现代有机合成化学

化学有机分子的合成及分析技术引言化学有机分子的合成及分析技术是化学领域中最为基础和重要的一个研究方向。

有机化学家们以不断提高的技术手段和丰富的实验经验，以及广泛的合作和分享，为我们带来了许多令人惊奇的化学合成物和新型材料。

本文将简要介绍有机合成化学和分析技术的基本概念、方法、实用技巧，并讨论现代有机分子合成及分析技术的最新进展和未来发展趋势。

绪论有机合成化学和分析技术是现代化学的基石。

早在18和19世纪，化学家们就已经开始进行各种化学反应，从而合成了许多具有重要生物和实用价值的有机化合物。

这些化合物包括许多伟大的生理活性物质、杀虫剂、染料、药物、精细化工品等。

有机化学家们不仅在化学合成方面做出了巨大的贡献，还在各种分析技术上开展了广泛的研究工作。

今天，有机合成化学和分析技术已经成为化学学科中最为活跃的领域之一，每一年都有大量的研究成果涌现出来。

正文一、有机分子合成技术有机分子合成技术是有机化学的基础。

通过有机分子合成技术，可以合成各种需要的有机分子，从而确定其性质、结构和用途。

有机分子合成技术主要包括以下几种方法：1、格氏反应(GG)格氏反应是一种有机化学里的基础反应，这种反应可以经由芳香化合物的添加，来制造出新的芳香化合物。

一般来说，在反应中会加入两种芳香化合物，通常会添加一个环，将内环与外环连接到了一起。

一个典型的例子就是 Knoevenagel 反应，通过这种方法可以合成各种具有重要药用和工业价值的化合物，如熊果酸、马来酸、甲羟基苯丙酮等。

2、Ir聚合Ir聚合是一种反应，其使用的是还原剂 NADPH，这种反应法会将环状结构转化为直线结构。

这种反应的典型应用是在可持续材料的制造中，可以用于生产生物能源及其相应的形态烯和烷，从而可以在能够被酿造和发酵的条件下，创造出高耐用功能的化学产品，其中包括聚合物、代餐粉等。

