精細(xì)有機(jī)合成第一章課件

精細(xì)有機(jī)合成MinuteOrganicSynthesis

2010年9月第一章緒論

第二章碳碳鍵的形成

第三章成環(huán)反應(yīng)

第四章逆合成分析和分子的切斷

第五章還原反應(yīng)

第六章氧化反應(yīng)

第七章有機(jī)合成中的保護(hù)基

第八章不對(duì)稱合成簡介

第一章：緒論preface

一、有機(jī)化學(xué)與有機(jī)合成有機(jī)化學(xué)：是研究有機(jī)化合物的來源、制備、結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用以及有關(guān)理論和方法學(xué)的科學(xué)。有機(jī)化合物：含有碳元素的化合物，其它元素包括氫、氧、氮、硫、磷、鹵素及一些金屬元素。其它一些不含碳元素的有機(jī)化合物，如硅氧烷等有機(jī)硅類化合物。有機(jī)化合物特點(diǎn)：組成的元素較少，數(shù)量多（達(dá)千萬個(gè)）。名稱由來：最初是從動(dòng)植物等有機(jī)體中提煉出來的，早期無法人工合成，但目前已經(jīng)能夠人工合成復(fù)雜的有機(jī)化合物—有機(jī)合成化學(xué)。有機(jī)化學(xué)發(fā)展領(lǐng)域

物理有機(jī)化學(xué)有機(jī)合成化學(xué)天然產(chǎn)物化學(xué)天然產(chǎn)物合成金屬有機(jī)化學(xué)不對(duì)稱催化綠色化學(xué)有機(jī)材料化學(xué)藥物化學(xué)與藥物設(shè)計(jì)農(nóng)藥化學(xué)化學(xué)生物學(xué)是有機(jī)化學(xué)中最富有活力的分支學(xué)科

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)。有機(jī)合成是化學(xué)科學(xué)對(duì)人類文明作出重大貢獻(xiàn)的領(lǐng)域。有機(jī)合成化學(xué)有機(jī)合成化學(xué)，是化學(xué)最中心的研究與生產(chǎn)任務(wù)之一，是新中間體、新藥、新材料、新催化劑等最主要的來源，是化學(xué)學(xué)科中最活躍、最具創(chuàng)造性的領(lǐng)域，也是整個(gè)科學(xué)界最活躍的方向。現(xiàn)在，全世界化學(xué)工作者每年合成近百萬種新化合物。

迄今人類已知的近2500萬種物質(zhì)中，絕大多數(shù)為有機(jī)化合物（約90%以上），90%以上由人工合成。所以，有機(jī)合成理所當(dāng)然地成為合成化學(xué)最主要的內(nèi)容。

基本有機(jī)合成工業(yè)精細(xì)有機(jī)合成工業(yè)

化學(xué)工業(yè)中生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品的領(lǐng)域。精細(xì)化學(xué)品：原指產(chǎn)量小、純度高、價(jià)格貴的化工產(chǎn)品。專用化學(xué)品：歐美一些國家把產(chǎn)量小、按不同化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)和銷售的化學(xué)物質(zhì)，稱為精細(xì)化學(xué)品；把產(chǎn)量小、經(jīng)過加工配制、具有專門功能或最終使用性能的產(chǎn)品。中國、日本等則把這兩類產(chǎn)品統(tǒng)稱為精細(xì)化學(xué)品。中國精細(xì)化學(xué)品大致包括：醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、涂料、顏料、信息技術(shù)用化學(xué)品（包括感光材料、磁記錄材料等）、化學(xué)試劑和高純物質(zhì)、食品添加劑和飼料添加劑、催化劑、膠粘劑、助劑、表面活性劑、香料等。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，精細(xì)化學(xué)品的開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嚅_拓，新的門類將不斷增加。精細(xì)化學(xué)品的品種繁多，無機(jī)化合物、有機(jī)化合物、聚合物以及它們的復(fù)合物。

有機(jī)合成目的和任務(wù)：

1.制備有用的分子：醫(yī)藥、染料、天然產(chǎn)物等。

2.證實(shí)化合物結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理.識(shí)譜

3.尋找新的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)和試劑.

任務(wù):得到所需要的產(chǎn)物

尋找新的合成方法

提高合成技巧

用于化學(xué)結(jié)構(gòu)的證明,發(fā)現(xiàn)重要規(guī)則:次序規(guī)則,定位規(guī)則等

理論基礎(chǔ)研究:反應(yīng)機(jī)理研究三、有機(jī)合成的回顧

3.1有機(jī)合成的發(fā)展歷程

1828年德國化學(xué)家FriedrichW?hler維勒NH4OCN(氰酸銨)NH2–C–NH2(尿素)O△AmmoniumCyanateurea巴斯德分離到兩種酒石酸結(jié)晶1947年

魯賓遜（SirRobertRobinson，1886—1975）

英國人，研究生物堿和其它植物制品近代有機(jī)合成RobertRobinson(1)

化學(xué)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性及化學(xué)過程之間的關(guān)系(2)

