精细有机合成-回顾与展望.ppt
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1、精细有机合成精细有机合成 钱鹰钱鹰 博士,副教授,硕士生导师博士,副教授,硕士生导师 Email: 主要研究方向:有机光电功能材料主要研究方向:有机光电功能材料 本课程主要内容本课程主要内容v绪论绪论 有机合成回顾与展望有机合成回顾与展望v官能团化学基础官能团化学基础v构成碳链和环状化合物的重要有机合成反应构成碳链和环状化合物的重要有机合成反应v碳碳-碳键的形成碳键的形成v合成策略和复杂分子的全合成合成策略和复杂分子的全合成v氧化反应氧化反应v还原反应还原反应v不对称合成不对称合成v有机合成新方法有机合成新方法 第一章第一章 绪论绪论回顾与展望回顾与展望 回顾有机合成一百年来的几个发展阶段回顾
2、有机合成一百年来的几个发展阶段综述每一阶段的典型科学史事件、反应实例综述每一阶段的典型科学史事件、反应实例和结构理论研究的重要成果和结构理论研究的重要成果 有机化学三个研究领域有机化学三个研究领域(1 1)天然产物的分离、鉴定和结构测定)天然产物的分离、鉴定和结构测定(2 2)物理有机化学)物理有机化学(3 3)有机合成)有机合成现代有机合成回顾与进展现代有机合成回顾与进展v有机合成的初创期有机合成的初创期v有机合成的艺术期有机合成的艺术期v科学与艺术的融合期科学与艺术的融合期艺术期艺术期科学艺术科学艺术融合融合初创期初创期有机合成有机合成1.1初创期初创期19世纪到世纪到20世纪初世纪初18
3、28年德国化学家维勒合成尿素年德国化学家维勒合成尿素1840年德国化学家柯尔柏合成醋酸年德国化学家柯尔柏合成醋酸1850年法国化学家贝特洛合成油脂年法国化学家贝特洛合成油脂19世纪初法国化学家拉瓦锡、德国化学家李比希和英国物世纪初法国化学家拉瓦锡、德国化学家李比希和英国物理、化学家法拉第发展定量测定有机物组成的方法理、化学家法拉第发展定量测定有机物组成的方法19世纪有机物结构理论的建立,中心内容包括碳的四价和世纪有机物结构理论的建立,中心内容包括碳的四价和成键(德国化学家凯库勒和英国化学家库帕,成键(德国化学家凯库勒和英国化学家库帕,1858),苯),苯的结构(凯库勒,的结构(凯库勒,1865
4、),碳价键的四面体构型(荷兰化),碳价键的四面体构型(荷兰化学家范托夫和法国化学家勒贝尔学家范托夫和法国化学家勒贝尔)1828 Wohler合成尿素合成尿素.1856年Hofmann和Perkin得到了第一个人工合成的染料苯胺紫苯胺紫苯胺紫茜茜红红(1,2-二羟基蒽醌)二羟基蒽醌)靛蓝靛蓝(联(联-2-亚吲哚亚吲哚-3-酮)酮)苯的分子轨道图八元环八元环环辛四烯环辛四烯Cyclooctatetraene环丁二烯环丁二烯2+2环加成反应实例 1901-1910年间年间,G.Ciamacian和和P.Silber在意大利在意大利进行光化学反应研究进行光化学反应研究肉桂酸肉桂酸反反-2,4-二苯基环
5、丁烷二苯基环丁烷-反反-1,3-二甲酸二甲酸苯甲醛苯甲醛三三甲基乙烯甲基乙烯环氧环氧丙烷丙烷颠茄酮的合成v1902年年Willstatter以近以近20步反应合成步反应合成颠茄酮颠茄酮v1917年年R.Robinson在中性水介质中在中性水介质中(生理条生理条件件)一步缩合得到一步缩合得到颠茄酮,开创了天然产物颠茄酮,开创了天然产物的生物合成的生物合成Willstatter完成的茛宕完成的茛宕碱(碱(tropine)的合成路线的合成路线 R.Robinson的的tropine合成路线合成路线 琥珀醛琥珀醛甲胺甲胺丙酮二甲酸丙酮二甲酸Mannich反应反应结构理论和反应方法研究结构理论和反应方法