3、啶的合成啶的合成是一种重要的有机合成反应，通过这种方法可以合成许多具有特殊化学性能的有机分子，并且可以控制反应过程中的一些参数从而得到特殊结构的产物。

我国现代化学的成就我国现代化学的发展历史可以追溯到20世纪初，在经历了几代人的努力和不断创新下，中国化学获取了显著成就，并逐步成为世界化学领域的重要力量。

下面，我们将从以下方面介绍中国现代化学的成就。

一、化学合成领域的成就我国在化学合成领域取得了重大的成就，具体体现在以下方面:1. 有机合成我国有机合成方面的研究在很大程度上推动了我国有机化学的发展。

如中国科学家黄福元于1970年发明的对苯二酚合成反应、白建中等在1982年发明的多样化合成反应、以及吕堃等在2004年发现的全合成迈开芬新方法等。

2. 催化化学我国在催化化学方面也取得了显著的进展，涉及到的领域包括金属有机化合物催化、非金属氧化物催化、酶催化等。

其中，以李伯钊、苏丹红、马东元、赵叶安、陈威等人的研究为代表，在羧仔明酸催化领域中，我国已成为领先国家之一。

3. 高分子材料我国在高分子材料领域的研究与产业化发展上也展现出显著的成就。

如我国自主研发的聚丙烯材料覆盖世界市场，国内高分子材料厂家亦能利用我们的智慧；筑多孚聚碳酰胺纤维、高性能碳纤维等也广泛应用于航空航天、国防军工、汽车制造等领域。

我国在生物化学领域的发展，主要涉及到中草药成分提取、基因序列测定与分析及生物制药等几个方面。

1. 中草药成分提取中草药及中药成分，是中医药学的重要研究和发展方向之一，我国在此领域拥有丰富的经验和天然资源。

我国在中草药成分的提取及其新方法研究上，不断地推陈出新，例如挥发性成分的环境友好萃取法、以及在中草药中提取单体成分方法等。

2. 基因测序及分析我国在基因测序及分析方面，已取得世界领先水平。

如1999年，中科院研究员肖其新领导的研究团队，首次完成了我国小麦基因组测序；2013年，我国科学家以18个样本为数据源，成功推出了中国裔人群的全基因组图谱。

3. 生物制药生物制药对于医疗领域的贡献非常大，我国也在生物制药领域实现了转型升级。

我国已成为世界生物学制药领域的一支强劲军队，涉及到的领域包括：生物制药新药开发、细胞因子制品、疫苗、抗生素新药等。

现代有机合成化学研究进展现代有机合成化学，作为化学领域中重要的一个分支，对于药物研发、材料科学以及生命科学等领域的发展起到了至关重要的作用。

有机合成化学通过将简单的有机分子经过一系列的反应转化为复杂的有机化合物，为我们解决生活中的诸多问题提供了有效的手段。

近年来，随着合成化学领域的不断发展，许多新的合成方法和策略被提出并成功地应用于有机合成反应中。

首先，不对称合成已经成为现代有机合成化学中的一个重要研究方向。

在有机分子的合成中，不对称性是一项非常重要的特征，因为它能够赋予合成产物独特的结构和性质。

为了实现不对称合成，化学家们开发了许多不对称催化反应，例如铜催化亲电烯丙吡啶的不对称环化反应，以及钯催化的不对称烷基化反应等。

这些反应的发展不仅提供了高效、高选择性的合成方法，而且使得合成的产物在医药和材料科学领域中具有了更广泛的应用。

其次，过渡金属催化反应在现代有机合成中起到了不可替代的作用。

过渡金属催化反应通过在反应中引入过渡金属催化剂，极大地提高了反应的选择性和反应速率。

此外，过渡金属催化反应还使得一些传统上较为困难的反应变得可能，例如碳碳键的形成以及C-H键的活化。

因此，过渡金属催化反应已经成为有机化学家们广泛使用的合成手段。

例如，Suzuki偶联反应、Heck反应和Sonogashira偶联反应等就是通过过渡金属催化实现的。

除此之外，新型的合成策略也成为了现代有机合成研究中的一个重要方向。

例如，多步合成一步完成的策略大大提高了合成的效率。

在具体实践中，合成化学家们通过合理设计反应条件和选择适当的试剂，实现了多步反应的序列，并成功地将它们与其他方法和策略相结合。

此外，光化学和电化学合成也已崭露头角，成为有机合成中备受关注的前沿领域。

这些新型合成策略的出现不仅拓宽了合成的范围，而且提高了合成的效率和可持续性。

值得一提的是，在有机合成化学研究中，不少合成方法和策略的发展是基于反应中间体的合理设计。

通过对反应中间体的合理设计和控制，化学家们能够实现理想的反应条件，并得到高产率和高选择性的产物。

有机化学中的合成方法有机化学是一门研究碳原子化合物的化学学科，是现代化学领域中极其重要的一个分支。

合成方法是有机化学的核心，它掌握了有机化学合成的核心技术，对新药物、农药、精细化学品和新材料的研发有着重要的影响。

有机物合成的特点是随时都会引入一个碳碳键。

在有机合成中，碳碳键的建立有很多种方法，其中包括：加成反应、消除反应、亲核取代反应、芳香取代反应、羰基加成反应等。

1. 加成反应加成反应是指在化学反应中，分子间发生加成反应而形成新的化合物。

加成反应广泛应用于有机物合成中，特别是在构建新的碳碳键方面。

常见的加成反应有烯烃和烯酮的Michael加成反应、烯烃和芳香族羰基化合物的Diels-Alder反应等。

2. 消除反应消除反应是指通过消除过渡态中的一个分子或一个离子来形成新的化合物。

最常见的消除反应是醇酸消除反应，它可以将醇与酸反应得到烯烃。

在有机化学的合成方法中，通过消除反应，可以利用烯丙基化合物、烯醇等中间体建立碳碳键。

消除反应在有机化学中的应用非常广泛，特别是在天然有机物的合成中。

3. 亲核取代反应亲核取代是指在有机化学中，亲核试剂取代一个离子或一个分子，从而形成一个新的化合物。

亲核取代反应通常用在肟化、三氟甲磺酸化等转化中。

最典型的亲核试剂包括氧、氯、酸根等，它们可以在不同的反应条件下发挥反应作用。

4. 芳香取代反应芳香取代反应是指从芳香化合物开始，以换位、偶合、氧化、还原等为基础的反应。

在芳香取代反应中，钌催化的偶合反应、Pd催化的偶合反应、亚胺法等都是常见的反应方法。

芳香取代反应是有机化学中最有价值的反应之一，它被广泛地应用于新药物、新颖材料的合成中。

5. 羰基加成反应羰基加成反应是指通过羰基化物与亲核试剂的加成反应，来制备含有新碳碳键的化合物。

其中，Michael加成是最常见的羰基加成反应之一。

Michael反应通常采用饱和的取代基进行，同时利用羧酸类试剂或其缩酮来诱导质子弱脱离，从而在芳香环上形成甲基羰基复合物。

现代有机合成技术简介报告姓名：田雅明学号：2009291029学院：化学化工学院专业：应用化学近百年来，有机化学对人类文明进程的巨大推动作用与卓越的贡献是不争的事实，而有机合成技术的长足发展又为有机化学的不断创新和其多样性、选择性以及经济性等方面提供了坚实的保障。

有机合成是综合应用各类有机反应及其组合、有机合成新方法、新技术、有机合成设计及策略以获得目标产物的过程。

有机合成既与材料、生命、环保、能源四大支柱学科密切相关，也与我们社会的现代文明和日常生活密切相关。

尤其在当今，新材料和新药物的需求、资源的合理开发和利用、减少或消除环境污染等可持续发展问题为有机合成提出了更高的要求。

早期的有机合成主要是合成自然界中已存在的但含量稀少的有机化合物。

后来根据结构与性质关系的规律性和实际需求，进一步合成了自然界不存在的、新的、具有理论和实际价值的有机化合物。

所以，有机合成今后的任务将不再是盲目追求更多新化合物的合成，而是去设计合成预期的、有特异性能或有重大意义的有机化合物。

有机合成的发展趋势可以概括为两点: 其一是合成什么，包括合成在生命、材料学科中具有特定功能的分子和分子聚集体；其二是如何合成，包括高选择性合成、绿色合成、高效快速合成等。

“如何合成”是合成化学家主要关注的问题。

另外，有机合成的迅猛发展是缘由其它学科的需求，反过来有机合成也有力地促进了其它学科的进步。

应该说，与有机合成关系最密切的学科是材料科学、生命科学和环境科学，当然能源、信息等其它科学也还是直接或间接相关的。

其中环境科学中的绿色化学问题与有机合成密切相关。

绿色化学当今已不仅为学术界，而且也为社会上广为知晓的名词。

在国际上有专门的刊物“Green Chemistry”，在美国有专门的奖项。

绿色化学包括多方面的内容，但仔细分析这些内容就可以发现，其核心是有机合成。

目前，绿色有机合成是十分重要的课题，又是十分艰难的课题，尤其是可以工业化的、理想的绿色有机合成。

第2课时有机合成路线的设计有机合成的应用课程标准1．初步学会利用逆推法分析有机合成路线的思想。

2．熟知有机合成的基本规律，学会评价、优选合理的有机合成路线。

3．了解原子经济和绿色化学的思想。

学法指导1.对比学习法。

通过正向合成分析法和逆向合成分析法的对比，体会有机合成的基本方法；通过原料分子与目标化合物分子的结构对比，设计合理的合成路线。

2．交流与讨论法。

在有机合成路线设计过程中，与同学交流、讨论，确定最佳的合成路线。

3．案例法。

通过对典型有机合成案例(苯甲酸苯甲酯的合成)的分析，体会有机合成路线的设计思路、方法。

必备知识·自主学习——新知全解一遍过知识点一有机合成路线的设计1.正推法(1)路线：某种原料分子目标分子。

(2)过程：首先比较原料分子和目标化合物分子在结构上的异同，包括________和________两个方面的异同；然后，设计由原料分子转向目标化合物分子的合成路线。

