有機(jī)合成發(fā)展歷史和測(cè)試儀器簡(jiǎn)介

鄭曉鑫

2014.11.4有機(jī)合成簡(jiǎn)介1、前言有機(jī)合成是有機(jī)化學(xué)中最富活力的領(lǐng)域有機(jī)合成是表現(xiàn)有機(jī)化學(xué)家非凡創(chuàng)造力的舞臺(tái)1.1資料：1900-2000年的100年中，化學(xué)合成和分離了2285萬(wàn)種化合物（包括天然產(chǎn)物、藥物、材料等）。其中大部分都是有機(jī)合成的產(chǎn)物。許多天然存在的有機(jī)化合物，包括復(fù)雜的天然產(chǎn)物，都可以用有機(jī)合成方法制得。

1.2有機(jī)合成是有機(jī)化學(xué)中永不枯竭的研究資源:生命科學(xué):生物大分子，生物活性分子，生化分析試劑等醫(yī)藥學(xué):藥物，藥理、病理分析試劑等農(nóng)業(yè):農(nóng)藥、農(nóng)用化學(xué)品等石油:石油化工產(chǎn)品等材料科學(xué):高分子化合物，功能材料等食品:食品添加劑等日用化工:染料，涂料，化裝品等1.3有機(jī)合成是推動(dòng)有機(jī)化學(xué)發(fā)展的永恒動(dòng)力：有機(jī)化學(xué)家在解決有機(jī)合成問(wèn)題過(guò)程中，全面發(fā)展了有機(jī)化學(xué)：化學(xué)結(jié)構(gòu)理論，反應(yīng)理論，合成方法，分離純化方法，結(jié)構(gòu)鑒定方法等。2、有機(jī)合成的歷史回顧2.1尿素的合成（1828年，德國(guó)化學(xué)家Wohler）有機(jī)化學(xué)的開(kāi)始2.2顛茄酮的合成

2.2.11902年，德國(guó)化學(xué)家Willstatter(1915年獲Noble化學(xué)獎(jiǎng)）21steps,overallyield0.7%2.2.21917年，英國(guó)化學(xué)家Robinson(1947年獲Noble化學(xué)獎(jiǎng)）3steps,overallyield90%MannichReaction(1912)2.2.3.維生素B12的合成（Woodward,1977年）

Woodward因在1945-1954年人工合成了奎寧、類固醇、馬錢子堿、羊毛甾醇、麥角堿等近20種復(fù)雜天然產(chǎn)物而1965年獲Noble化學(xué)獎(jiǎng).

在Woodward及Eschenmoser領(lǐng)導(dǎo)下,經(jīng)過(guò)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室，100多位科學(xué)家的共同努力，于1977年完成了維生素B12的全合成工作。

將有機(jī)合成作為一種藝術(shù)展現(xiàn)在世人面前。2.2.4E.J.Corey,(1990年獲Noble化學(xué)獎(jiǎng))

如果說(shuō)Woodward一生奮斗的成就是將有機(jī)合成作為一種藝術(shù)展現(xiàn)在世人面前，那么Corey則是將有機(jī)合成從藝術(shù)轉(zhuǎn)變成為科學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵人物。他的逆合成分析是現(xiàn)代有機(jī)合成化學(xué)的重要基石，推動(dòng)了20世紀(jì)70年代以來(lái)整個(gè)有機(jī)合成領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。

逆合成分析(Retrosyntheticanalysis)Woodward(1981)紅霉素的全合成Y.Kishi(1987)海葵毒素的全合成S.L.Schreiberetal(1993)FK-1012的全合成K.C.Nicolaou&S.L.Schreiber（1994）紫杉醇（Taxol)的全合成C129H223N3O54,分子量2680，64個(gè)手性中心3.有機(jī)波譜分析采用現(xiàn)代儀器分析的方法，測(cè)定有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：樣品消耗量少、省時(shí)、省力、快速、準(zhǔn)確。它不僅可以研究分子的結(jié)構(gòu)，還能探索分子間各種集聚態(tài)的結(jié)構(gòu)（構(gòu)型和構(gòu)象）的狀況，對(duì)人類所面臨的生命科學(xué)、材料科學(xué)的發(fā)展，是極其重要的。

分子運(yùn)動(dòng)形式及對(duì)應(yīng)的光譜范圍在分子光譜中，根據(jù)電磁波的波長(zhǎng)()劃分為幾個(gè)區(qū)域，如下圖所示：

3.1紅外光譜

紅外光譜(InfraredSpectroscopy,IR)的研究開(kāi)始于20世紀(jì)初期，自1940年商品紅外光譜儀問(wèn)世以來(lái)，紅外光譜在有機(jī)化學(xué)研究中得到廣泛的應(yīng)用。