6、研究v1874年年W.Korner验证了苯的结构。验证了苯的结构。v1885年年W.H.Perkin的碳环合成。的碳环合成。v1911年年R.Willstatter合成环辛四烯和合成环辛四烯和1905年对环丁年对环丁二烯高度不稳定结构的研究。二烯高度不稳定结构的研究。v1901-1910年年G.Ciamacian和和P.Silber发现第一发现第一个个2+2环加成反应。环加成反应。v1917年年R.Robinson完成颠茄酮的合成。完成颠茄酮的合成。.1.2 艺术期艺术期 20世纪上半世纪上半叶叶v研究技术全面革新研究技术全面革新v有机物结构理论的重要进展有机物结构理论的重要进展v新的反应方法
7、研究新的反应方法研究v天然产物全合成天然产物全合成1.2.1 研究技术革新研究技术革新v紫外光谱、红外光谱、核磁共振、紫外光谱、红外光谱、核磁共振、X射线衍射射线衍射v吸附色层分析、离子交换树脂、质谱分析、色谱质吸附色层分析、离子交换树脂、质谱分析、色谱质谱联用谱联用v多肽合成中的固相合成法多肽合成中的固相合成法1.2.2 有机物结构理论重要进展有机物结构理论重要进展v有机反应的选择性有机反应的选择性 化学选择性、区域选择性、立体选择性化学选择性、区域选择性、立体选择性v构象分析构象分析v轨道对称守衡原理轨道对称守衡原理v过渡金属有机化学的发展过渡金属有机化学的发展构象分析构象分析vK.S.P
8、itzer证实分子内旋转中存在着非键合相互作用的能垒 vO.Hassel确立了环己烷体系的椅式构象、直立和平伏键以及构象转换 v1950年有机化学家D.H.R.Barton建立了构象分析理论体系 环辛四环辛四烯烯Cyclooctatetraene4n systems,8 pi electronsNonplanar“tub”conformationHuckels rule does not apply环丁二烯环丁二烯三元环三元环环丙烯体系环丙烯体系aromaticantiaromatic七元环七元环环庚三烯离子环庚三烯离子Cycloheptatrienyl Ions环庚三烯负离子环庚三烯负离子a
9、ntiaromatic环庚三烯正离子环庚三烯正离子aromaticCyclooctatetraene Dianion环辛四烯环辛四烯二价负离子二价负离子aromatic10 轮烯轮烯aromaticaromaticnonaromatic1.2.2 有机物结构理论重要进有机物结构理论重要进展展v有机反应的选择性有机反应的选择性 化学选择性、区域选择性、立体选择性化学选择性、区域选择性、立体选择性v构象分析构象分析v轨道对称守衡原理轨道对称守衡原理v过渡金属有机化学的发展过渡金属有机化学的发展Claisen重排重排苯基烯丙基醚苯基烯丙基醚邻烯邻烯丙基苯酚丙基苯酚烯烯丙基乙烯基醚丙基乙烯基醚4-戊烯
10、醛戊烯醛3-苯基苯基-1,5-已二烯已二烯1-苯基苯基-1,5-已二烯已二烯Cope重排重排轨道对称守衡原理 v有机化学家有机化学家Woodward和量子化学家和量子化学家Hoffman共同提出了轨道对称守衡原理共同提出了轨道对称守衡原理v分子轨道对称守恒原理认为:化学反应是分分子轨道对称守恒原理认为:化学反应是分子轨道进行重新组合的过程,在一个协同反子轨道进行重新组合的过程,在一个协同反应中,分子轨道的对称性是守恒的应中,分子轨道的对称性是守恒的 1.2.2 有机物结构理论重要进展有机物结构理论重要进展v有机反应的选择性有机反应的选择性 化学选择性、区域选择性、立体选择性化学选择性、区域选择
11、性、立体选择性v构象分析构象分析v轨道对称守衡原理轨道对称守衡原理v过渡金属有机化学的发展过渡金属有机化学的发展1.2.3 新的反应方法研究新的反应方法研究v均相不对称催化氢化均相不对称催化氢化v手性硼氢化反应手性硼氢化反应v-二羰基化合物的环硫醚合成法二羰基化合物的环硫醚合成法v四叔丁基正四面烷的合成四叔丁基正四面烷的合成L-多巴的合成多巴的合成 L-多巴多巴 手性膦配位体手性膦配位体-铑试剂铑试剂 均相手性催化剂用于手性丁内酯的合成均相手性催化剂用于手性丁内酯的合成-酮酸酮酸 手性铜络合物催化剂用于手性铜络合物催化剂用于天然天然的(的(+)-反菊酸酯的合成反菊酸酯的合成(+)-反菊酸酯反菊