2．逆推法(1)路线：目标分子逆推→原料分子。

(2)过程：在逆推过程中，需要逆向寻找能顺利合成目标化合物的________________，直至选出合适的起始原料。

3．优选合成路线依据(1)合成路线是否符合________。

(2)合成操作是否________。

(3)绿色合成绿色合成主要出发点是：有机合成中的__________；原料的________；试剂与催化剂的________________。

4．利用逆合成分析法设计苯甲酸苯甲酯的合成路线(1)观察目标分子的结构(2)逆推设计合成路线(3)合成方法的设计(设计四种不同的合成方法)①②③④(4)合成方法的优选①路线由甲苯分别制取________和________，较合理。

②④路线中制备苯甲酸的________多、________高，且Cl2的使用不利于________。

③的________虽然少，但使用了价格昂贵的还原剂LiAlH4和要求________操作，成本高。

化学中的有机物合成有机物合成是化学领域中的一个关键领域，它是研究怎样将简单的有机物转化为复杂的有机物的过程。

成功的有机物合成使人们能够创造出许多现代化学品及医药品，为人类带来福祉。

一、有机物合成和功能团有机物合成包括许多步骤，其中许多是分步骤进行的。

每个步骤都是独立的反应，要么使用预制的中间体，要么自己准备中间体。

可以创建许多不同的中间体，而这些中间体可以在稍后的反应中使用。

有机物合成通常涉及添加一些新的基团或化学团（例：烷基、烯基、炔基、氨基、羟基、卤素等）到原有分子的不同的位置进行反应。

这些化学团可以称为"功能团"，它们对于有机物的性质、化学催化剂反应、分子构象等方面都具有很重要的作用。

二、有机物合成的种类有机物合成可以分为几类，包括：1.加成反应：这种反应涉及将两个或更多有机分子结合在一起形成一种大分子。

2.消除反应：这种反应涉及从一个分子中去掉一个化学基团。

3.交换反应：这种反应涉及将两个有机结构中的化学基团相互交换位置。

4.重排反应：这种反应涉及一个分子结构的重新组合以形成一个新的分子，一般不改变分子的元素组成。

5.溶剂代替反应：这种反应涉及使用其他溶剂（如水、醇、酸、碱）来代替有机溶剂。

三、有机物合成中的反应条件大多数有机物合成反应都需要适当的反应条件，包括温度、时间和控制的环境。

合成受制于原料的可得性，反应条件与生成物的选择，以及产物的应用。

与温度和时间有关的反应条件通常可以通过光照、加热或冷却来实现。

一些有机化合物还需要加压，以便促成反应。

例如，在碳-碳偶合反应中，必须使用金属催化剂和高压反应条件，以便促成反应。

四、有机物合成中重要的范例1.格氏反应：它用于制备芳香烃族化合物，这种方法具有非常高的原子经济性。

2.合成萤火虫素：这是引起人们广泛关注的一个领域，因为萤火虫素在全球各地都用于荧光标记，生物成像和生物分析。

3.同牛顿木瓜酶催化合成：牛顿木瓜酶是一种有潜力的天然催化剂，可以用于有机物合成和生物催化。

有机化学中的合成方法与反应机理有机化学是化学中的一个分支，研究有机物的结构、合成、性质和变化规律。

在有机化学中，合成方法和反应机理是非常关键的两个研究方向。

合成方法包括原料选择、反应条件和反应路线等方面。

不同的合成方法可以选择不同的反应条件和路线，从而使得反应的产物和产率不同。

例如，酯化反应是一种经典的有机合成方法，它可以将醇和酸酐反应得到酯类产物。

传统的酯化反应需要硫酸等大量酸催化剂，但是这种反应条件比较苛刻，易导致酸酐的分解和长链醇的副反应。

现代有机化学中，人们研发出了很多新的酯化反应方法，比如醇类的直接羟醇钠催化剂酯化反应，不仅使得反应条件更加温和，而且产物的产率也大幅提高。

反应机理是指化学反应的分子层面发生的变化规律。

在有机化学中，对于一些复杂的化学反应，人们往往需要对反应的机理进行深入的研究。

例如，光合成反应是一种光化学反应，它是一种复杂的有机反应。

在光合成反应中，光能捕获后，激发到光化学反应的中间体上，然后再释放下来，产生光化学反应。

光化学反应的反应机理是很复杂的，需要人们进行深入研究，以便更好地理解反应规律。

除了传统的有机合成方法和反应机理之外，现代有机化学还涌现出了许多新的合成方法和反应机理，比如氢转移反应、金属有机化学、自由基反应和羧基还原反应等。

这些新的化学反应和反应机理不仅在有机合成中有着广泛的应用，而且在药物合成、材料制备、生物活性分子合成和天然产物的合成等方面也有重要的意义。

在日常的实验室工作中，有机化学的合成与分析工作是非常重要的一环。

有机化学家需要根据反应的机理和反应条件，设计出合理的实验方案，从而进行有机合成实验。

在实验过程中，需要合理地控制反应温度、反应物浓度、催化剂选择和反应时间等因素，以便获得较高的产物收率和良好的合成品质。

另外，有机化学家还需要利用各种分析方法，以便对合成的产物进行结构表征和定量分析。

总之，有机合成方法和反应机理是有机化学研究中非常重要的两个方向。

有机合成方法学是一门研究有机化合物的合成方法和反应机理的学科。

它在现代有机化学中占据着重要的地位，是创造新型药物、新型材料和新型功能分子的重要手段。

主要涉及有机化合物的合成、反应机理的研究以及新型催化剂的开发。

其中，有机化合物的合成是的核心内容。

有机合成化学家通过设计合成路线，制备目标化合物。

有机合成化学家通过反应物的选择、反应条件的调节等手段，控制反应的化学特性，以得到所期望的产物。

对于大量的有机化合物，我们可以根据它们的特点将它们分为不同的类别，例如芳香族化合物，羧酸衍生物、醇、酮和醛等。

此外，有机合成方法还可以根据反应的机理、反应条件和反应条件等因素进行分类。

常见的有机合成方法包括：重氮化、羟醛缩合、酰化、烯烃加成反应等等。

的发展对现代有机化学的贡献不可低估。

它不仅使人们能够得到高效率、安全可靠、可选性较高的化学反应，而且还使得化学家们能够根据实际需要，合成出具有特殊功能或特殊结构的有机化合物。

这对于现代药物研究、材料研究和功能分子研究都有着深远的影响。

的研究离不开催化剂的发展。

一种好的催化剂可以加速化学反应，降低反应温度，提高产率和选择性。

近年来，许多新型的催化剂被开发出来。

例如：1、金属有机骨架催化剂（MOFs）。

MOFs是由金属离子和有机分子构成的大的有机-无机材料。

MOFs的微孔结构和化学反应性质的可调节性使得它可以作为有机合成的新型催化剂。

2、贵金属催化剂。

一些贵金属如钯、铑和钌等常用于催化剂中，因为它们可以有效催化许多制备芳香族化合物的反应。

的发展对于未来的研究也有重要的意义。

已发展出的有机合成方法可以为新药物的研究和开发提供充分的基础。

