环氧。第二十九页，本课件共有55页青蒿酸的修饰合成青蒿酸的修饰合成(脱羰青蒿素脱羰青蒿素)参见参见:吴毓林等吴毓林等,药学学报药学学报,1991,26(3):228.第三十页，本课件共有55页青蒿素的全合成青蒿素的全合成(See:ZhouWS,Acta.ChimicaSinica,1979,37:215)分析过程分析过程:香茅醛第三十一页，本课件共有55页第三十二页，本课件共有5

20、5页:-胡萝卜素的全合成第三十三页，本课件共有55页胆固醇的全合成胆固醇的全合成第三十四页，本课件共有55页第三十五页，本课件共有55页第三十六页，本课件共有55页第三十七页，本课件共有55页第三十八页，本课件共有55页第三十九页，本课件共有55页第四十页，本课件共有55页(2)新反应新反应碳碳-碳双键形成的方法之一碳双键形成的方法之一:羧酸脱羰形成端烯羧酸脱羰形成端烯第四十一页，本课件共有55页碳碳-碳双键形成的方法之二碳双键形成的方法之二:利用新生钛偶联羰基形成位阻较大的烯烃利用新生钛偶联羰基形成位阻较大的烯烃第四十二页，本课件共有55页(3)新方法新方法如电化学、光化学方法如电化学、光化

21、学方法R1为芳基及烷基为芳基及烷基,R2为酰基或酯基。为酰基或酯基。第四十三页，本课件共有55页在溶液中进行的反应在溶液中进行的反应:其机理如下其机理如下:阳极反应阳极反应:阴极反应阴极反应:第四十四页，本课件共有55页应用于呋喃酮的合成应用于呋喃酮的合成(有机化学有机化学,1998,17(5):454)第四十五页，本课件共有55页3利用优势原料进行特定目标分子的合成利用优势原料进行特定目标分子的合成第四十六页，本课件共有55页第四十七页，本课件共有55页第四十八页，本课件共有55页五、有机合成面临的发展趋势五、有机合成面临的发展趋势有机合成的主要方向可归结为有机合成的主要方向可归结为“多、快

22、、好、多、快、好、省省”四个字。四个字。“多多”：多样性导向有机合成。：多样性导向有机合成。“快快”：要求有机合成高效快捷：要求有机合成高效快捷“好好”：合成过程及合成产品的环境友好和通过：合成过程及合成产品的环境友好和通过反应达到高选择性反应达到高选择性“省省”：合成过程的材料（试剂、原子）、资：合成过程的材料（试剂、原子）、资源、能源、时间、人力的节省及废弃无的减少、源、能源、时间、人力的节省及废弃无的减少、第四十九页，本课件共有55页1有机合成的化学效率有机合成的化学效率（1）化学反应的内在效率化学反应的内在效率选择性：选择性：化学、区域、立体选择性化学、区域、立体选择性原子经济性：原子

23、利用度、副产物。原子经济性：原子利用度、副产物。（2）外在工艺效率外在工艺效率经经济：劳动力、时间、能源、设备济：劳动力、时间、能源、设备环境因素：废弃物、安全性、自然资源环境因素：废弃物、安全性、自然资源（3）一瓶反应是提高合成效率的一种有效途径一瓶反应是提高合成效率的一种有效途径（串联反应多米诺反应、多组分偶联反应）（串联反应多米诺反应、多组分偶联反应）第五十页，本课件共有55页2多样性导向有机合成多样性导向有机合成第五十一页，本课件共有55页3反应原料反应原料自然界中稳定的碳资源（自然界中稳定的碳资源（CO、CO2)和氮资源和氮资源（N2).合成子与合成砌块合成子与合成砌块Lippard

24、（2000年，年，Nature)归纳的三个基础化学新前沿：归纳的三个基础化学新前沿：A探索把丰产生物资源转化为化学上有用的小分子探索把丰产生物资源转化为化学上有用的小分子砌块砌块B创造不使用危险物质或不使用危险物质，用可再生创造不使用危险物质或不使用危险物质，用可再生资源产生化学品或化学过程资源产生化学品或化学过程C控制一个小分子与另一个小分子反应的方位控制一个小分子与另一个小分子反应的方位第五十二页，本课件共有55页4 主要工作开发和研究功能分子的实用合成路线。开发和研究功能分子的实用合成路线。实现结构新奇复杂、活性独特的天然产物的全合成。实现结构新奇复杂、活性独特的天然产物的全合成。为生命

25、科学和材料科学提供新的功能分子，需建立为生命科学和材料科学提供新的功能分子，需建立新的合成方法、建立新的理论和概念。新的合成方法、建立新的理论和概念。绿色化学成为新的目标、方向和挑战。绿色化学成为新的目标、方向和挑战。最理想的有机合成：用简单的、安全的、环境友好的、最理想的有机合成：用简单的、安全的、环境友好的、资源有效的的操作，快速、定量地把价廉、易得的资源有效的的操作，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（最终是实起始原料转化为天然或设计的目标分子（最终是实用的）。用的）。第五十三页，本课件共有55页2002-2010年年Nobel化学奖化学奖年份年份获奖者获奖者获

26、奖贡献获奖贡献2002约翰约翰.芬恩（美）；田中耕一（日）；芬恩（美）；田中耕一（日）；库尔库尔特特.维特里希（瑞士）维特里希（瑞士）生物大分子研究生物大分子研究2003彼得彼得.阿格雷（以）；阿格雷（以）；罗德里克罗德里克.麦金龙（美）麦金龙（美）发现细胞膜水通道发现细胞膜水通道2004阿龙阿龙.切哈诺沃（以）；阿夫拉姆切哈诺沃（以）；阿夫拉姆.赫什科（以）赫什科（以）；欧文；欧文.罗斯（美）罗斯（美）发现泛素调节的蛋白质降解，并阐述发现泛素调节的蛋白质降解，并阐述这一了这一了死亡死亡的机理的机理2005伊夫伊夫.肖万（法）；罗伯特肖万（法）；罗伯特.布拉格（美）；理布拉格（美）；理查德查德

27、.施罗克（美）施罗克（美）烯烃的复分解反应烯烃的复分解反应2006罗杰罗杰.科恩伯格科恩伯格(美国）美国）真核转录的分子基础（真核转录的分子基础（2007格哈德格哈德.埃特尔埃特尔(德国）德国）固体表面化学固体表面化学2008下村修（日）、马丁下村修（日）、马丁沙尔菲（美）和美籍华沙尔菲（美）和美籍华裔科学家钱永健裔科学家钱永健 绿色荧光蛋白绿色荧光蛋白 2009万卡特拉曼万卡特拉曼-莱马克里斯南莱马克里斯南(英）英）、托马斯、托马斯-施施泰茨泰茨(美美)和阿达和阿达-尤纳斯尤纳斯(以以)核糖体的结构和功能核糖体的结构和功能”2010理查德理查德赫克（美）、根岸荣一（日）和铃赫克（美）、根岸荣一（日）和铃木章（日）木章（日）钯催化交叉偶联反应。钯催化交叉偶联反应。第五十四页，本课件共有55页感谢大家观看第五十五页，本课件共有55页