在有機(jī)物分子中，組成化學(xué)鍵或官能團(tuán)的原子處于不斷振動(dòng)的狀態(tài)，其振動(dòng)頻率與紅外光的振動(dòng)頻率相當(dāng)。所以，用紅外光照射有機(jī)物分子時(shí)，分子中的化學(xué)鍵或官能團(tuán)可發(fā)生震動(dòng)吸收，不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)吸收頻率不同，在紅外光譜上將處于不同位置，從而可獲得分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息。3.2質(zhì)譜

質(zhì)譜法是利用帶電粒子在磁場(chǎng)或電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后按照質(zhì)量或質(zhì)荷比（m/z）實(shí)現(xiàn)分離分析，測(cè)定離子質(zhì)量及其強(qiáng)度分布。

這種按質(zhì)量或質(zhì)荷比大小順序排列而成的圖譜就是質(zhì)譜圖。質(zhì)譜分析法主要是通過(guò)對(duì)樣品離子質(zhì)荷比的分析而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品進(jìn)行定性和定量的一種方法電離裝置把樣品電離為離子質(zhì)量分析裝置把不同質(zhì)荷比的離子分開(kāi)經(jīng)檢測(cè)器檢測(cè)之后可以得到樣品的質(zhì)譜圖質(zhì)譜儀基本原理1.質(zhì)譜法是唯一可以確定分子質(zhì)量的方法；2.靈敏度高；3.樣品用量少，通常只需微克級(jí)樣品，檢出限可達(dá)10-14g；4.質(zhì)譜儀種類很多，應(yīng)用范圍廣，可進(jìn)行同位素分析，也可進(jìn)行化學(xué)分析，可進(jìn)行無(wú)機(jī)成分、有機(jī)結(jié)構(gòu)分析，生物樣品分析；被分析對(duì)象：氣體、液體、固體。優(yōu)點(diǎn)3.3核磁共振譜

NMR：磁性核受幅射而發(fā)生躍遷所形成的吸收光譜。是研究分子結(jié)構(gòu)、構(gòu)型構(gòu)象等的重要方法。核磁共振的研究對(duì)象：

磁性核，即具有磁矩的原子核。磁矩是由于核的自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。并非所有同位素的原子核都具有自旋運(yùn)動(dòng)。原子核的自旋運(yùn)動(dòng)與自旋量子數(shù)I有關(guān)。

核磁共振波譜的測(cè)定樣品：純度高，固體樣品和粘度大的液體樣品必須溶解。溶劑：氘代試劑。標(biāo)準(zhǔn)：四甲基硅烷（內(nèi)標(biāo)法，外標(biāo)法）化學(xué)位移偶合常數(shù)積分高度

NMR譜的結(jié)構(gòu)信息

化學(xué)位移積分高度偶合常數(shù)1HNMR譜中的峰面積(peakarea)正比于等價(jià)質(zhì)子的數(shù)目用積分曲線表示峰面積。積分曲線的高度與峰面積成正比關(guān)系。例：乙醇CH3CH2OH

3組質(zhì)子的積分曲線高度比為3：2：1積分曲線(integrationline)影響化學(xué)位移的因素

氫核受到的屏蔽作用越大，峰越在高場(chǎng)出現(xiàn)，δ越小。誘導(dǎo)效應(yīng)共軛效應(yīng)各向異性效應(yīng)拉電子基團(tuán)：去屏蔽效應(yīng)，化學(xué)位移增大推電子基團(tuán)：屏蔽效應(yīng)，化學(xué)位移減小誘導(dǎo)效應(yīng)：

Y－H中Y的電負(fù)性越大，1H周圍電子云密度越低，屏蔽效應(yīng)越小，越靠近低場(chǎng)出峰，δ值越大。化合物CH3FCH3OHCH3ClCH3BrCH3ICH4TMS電負(fù)性4.03.53.02.82.52.11.8δ4.263.143.052.682.160.230共軛效應(yīng)供電子共軛效應(yīng)，苯環(huán)電子云密度增大。氫核電子云密度增大，屏蔽作用增大，向高場(chǎng)移動(dòng)，δ值減小。各向異性效應(yīng)：氫核與某功能基因空間位置不同，受到屏蔽作用不同，導(dǎo)致其化學(xué)位移不同。原因：在外磁場(chǎng)的作用下，由電子構(gòu)成的化學(xué)鍵會(huì)產(chǎn)生一個(gè)各向異性的附加磁場(chǎng),使得某些位置的核受到屏蔽,而另一些位置上的核則為去屏蔽?；瘜W(xué)鍵的各向異性效應(yīng)各類質(zhì)子的化學(xué)位移值范圍131211109876543

210RCH2-O=C-CH2-C=C-CH2-CCCH2-CH2--CH2