例如，开发新型药物时经常会遇到有机化合物结构复杂，合成方法困难，但是的不断发展使这些困难得到了克服。

此外，也可以为建立新型开放式化合物库（OCC）提供有力的可能。

开放式化合物库是指由多个化合物组成的集合，这些化合物具有相同的结构基础，并且可以控制其于给定生化靶标的相互作用。

现代有机合成的新概念和新方法摘要: 概念和方法是有机合成化学发展的基础, 新的概念和方法的产生和发展可为有机合成开拓新的研究领域和发展方向. 介绍现代有机合成中一些新概念和新方法, 结合具体的有机合成反应实例阐述有机合成在这些概念和方法方面取得的新成果和进展, 现代有机合成发展方向和应重视的研究领域.关键词: 现代有机合成; 新概念; 新方法; 进展The new concept and new method of the modern organic synthesisAbstract: Concept andmethod are the bases of the development of organic synthesis chemistry. New concept and newmethod can exploit new research fields and development orientations for modern synthesis. This paper introduces somenew concept and new methods in modern organic synthesis, revealing the new achievement and improvement in thesconcept and methods by giving some instances of organic synthesis reaction, summarizing the development orientationsand the fields the modern organic synthesis should lay emphasis on.Key words: modern organic synthesis; new conception; new method; development有机合成化学作为有机化学的一个分支, 已经有一百多年的历史. 现代的有机合成不但能合成大量的结构复杂而多样的次生生物代谢物和基因、蛋白质等复杂的生命物质, 而且能合成大量的自然界中没有的具有独特功能性分子的物质. 现代有机合成不只是合成什么的问题, 更重要的是如何合成和怎样合成的问题. 有机合成与21 世纪的三大发展学科: 材料科学、生命科学和信息科学有着密切的联系, 为三大学科的发展提供理论、技术和材料的支持. 新世纪有机合成将进一步在这三大学科领域中发挥作用并开辟新的领域. 随着生命科学和材料科学的发展, 尤其进入后基因组时代后, 需要有机合成快速提供各种具有特定生理和材料功能的有机分子, 而要获得有新结构的功能类型分子往往取决于新的合成方法, 新的方法往往又取决于新的理论和概念. 因此, 21 世纪有机合成的发展, 需要从概念、方法、结构与功能方面入手.1 现代有机合成新概念1．1．1 原子经济性原子经济性的概念是美国著名有机化学家B.M. Brost 于1991 年首先提出的, 并将它与选择性归结为合成效率的两个方面[1]. 认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子中的每一个原子,使之转化到目标分子中, 达到零排放. 原子经济性反应有两大优点: 一是最大限度地利用原料; 二是最大限度地减少了废物的生成, 减少了环境污染.原子经济性反应符合社会发展的需要, 是有机合成的发展方向[2] . 原子经济性是现代有机合成追求的一个重要目标, 也是绿色合成的一个重要指标.原子经济性原则引导人们在有机合成的设计中经济地利用原子, 避免使用保护基或离去集团,减少或消除副产物的生成. 当前, 提高有机合成原子经济性的主要途径有开发高选择性、高效的催化剂; 开发新的反应介质和试剂, 提高反应选择性; 总的来说主要在合成路线和反应条件上做文章.最近, 在原子经济性反应方面取得了很大进展. 例如: 用传统的氯醇法合成环氧乙烷, 其原子利用率仅为25%,而采用乙烯催化环氧化方法可一步合成, 原子利用率可达到100%, 产率达99% .反应如下:Noyori 等使用新型介质超临界二氧化碳, 用二氧化碳和氢气合成了甲酸, 这被认为是最理想的反应之一[3] . Hoffmann-La Roche 公司开发的抗帕金森药物的合成是一个羰基化反应, 采用传统的多步合成反应路线, 以2-甲基-5-乙基吡啶为起点经8 步合成, 产率约为8% ; 而用钯催化羰基化反应,从2, 5-二氯吡啶出发, 可一步合成, 原子利用率达100%, 生产规模可达3 000 t[4] .1．1．2 组合合成组合合成的概念是在组合化学的基础上发展起来的, 并开创了新领域. 它可以在短时间内将不同结构的模块以键合方式系统地、反复地进行连接, 形成大批相关的化合物( 亦称化学库) . 通过对库进行快速性能筛选, 找出具有最佳目标性能化合物的结构, 与传统化合物的单独合成及结构性能测定相比, 简化并缩短了发现具有目标性能化合物的过程[5] . 如对催化剂进行选择和改进传统研究方法仍依靠实验摸索、偶然发现的, 不仅工作量大而且效率不高, 组合合成大大提高了有机合成选择的目标性和效率, 对于有机合成中的催化合成有重要意义. 事实证明组合合成是用于催化合成研究的一种有效手段. 组合合成反映了化学家在研究观念上出现的重大飞跃, 它打破了逐一合成、逐一纯化、逐一筛选的传统研究模式, 使大规模化学合成与药物快速筛选成为可能.组合合成提供了一种迅速达到分子多样性的捷径. 目前, 这方面的发展迅速, 现已从肽库发展到了有机小分子库, 并已筛选出许多药物的先导化合物[6] . 组合合成在催化反应体系的选择、药物化学中先导化合物的筛选以及材料化学中显示了广阔的前景. 目前, 组合合成的趋势是要求高效,以最少的化合物筛选取得最多的正确信息.固相和液相组合合成以及有效组合合成的介入, 对先导化合物筛选和药物筛选等方面起了积极推动作用. 另外, 在组合合成中应用高分子微珠方法, 可使每一个高分子珠球含有的450 Lmol 的分子进行反应, 反应后对其中的10%进行纯化、分析与结构确定, 其余的可用于各种靶点的筛选与化合物库的建设之用. 组合化学在催化反应中的应用, 尤其在不对称催化反应中的应用已显示很好的结果, Kagan 及Mikami 等已成功将组合化学用于不对称催化反应的开发[7]. 另一方面就是应用组合化学合成一系列化合物, 提供多样性的化合物库, 以展示有机合成方法学的能力及发展新型先导化合物[8] . 