12、酸酯 双蒎基硼烷和蒎基硼烷的合成双蒎基硼烷和蒎基硼烷的合成 0放置重结晶 硼硼氢化氢化-蒎烯蒎烯 双蒎基硼烷双蒎基硼烷 蒎基硼烷蒎基硼烷-蒎烯蒎烯 三氟化硼的乙醚溶液三氟化硼的乙醚溶液 手性硼氢化试剂pcBHR*用于(1s,2s)-反-2-甲基环戊醇的合成重结晶重结晶1-甲基环戊烯甲基环戊烯硼硼氢化氢化氧化氧化(1s,2s)-反反-2-甲基环戊醇甲基环戊醇蒎基硼烷蒎基硼烷 双蒎基硼烷双蒎基硼烷 手性硼氢化试剂手性硼氢化试剂pcBHR*和和pc2BR*用于手性烷基硼酸酯的合成用于手性烷基硼酸酯的合成手性烷基硼酸酯手性烷基硼酸酯(1s,2s)-(+)-2-甲基环戊基硼酸二乙酯甲基环戊基硼酸二乙酯(
13、s)-(+)-丁丁-2-基硼酸二乙酯基硼酸二乙酯 1.2.3 新的反应方法研究新的反应方法研究v均相不对称催化氢化均相不对称催化氢化v手性硼氢化反应手性硼氢化反应v-二羰基化合物的环硫醚合成法二羰基化合物的环硫醚合成法v四叔丁基正四面烷的合成四叔丁基正四面烷的合成v3+2环加成环加成3-甲基甲基庚庚-2,4-二酮的合成二酮的合成 丁硫羟酸丁硫羟酸3-溴丁溴丁-2-酮酮S-烷基化烷基化缩环缩环化,硫消除化,硫消除-二羰基化合物二羰基化合物环硫醚合成法机理分子内亲核进攻分子内亲核进攻环硫环硫中间体中间体以半缩酮以半缩酮开环开环脱硫脱硫-二羰基化合物二羰基化合物维生素维生素B12前体的合成前体的合成
14、内硫酰胺内硫酰胺过过氧化苯甲酰氧化苯甲酰氧化氧化二二硫化物硫化物环酰基烯胺环酰基烯胺硫醚硫醚中间体中间体环环化、开环、脱硫化、开环、脱硫脱氢氰酸脱氢氰酸联四环前体联四环前体环酰基烯胺环酰基烯胺胺氰胺氰酰基硫代酰基硫代内硫酰胺内硫酰胺1.2.3 新的反应方法研究新的反应方法研究v均相不对称催化氢化均相不对称催化氢化v手性硼氢化反应手性硼氢化反应v-二羰基化合物的环硫醚合成法二羰基化合物的环硫醚合成法v四叔丁基正四面烷的合成四叔丁基正四面烷的合成四叔丁基正四面烷的合成四叔丁基正四面烷的合成 正四面烷正四面烷环环丁二烯丁二烯双双自由基自由基四叔四叔丁基环戊二烯酮丁基环戊二烯酮交叉环化交叉环化失去失去
15、CO四叔丁基环丁二烯四叔丁基环丁二烯四叔丁基正四面烷四叔丁基正四面烷1.2.4 复杂天然产物的全合成复杂天然产物的全合成 v维维 生生 素素 B12的的 合合 成成,R.B.Woodward和和 A.Eschenmoser,1977v高高效效植植物物生生长长素素赤赤霉霉酸酸(gibberellic acid)的的合合成成,E.J.Corey,1978v杀杀真真菌菌莫莫能能菌菌素素(monensin)的的合合成成,Y.Kishi,1979v抗抗癌癌性性美美登登木木素素(maytanosine)合合成成,E.J.Corey,1980v抗抗菌菌素素红红霉霉素素(erythromycin)的的合合成成
16、,R.B.Woodward,1981维生素维生素B12R.B.Woodward和和A.Eschenmoser,1977红霉素红霉素 抗菌素红霉素(抗菌素红霉素(erythromycin)R.B.Woodward,1981美登素美登素抗癌性美登木素(抗癌性美登木素(maytanosine)E.J.Corey,1980天然产物合成的其他成果天然产物合成的其他成果天然色素的分离鉴定和合成天然色素的分离鉴定和合成 包括胡萝卜素、花色素、黄酮、血红素包括胡萝卜素、花色素、黄酮、血红素大环酮香料的分离鉴定和合成大环酮香料的分离鉴定和合成 包括麝香酮、灵猫酮包括麝香酮、灵猫酮单糖的呋喃和呋喃型环系结构的证实
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