將機(jī)理分析應(yīng)用于有機(jī)合成(3)

使有機(jī)合成第一次成為一門課程

近代有機(jī)合成的功績首推RobertRobinson:R.B.Woodward---一位不斷向最復(fù)雜的天然有機(jī)物分子挑戰(zhàn)的人（1）喹啉（7）葉綠素（1960年）（2）利血平（1956年）（8）維生素B12(1973年，15年,一百多人參加）（3）膽甾醇（1951年）(9)紅霉素(262144個(gè)異構(gòu)體之一,49人參加）（4）馬錢子堿（1954年）（5）羊毛甾醇（1954年）（6）四環(huán)素（1963年）1965年,伍德沃德(RobertBurnsWoodward，1917—1979,1965年諾貝爾得主)美國人，人工合成固醇、葉綠素、維生素B12和其他只存在于生物體中的物質(zhì)。

1990年,科里(E．J．Corey)美國人，1990年,E.J.Corey,創(chuàng)建了一種獨(dú)特的有機(jī)合成理論—逆合成分析理論反向合成分析在有機(jī)合成的理論和方法方面的貢獻(xiàn)極大豐富了有機(jī)化學(xué)的理論寶庫,有機(jī)合成化學(xué)已經(jīng)從科學(xué)進(jìn)入到了科學(xué)-藝術(shù)的殿堂。Nicolaou.K.C:Taxol(紫杉醇)(1994).

紫杉醇1990年引起關(guān)注1962年開始研究短葉紅豆杉生長緩慢的矮小灌木,紫杉醇存在樹皮中,含量平均為0.015%,提取機(jī)率為0.01%,據(jù)估計(jì),從100年的紅豆杉樹皮中大約提取300mg紫杉醇,僅夠癌癥患者一次用藥的劑量.FDA1992年獲批抗癌藥上市,1400sd/mg卵巢癌,乳腺癌,肺癌,黑素瘤

四、有機(jī)合成發(fā)展趨勢(shì)

發(fā)現(xiàn)有效的方法，用簡單的合成步驟以合理的產(chǎn)量合成所有重要分子，并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

4.1面臨的挑戰(zhàn)主要有兩個(gè)方面：首先是如何應(yīng)用和創(chuàng)造各種各樣的選擇反應(yīng)，以應(yīng)付合成中隨時(shí)會(huì)遇到的化學(xué)、區(qū)域及立體選擇性要求，從而達(dá)到目標(biāo)分子所指定的構(gòu)造與構(gòu)型。反應(yīng)底物中若存在兩個(gè)官能團(tuán)，發(fā)生反應(yīng)時(shí)只有一個(gè)官能團(tuán)起反應(yīng)的；或者反應(yīng)產(chǎn)物中有多個(gè)可能產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)中只生成一種的反應(yīng)都被稱為專一性的（specific）反應(yīng)。若以某一個(gè)官能團(tuán)反應(yīng)為主或某一種結(jié)構(gòu)產(chǎn)物為主的反應(yīng)都被稱為選擇性（selective）反應(yīng)。NaBH4只與反應(yīng)底物的羰基作用，而烯烴在反應(yīng)前后無變化，為化學(xué)專一性的（chemospecific）反應(yīng)

幾個(gè)產(chǎn)物中以三取代烯烴為主要產(chǎn)物，為位置選擇性（regioselective）反應(yīng)位置專一和立體專一性的（setereospecfic）反應(yīng)Br2對(duì)烯烴反式加成生成一對(duì)消旋產(chǎn)物，是非對(duì)映專一性（diastereospecific）反應(yīng)反應(yīng)5則是對(duì)映選擇性（enantioselective）反應(yīng)。

合成:化學(xué)選擇性位置選擇性立體選擇性

第二方面是如何采用最恰當(dāng)?shù)牟呗灾贫ǔ鲎詈侠淼暮铣陕肪€。每個(gè)合成目標(biāo)分子都作為單獨(dú)的問題進(jìn)行個(gè)別解決，尚無在實(shí)際工作中可以采用的通用原理和步驟。ArtinOrganicSynthesis,NityaAnand,JasjitS.Bindra,1969。TheArtandScienceofTotalSynthesisattheDawnoftheTwenty-FirstCentury,K.C.Nicolaou,DionisiosVourloumis,NicolasWinssinger,andPhilS.Baran,2000。4.2有機(jī)合成促進(jìn)其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展

4.3有機(jī)化學(xué)為本課程的基礎(chǔ)：有機(jī)物烴烴的衍生物鏈烴環(huán)烴飽和烴不飽和烴脂環(huán)烴芳香烴鹵代烴含氧衍生物醇醛羧酸CH3－CH3CH3–Br–ClCH3–OH–OHCH3-O-CH3CH3–CHOCH3–COOHCH3-C-CH3OCH2＝CH2CH≡CH酮酚醚酯CH3–COOCH2CH3小結(jié)：常見官能團(tuán)類型官能團(tuán)類型官能團(tuán)烷烴