虽然绝大部分组合合成是集中在非手性小分子上, 但也有应用组合合成建立不对称合成的手性化合物库, 用于药物筛选的报道[9]. 最近, 美国的Curran 教授等发展了氟相组合化学以及相应的氟相分离技术, 进一步推动了组合化学特别是液相组合化学的发展[10] .1．1．3 不对称合成不对称合成是研究对映体纯和光学纯化合物的高选择性合成, 已成为现代有机合成中最受重视的领域之一. 不对称合成尤其是过渡金属催化的不对称合成是合成手性药物的有效手段, 因为不对称合成必须有手性源才能完成, 在当量的不对称反应中必须有当量的手性源, 而用于手性源的化合物非常昂贵, 故在生产中用当量的手性源化合物是不合算的. 获得单一手性分子的一个重要途径是外消旋体的拆分, 但原子经济性较差, 最大产率也只有50%; 而催化的不对称合成利用催化量的过渡金属和与之相配的手性配体, 用很少量的手性配体可合成大量的手性化合物, 有很好的原子经济性. 因此, 合成单一手性分子, 催化的不对称合成应该是首选的.经过近十年的飞速发展, 催化的不对称合成取得了很大进展. 其中, 不对称氢化反应研究得较深入. 据估计在已工业化的所有不对称合成反应中有70% 的反应属于不对称氢化反应. 目前, 由于出现了一系列新配体[11] , 不对称氢化反应正向常温、常压和高选择性、高反应速率、重复使用和更具环保意识的方向发展; 同时, 反应底物的范围也不断扩大. 一个进展就是已解决了C C 双键和C O 双键的选择性氢化问题: Noyori 在乙二胺和氢氧化钾共存下, 用RuCl2( PhP) 3 为催化剂可以在C C 键存在下选择性的氢化C O 键, 这一高选择性的氢化反应已实现[ 12] . 对碳) 杂原子连接的不对称反应的研究还处在初级阶段, 但对难于氢化的C N 键的不对称氢化已取得了成功[ 13].最近, Buchwald 等用C N 键插入T-i H 键而形成T-i N 键时的立体环境, 从而实现了对C N 键的不对称氢化[ 14]. 另一方面, 手性中毒( 不对称活化) 概念的产生和发展, 使催化不对称合成中手性配体昂贵的问题有了解决方法. 利用配位化合物的手性识别原理, 使廉价的对映纯的非活性配体和外消旋的活性配体之间的相互作用, 拆分了外消旋的活性配体, 从而起到不对称催化的作用[ 15].这是不对称催化发展的一个方向. 下面是手性中毒示原理:除此之外, 还发展了不对称放大, 去对称化反应等新概念、方法和技术, 大大促进了不对称合成反应的发展. 不对称合成的发展, 不仅在医药上得到应用, 并且推动了有机合成、配位化学、分析分离技术和高分子材料等领域的发展.1．1．4 绿色合成绿色化学的概念在20 世纪90 年代初由化学家提出[ 16], 十几年来, 绿色化学的概念、目标、基本原理和研究领域等已经逐步明确, 初步形成一个多学科交叉的新的研究领域. 绿色合成是绿色化学的一个方面, 其以绿色化学的基本理论和目标为指导, 以和/ 环境友好0为基础和出发点. 绿色合成采用绿色环保型的合成路线和工艺, 避免使用对环境有害的溶剂、原料和催化剂, 消除或尽可能减少有毒产物的生成, 实现整个合成过程对环境的友好性. 当前, 实现有机合成的绿色化, 一般从以下方面进行考虑: 开发、选用对环境无污染原料、溶剂、催化剂; 采用电化学合成技术; 尽量利用高效的催化合成, 提高选择性和原子经济性, 减少副产物的生成; 设计新型合成方法和新的合成路线, 简化合成步骤; 开发环保型的绿色产品; 发展应用无危险性的化学药品.关于绿色合成的报道很多, 其中有对传统合成方法的改进, 有新的合成反应的出现. 例如, 对于Friede-l Crafts 酰化反应合成药物中, 用传统的催化剂无水AlCl3 来催化中间体对氯二苯甲酮, 生产1 t 酰化物产生3 t 酸性富铝废弃物, 而采用新开发的环境友好催化剂envirocat EPZG, 催化剂用量为原来的10% , 产率可达70% ,HCl 的排放量减少了3/ 4, 无酸性富铝生成, 只产生极少量的邻位产物[ 17]. 反应如下:甲基丙烯酸甲脂是一种重要的高分子单体,传统的工业合成方法以丙酮腈醇为原料, 反应中要使用过量的浓硫酸和有剧毒的氢氰酸, 结果产生大量的硫酸氢铵废弃物, 原子利用率只有46% ,对环境危害很大. Shell 公司发展的丙炔-钯催化甲氧羰基化一步合成法, 区域选择性和反应回收率均大于99% , 原子利用率高达100% , 催化剂的转化活性高达每小时每克催化剂催化10 万摩尔底物, 是一种高效的环境友好流程[ 18] .Noyori 发展了一种直接用30% 双氧水氧化环己烯制得己二酸的方法, 只生成己二酸和水, 是一种不用有机溶剂和不含卤素的绿色过程[ 19].Burk 小组报道了以超临界二氧化碳为溶剂可以提高催化不对称氢化反应的对映选择性, 产率达95%, 是一个典型的绿色有机合成[ 20] .2 现代有机合成的新方法有机合成的发展一方面得益于有机金属试剂的开发与应用, 另一方面得益于新的反应方式, 如自由基反应、卡宾反应、环加成反应与高效合成反应等. 这里就一些新方法给出若干实例.2．1．1 自由基反应自由基化学已为有机合成提供了许多新方法.主要表现在以下4 个方面: 新型自由基原子转移供体, 如(MeSi)、SiH; 成环模型, 跨环环化反应; 在分子内自由基加成反应中自由基加成的模式, 即endo/exo 型; 自由基加成反应立体选择性的控制[ 21] .在多烯烃的体系内串联式自由基加成反应为多环化合物的合成提供了高效方法[ 22] .跨环成环反应为许多用其它方法难以合成的并环化合物的合成提供了新方法[ 23].在自由基加成反应中立体化学的控制一直是自由基反应在有机合成中应用的瓶颈, 主要是因为自由基的高反应活性. 最近, 美国的Sibi 和Porter 教授等利用Lewis 酸对化合物的羰基配位,用杂环中的手性中心来控制自由基加成反应的立体化学, 为光学活性的酰胺化合物的合成提供了方法[ 24]另一方面, 从合理设计的底物出发, 自由基反应已成为可控制的, 是在中性条件下进行高选择性反应的一种有效手段[ 25] . 选择适宜的自由基引发剂可使自由基反应在室温下进行, 糖碳苷化反应中自由基作为引发剂比AIBN 作为引发剂得到更高的立体选择性.2．1．2 光、电、微波促进的有机合成反应新型物理手段在有机合成中的应用受到化学家的关注, 这方面的发展也很快. 主要是对光催化、电催化、微波催化等方面的研究. 光催化反应,具有洁净无污染, 反应速度快等特点. 光学活性的有机催化剂( 不含金属) 的设计是当今研究的一个新领域[ 26] . Charette 等发现在碳) 碘键与二乙基锌交换反应中, 在没有光照的情况下, 48 h 后锌试剂2 的产率小于10% , 而当用GE 日光灯( 275 W)作为光源进行光催化时, 发现在3 h 内锌试剂2 的产率为90% [ 27] .电化学过程是洁净技术的重要组成部分, 是到达绿色合成的有效手段, 在洁净合成中有独特的魅力. 有机电合成一般可避免有毒试剂的使用,通常在常温、常压下进行. 有机合成中一类非常重要的碳) 碳键形成的反应是自由基反应, 实现自由基环化的常规方法之一是使用过量的三丁基锡烷, 不过这种方法原子使用率低, 还产生有毒且难以除去的锡试剂, 而用维生素B12催化的电还原方法完全可以避免这方面的问题. 应用天然、无毒、手性的维生素B12为催化剂的电催化反应, 可产生自由基类中间体, 从而实现了在温和、中性条件下的自由基环化[ 28] . 下面的反应是一个例子.近年来, 微波辐射技术在有机合成有很好的应用, 微波催化不仅有效地提高反应速率、反应转化率和选择性, 而且体现出节能、环保等诸多优点, 微波在有机合成中的应用已引起人们的兴趣.近年来, 关于微波催化的有机合成的报道很多, 较多的是关于脂类有机物的微波催化. 如1, 3-二苯基烯丙基醋酸脂3 在P-烯丙基钯作为催化剂的情况下与丙二酸脂在手性配体存在下, 经微波促进反应, 亲核取代产物4 的产率可达77% ~ 87%[ 29] .又如由邻苯二酚与氯代异丁烯通过烷基化反应合成邻异丁烯氧基苯酚, 采用传统加热方法, 反应速度慢, 需时25 h 产物收率为50%[ 30], 而李军等采用微波辐射合成该产品, 只需115 min 产物收率可达68%[ 31] .2．1．3 高效合成方法2．1．3．1．1一瓶多步串联反应生物体内的化学合成是高度有序、高效进行的, 许多转化涉及多步连锁式、多米诺骨牌式反应. 由于串联反应一般经历一些活性中间体, 如碳正离子、碳负离子、自由基或卡宾等, 这样就发生了一个反应可以启动另一个反应, 因此多步反应可连续进行, 无须分离出中间体, 不产生相应的废弃物, 可免去各步后处理和分离带来的消耗和污染[ 32, 33]. 此外, 金属催化往往可产生活性中间体, 进而在一瓶内进行多步连续反应, 这类反应叫串联反应( tanderm react ion) . 在一个反应瓶内连续进行的多步串联反应以合成复杂分子, 也是一类环境友好反应. 阳离子串联反应, 自由基串联反应, 金属催化的串联反应是几类具有代表性的串联反应.早期的一个著名的例子是角鲨烯的生源合成及其仿生合成, 属阳离子串联反应[ 34] . 多种不同反应组合及其系列反应, 也是串联反应的有效方式. Boger 小组用二唑作为双烯进行的[ 4+ 2] 环加成- 失氮- [ 3+ 2] 环加成串联反应, 在一瓶反应中合成了长春花朵灵的前体, 产率达70% , 建立了5 个环和6 个手性中心[ 35] . 通过多米诺式的[ 3+ 2] 环加成-Wagner-Meerwein 重排-Friede-l Crafts 烷基化- 消除反应系列, 可实现多环体系的一瓶合成, 在报道的两例中, 产率分别达到47% 和25%[ 36] .Heathcock 研究了交让木( yuzuriha) 类生物碱的合成, 建立了用简单的一瓶反应把角鲨烯衍生物转化为二氢原交让木碱的简单方法[ 37]. 整个过程形成5 个环, 4 个碳) 碳键, 2 个碳) 氢键和8 个手性中心..Corey 小组报道阳离子引发的串联反应, 用于aspidophytine 的对映选择性合成, 这个一瓶反应的产率达到66%[ 38] .2．1．3．1．2一瓶多组分反应一瓶多组分反应也是一类高效的方法, 这类反应涉及至少3 种不同的原料, 每个反应都是下一步反应所必需的, 而且原料分子的主体部分都融进最终产物中[ 39] . Mannich反应( 三组分) 和Ugi( 四组分) 都是有名的例子. 最近Ugi 报道了一个七组分反应[ 40] , 产物的回收率达到43%. 一瓶多组分反应也可用于复杂分子的合成.2．1．3．1．3多反应中心多向反应具有多反应中心的底物也可以在一瓶完成多步反应[ 41] . 双向或多向反应也可以是高效的.3 展望现代有机合成正朝着高选择性、原子经济性和环境保护型三大趋势发展, 重点在于开发绿色合成路线及新的合成工艺, 寻找高选择性、高效的催化剂, 简化反应步骤, 开发和应用环境友好介质, 包括水、超临界流体、离子液体、氟碳相等, 以代替传统反应介质, 减少污染. 合成方法学研究成为有机合成的研究热点, 成为从化学原理入手发展新概念、新反应、新方法的突破口, 重点是对立体可控制的自由基反应的研究及组合化学在有机合成方法学发展中的应用, 合成具有独特功能的分子, 包括具有特殊性能的材料、生理活性分子和天然产物, 尤其对海洋生物源中新生物活性物质的发现与合成成为有机合成在新世纪的重要发展方向. 目前, 不对称合成的研究虽然取得了很大的进展, 今后仍旧是有机合成研究的热点问题之一,尤其对催化的不对称合成反应的研究、研制和发现新配体及手性催化剂是研究催化不对称合成的重要方面. 另外, 分子器件、分子识别、分子组装和化学生物学、合成生物学、化学材料学的研究将更进一步推进有机合成的发展, 使其融入国际科技飞速发展的潮流.参考文献[ 1] Trost BM. Atom economy in chemical reaction[ J] . Science, 1991( 254) : 1 469- 1 476.[ 2] Murai S A. Activation of unreactive bonds and organic synthesis[M] . Berlin: Springer-Verlag, 1999. [ 3] Jessop P G, Ikariya T, Noyori R, et al. Enzymatic interesterification in supercritical carb dioxide[ J] . Nature, 1994( 368) : 230-235.[ 4] Schmid R. Synthesis of carbonyl compounds[ J] . Chimia, 1996( 50) : 108- 112.[ 5] 任军, 冯杰, 孙冬梅, 等. 组合化学在多相催化领域中的应用[ J] . 工业催化, 2002( 6) : 1- 7.REN Jun, FENG Jie, SUN Dong-mei, et al. Application of building- up chemistry in the multiphase catalyst field[ J] . I ndustrialCatalyst, 2002( 6) : 1- 7.