醚烯烴醛炔烴酮鹵代烴羧酸醇（酚）酯無（碳碳雙鍵）—C≡C—（碳碳三鍵）—X（鹵素）—OH（羥基）R—O—R（醚鍵）—CHO（醛基）>C=O（羰基）—COOH（羧基）—COOR（酯基）有機(jī)物類別特征反應(yīng)烷烴取代反應(yīng)、熱裂解烯烴、炔烴加成反應(yīng)、氧化反應(yīng)、加聚反應(yīng)苯和苯的同系物取代反應(yīng)、加成反應(yīng)、苯的同系物的氧化反應(yīng)醇脫水反應(yīng)、消去反應(yīng)、取代反應(yīng)、酯化反應(yīng)、氧化反應(yīng)、置換反應(yīng)酚取代反應(yīng)、氧化反應(yīng)、縮聚反應(yīng)、顯色反應(yīng)、弱酸的酸通性醛氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、加成反應(yīng)、縮聚反應(yīng)羧酸酯化反應(yīng)、弱酸的酸通性酯水解反應(yīng)單糖還原反應(yīng)（葡萄糖具有醛的性質(zhì)，發(fā)生氧化反應(yīng)）二糖水解反應(yīng)多糖水解反應(yīng)開展合成實(shí)驗(yàn)5查閱文獻(xiàn)2選定課題1產(chǎn)品的純化和驗(yàn)證6整理文獻(xiàn)3確定可行方案4五、進(jìn)行研究工作主要步驟課題背景：了解課題的來龍去脈。有計(jì)劃性、目的性，長打算，短安排。具有重大意義：高效、低毒具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值社會(huì)需求量大符合環(huán)保要求1.選定課題充足資料的收集,對(duì)課題的相關(guān)內(nèi)容尤其是資料搜索的越詳盡越好。“地毯式搜索”盡可能把所有的關(guān)于目標(biāo)化合物的合成方法收集全面。從圖書館,資源網(wǎng)上開展調(diào)研。2.查閱文獻(xiàn)將零散的文獻(xiàn)資料分類、綜述、總結(jié)、綜合3.整理文獻(xiàn)篩選資料設(shè)計(jì)一條或幾條合成路線原則：?1、反應(yīng)步驟盡可能少；?2、每一步的產(chǎn)率盡可能高；?3、反應(yīng)條件盡可能溫和，易于達(dá)到；?4、中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物的分離純化容易進(jìn)行；?5、起始原料、試劑盡可能廉價(jià)易得，反應(yīng)時(shí)間盡可能少。?6、新理念：綠色、原子經(jīng)濟(jì)效率等

4.確定可行方案準(zhǔn)備工作：原料、試劑等的定制開展試驗(yàn)，利用先進(jìn)手段。例如：正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，有機(jī)合成進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬等等。細(xì)心觀察，善于發(fā)現(xiàn)問題，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)記錄，學(xué)習(xí)培養(yǎng)解決問題能力。善于總結(jié)，有所提高和改進(jìn)。5.開展具體的合成實(shí)驗(yàn)工作主要中間體和產(chǎn)品均需經(jīng)過經(jīng)過基本物理性質(zhì)，IR，NMRMS，色譜等盡可能應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)儀器，反映現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)水平。6.對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行純化和驗(yàn)證ToPlanaGoodSynthesis,YouNeedtoKnowReactionsKnowReactionsKnowReactions

March,AdvancedOrganicChemistry;areactionbibleLaRock,ComprehensiveOrganicTransformations;OrganicTransformations;howtogetfromAtoBFieser&FieserandtheEncyclopediaofReagentsEncyclopediaofReagentsforOrganicSynthesis(EROS);whatistheright(EROS);whatistherightreagentforthejob?Howshouldyouuseit?UnderstandChemicalreactivity

FunctionalgroupinteractionsBecomfortablewithorganicreactionmechanismsandarrowpushingnUnderstandandbeabletoextendprinciplesofConformationStereochemistry六、學(xué)習(xí)有機(jī)合成的方法

張招貴《精細(xì)有機(jī)合成與設(shè)計(jì)》，北京：化學(xué)工業(yè)出版社2003。AdvancedOrganicChemistry,PartB,4thed.(Carey/Sundberg;Plenum,2001)即：凱里，《高等有機(jī)化學(xué)》B輯沃倫

《有機(jī)合成設(shè)計(jì)》(英)

丁新騰譯段行信《實(shí)用精細(xì)有機(jī)合成手冊(cè)》北京：化學(xué)工業(yè)出版社2000。顧可權(quán)《有機(jī)合成化學(xué)》上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1987七、參考書目

嵇耀武《路線設(shè)計(jì)——有機(jī)合成的關(guān)鍵》吉林大學(xué)出版社1989黃憲《新編有機(jī)合成化學(xué)》北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003K.C.Nicolaouetal,

TheArtandScienceofTotalSynthesisattheDawnoftheTwenty-FirstCentury

Angew.C