[ 6] Thompson L A, Ellman J A. Application of combinatorial technologies to drug discovery[ J] . Chem Rev , 1996( 96) : 553- 556.[ 7] Mikami K, Toshinob K, Satoru M, et al. Implications for the role cinchona akaloids in enantioselective hydrogenation[ J] . Chem ,2001( 19) : 544- 548.[ 8] Balkenhohl F, Lansky A, Zechel C, et al. Platinu m- catalyzed enantioselective hydrogenation[ J] . Chem Int Ed Engl. 1996( 35) :2 288- 2 296.[ 9] Beraza P, Suto M J. Effects of mixtures of modifiers on optical yield inenantioselective hydrogenation[ J] . D DT , 2000( 5) : 360-367.[ 10] Luo Z, Zhang Q, Oderaotoshi Y, et al. Recent advances in catalytic asymmetric reactions promoted by transition metal complexes[ J] . Science, 2001( 291) : 1 766- 1 770.[ 11] 林国强, 陈耀全, 陈新滋, 等. 手性合成) ) ) 不对称反应及其应用[M] , 北京: 科学出版社, 2000.3 16 广州大学学报(自然科学版) 第3 卷LIN Guo- qiang , CHEN Yao- quan, CHEN Xin- zi, et al. Handcharacter synthesis ) asymmetrical reaction and its application[M] ,Beijing: Science Press, 2000.[ 12] Ohkuma T, Ooka H, Ikariya T, et al. Asymmetric synthesis of naprox cn by supported aqueous- phase catalysis[ J] . Am ChemSoc, 1995( 117) : 10 415- 10 420.[ 13] Willoughby C A, Buchwald S L. Design and synthesis of a heterogeneous asymmetric catalyst[ J] . Am Chem Soc, 1994( 116) : 11701- 11 709.[ 14] Sinn H, Kaminsky W. Green processing using ionic liquids and carbon dioxide [ J] . Am Chem Soc, 1996( 118) : 263- 268.[ 15] 丁奎岭, 林国强. 有机化学[M] . 北京: 科学出版社, 2000.DING Ku-i ling, LIN Guo- qiang. Organic Chemistry[M] . Beijing: Science Press, 2000.[ 16] Anastas P T, Warner J C. Green chemistry theory and practice[M] . Oxford: Oxford Univ Press, 1998. [ 17] Clark J H, Macquarrie D J. Inorganic solid acids and their use in acid catalyzed hydrocarbon reactions[ J] . Chem Soc Rev , 1996( 25) : 301- 310.[ 18] Keijskper J, Amoldy P, Doyle M J, et al. The study of the oligomerization of propene over ZSM- 5 aeolite[ J] . Recl Trav ChimPays-Bas, 1996( 115) : 246- 250.[ 19] Sato K, Aoki M, Noyori R. The centone. s high manganese sour salt dynamics research that oxidize[ J] . Science, 1998( 281) : 1643- 1 648.[ 20] Burk M J, Feng S G, Gross M F, et al. The chiral pool as a source of enatiose lective catalysts and aux illaries isothermal crysta-llization of isoltactic polypropylene in dotriacontane[ J] . Am Chem Soc, 1995( 117) : 8 275- 8 279. [ 21] 杜灿屏, 刘鲁生, 张恒. 21 世纪有机化学发展战略[M] . 北京: 化学工业出版社, 2002.DU Can- ping , LIU Lu-sheng, ZHANG Heng. Stratagies for the development of organic chemistry in the 21st century[M] . Beijing :Chemistry Industry Press, 2002.[ 22] Takasu K, Kurotanag i J-C, Katsumata A, et al. Oxidation kinetics of natural organic matter by sonolysis and ozone[ J] . I haraMTetrahedron, 1999( 40) : 6 276- 6 279.[ 23] Blake A, Hollingworth G J. Oxidation kinetics of natural organic matter by sonolysis and ozone[ J] . Pattenden Synthesis , 1999( 20) : 642- 646.[ 24] Sibi M P, Ji J, Sausker J B, et al. Species in irradiated oxygenated water[ J] . Am Chem Soc, 1999( 121) : 7 515- 7 519.[ 25] Andrew JM, Walton J C. Critical review of rate constants for reaction of bydrated electrons[ J] . Angew Chem I nt Ed Engl , 1997( 36) : 2 220- 2 226.[ 26] Ahrendt K A, Borths C J, MacMillian D W, et al. Substituent conatants for correlation analysis in chemistry and biology[ J] . AmChem Soc, 2000( 122) : 4 240- 4 246.[ 27] Charette A B, Beauchemin A, Marcoux J- F, et al. Selective control during the photoassisted oxidation of 1-butanol titanium dioxid[ J] . Am Chem Soc, 1998( 120) : 5 113- 5 117.[ 28] Hutchinson J H, Pattenden G, Plyers P L. A structural investigation of titanium dioxide photocatalysts[ J] . Tetrahedron Lett , 1987( 28) : 1 310- 1 315.[ 29] Bremberg U, Larhed M, Moberg C, et al. Novel calcium antagonists with potent and long- lasting vasodilative activty[ J] . OrgChem, 1999( 64) : 100- 107.[ 30] 陈卫民, 陈忠, 徐继红, 等. 微波辐射相转移催化合成2- ( 2- 甲氧基苯氧) 乙胺[ J] . 化学世界, 1998( 2) : 86- 89.CHEN We-i min, CHEN Zhong , XU J-i hong, et al. Microwave radiation phase trans transfer catalyst synthesis 2- ( 2-methoxy-phenoxybenzamine)-ethamivan[ J] . Chemistry World , 1998( 2) : 86- 89.[ 31] 李军, 庞军, 曹国英, 等. 微波法合成邻异丁烯氧基苯酚[ J] . 合成化学, 2000( 4) : 321- 325.LI Jun, PANG Jun, CAO Guo- ying, et al. Synthesizing ortho- isobutylene pyrocatechol oxygen phenol[ J] . Synthesis Chemistry ,2000( 4) : 321- 325.[ 32] Tonesh W. Determination for formaldehyde in the presence of bisulfite[ J] . Chem Rew , ( special) , 1996( 96) : 1- 100.[ 33] Jendy K. Simultaneous spectrofluorimetric determination of cerium and cerium by flow injection analysis[ J] . Tetrahedron ( sp ecial) , 1996( 52) : 11 358- 11 657.[ 34] Johnson W S, Plummer M S, Reddy S P, et al. Intravenous infusion in eicosapenoic acid into rabhits[ J] . Am Chem Soc, 1993( 115) : 510- 517.[ 35] Negishi E, Coperet C, Ma S, et al. New strategies in asymmetric synthesis based on Y- alkoxy butenolides[ J] . Chem Rev, 1996( 96) : 362- 366.第4 期苏育志等: 现代有机合成的新概念和新方法 31 7[ 36] Knolker H J, Baum E, Graf R, et al. Synthesis of diastereomerically prue spiro- cyclopropane derivatives containing multichiralcenters[ J] . Angew Chem . I nt Ed Engl , 1999( 38) : 2 582- 2 587.[ 37] Wallace G A, Heathcock C H. Chiral aux iliaries and ligands in asymmetric synthesis[ J] . Org Chem, 2001( 66) : 447- 452.[ 38] He F, Bo X, Altom J D, et al. Chemical toxicity to aquatic species[ J] . Am Chem Soc, 1999( 121) : 6 768- 6 774.[ 39] Bienayme H, Hulme C, Oddon G, et al. Parameter estimation rules that allow accurate prediction of partion[ J] . Chem Eur J ,2000( 6) : 3 315- 3 323.[ 40] Domling A, Ugi L. Nash determination for formaldehyde in the presence of bisulfite[ J] . Angew Chem Int Ed Engl , 1993( 32) :560- 567.[ 41] Crispino G A, Ho P T, Sharpless K B, et al. The stabilization of small concentrations of formaldehyde in aqueous solutions[ J] .Science, 1993( 259) : 61- 67.。