有機(jī)合成化學(xué)

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1、有機(jī)合成化學(xué)制作馮豫川馮豫川西南民族學(xué)院化學(xué)與環(huán)境保護(hù)工程學(xué)院OrganicSynthesis課程內(nèi)容第一章緒論第二章氧化反應(yīng)第三章還原反應(yīng)第四章有機(jī)金屬試劑第五章雜環(huán)化合物的合成第六章有機(jī)合成與路線設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)第七章分子的拆開第八章導(dǎo)向基的引入第九章保護(hù)基團(tuán)第十章合成問(wèn)題的簡(jiǎn)化第一章緒論1.1有機(jī)合成的目的和任務(wù)1.2有機(jī)合成的發(fā)展?fàn)顩r1.3有機(jī)合成的現(xiàn)代成就1.4有機(jī)合成的發(fā)展趨勢(shì)返回1.1有機(jī)合成的目的和任務(wù)返回1.1.1什么是有機(jī)合成有機(jī)合成是利用化學(xué)方法將單質(zhì)、簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物或簡(jiǎn)單的有機(jī)物制備成較復(fù)

2、雜的有機(jī)物的過(guò)程。早期的有機(jī)合成，主要是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)仿造自然界中已存在的化學(xué)物質(zhì)。同時(shí)，在分子結(jié)構(gòu)上也達(dá)到驗(yàn)證的作用?，F(xiàn)在，人們已可以依據(jù)物質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系規(guī)律，為適應(yīng)國(guó)計(jì)民生的需要而合成自然界中并不存在的新物質(zhì)。今后的發(fā)展趨勢(shì)，也不是盲目地研究合成新的化合物，而是設(shè)計(jì)和合成預(yù)期有優(yōu)異性能的或具有重大意義的化合物。因此，有機(jī)合成已經(jīng)成為當(dāng)代化學(xué)研究的主流之一。利用有機(jī)合成可以制造天然化合物，可以確切地確定天然物的結(jié)構(gòu)，可以輔助生物學(xué)的研究以解開自然界的奧秘。利用有機(jī)合成更可以制造非天然的，但預(yù)期會(huì)有特殊

3、性能的新化合物。事實(shí)上，有機(jī)合成就是應(yīng)用基本且易得的原料與試劑，加上人類的智慧與技術(shù)來(lái)創(chuàng)造更復(fù)雜、更奇特的化合物?？梢赃@樣說(shuō)：“有機(jī)合成是‘無(wú)中生有’”。正如1965年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，也是有機(jī)合成的先師Woodward教授所說(shuō)：“在有機(jī)合成中充滿著興奮、冒險(xiǎn)、挑戰(zhàn)和藝術(shù)”。再進(jìn)一步看，邏輯性的歸納和演繹在有機(jī)合成中，特別是在路線設(shè)計(jì)中，顯得非常重要，甚至可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)程序來(lái)輔助合成路線的設(shè)計(jì)。1.1.2基本有機(jī)合成工業(yè)和精細(xì)有機(jī)合成工業(yè)基本有機(jī)合成工業(yè)的任務(wù)是：從價(jià)廉易得的天然資源，如煤、石油、天然氣或農(nóng)副產(chǎn)

4、品等，初步加工成一級(jí)有機(jī)產(chǎn)品，如甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、苯、萘等，再進(jìn)一步加工成二級(jí)有機(jī)產(chǎn)品，如乙醇、乙酸、丙酮等。這些一、二級(jí)產(chǎn)品的生產(chǎn)稱為“重有機(jī)合成工業(yè)”?；居袡C(jī)合成的特點(diǎn)是：產(chǎn)品量大，質(zhì)量要求稍低，加工相對(duì)粗糙，生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單。精細(xì)有機(jī)合成工業(yè)的任務(wù)是：以基本有機(jī)合成工業(yè)中得到的一、二級(jí)有機(jī)產(chǎn)品為原料，合成一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，質(zhì)量要求很高(即較精細(xì))的化合物。其制備過(guò)程的操作條件要求嚴(yán)格，步驟較多，一次生產(chǎn)的量比較少但品種比較多。精細(xì)有機(jī)合成主要用在合成藥物、農(nóng)藥、染料、香料等。這種合成的首要任務(wù)常常是

5、合成路線的設(shè)計(jì)。這兩類有機(jī)合成工業(yè)對(duì)于國(guó)計(jì)民生都是缺一不可的。沒有精細(xì)有機(jī)合成工業(yè)就沒有滿足人民生活需要的豐富多彩的有機(jī)產(chǎn)品；沒有基本有機(jī)合成工業(yè)，精細(xì)有機(jī)合成工業(yè)也就沒有了根基。1.1.3有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)著名的有機(jī)合成化學(xué)家Still曾指出：一個(gè)復(fù)雜有機(jī)分子的有效合成路線的設(shè)計(jì)是有機(jī)化學(xué)中最困難的問(wèn)題之一。路線設(shè)計(jì)是合成工作的第一步，也是最重要的一步。一條設(shè)計(jì)拙劣的合成路線不會(huì)得到好的結(jié)果；同樣，一個(gè)不具備合成路線設(shè)計(jì)能力的人也不是合格的有機(jī)合成人才。路線設(shè)計(jì)不同于數(shù)學(xué)運(yùn)算，數(shù)學(xué)運(yùn)算有固定的答案。但任何一條

6、合成路線，只要能合成出所要的化合物，應(yīng)該說(shuō)都是合理的。當(dāng)然，在合理的路線之間，卻是有差別的。要具有高的路線設(shè)計(jì)的能力，首先要有技術(shù)方面的能力，如對(duì)各類、各種有機(jī)反應(yīng)的熟悉與掌握，對(duì)同一目的、不同有機(jī)合成反應(yīng)在實(shí)用上的比較與把握，對(duì)各個(gè)步驟操作條件的實(shí)際掌握，對(duì)產(chǎn)品純化和檢測(cè)的能力，等等。但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還要有邏輯思維的能力，以致對(duì)各步有機(jī)反應(yīng)的選擇與先后排列能達(dá)到運(yùn)用自如，以形成一個(gè)綜合的，高效的合成能力。這種“戰(zhàn)術(shù)”，在合成化學(xué)中就叫“策略”。下面舉一個(gè)具體例子來(lái)說(shuō)明路線設(shè)計(jì)的重要性。顛茄酮的合成有兩條不同

7、的路線：(1)Willstatter在1896年推出了一條顛茄酮合成路線。他是1915年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。此路線前后經(jīng)歷21步之多：這一路線總的收率只有0.75％。盡管路線中每一步的收率均較高，但由于步驟太多，使總收率大大降低。(2)21年后，Robinsen(1947年獲諾貝爾獎(jiǎng))于1917年設(shè)計(jì)出另一條顛茄酮合成路線，既合理，又簡(jiǎn)捷，僅用了3步，總收率達(dá)90％：第三步即得目標(biāo)物。由此可見，必須首先要有一個(gè)好的思維路線，才能設(shè)計(jì)出一條好的合成路線。1.2有機(jī)合成的發(fā)展?fàn)顩r1.2.1有機(jī)合成的回顧最早的有機(jī)化學(xué)

8、是對(duì)天然物質(zhì)，如樹皮、血液、酵母和蝸牛等進(jìn)行研究而建立起來(lái)的。當(dāng)時(shí)沒有什么合成，就靠生命物質(zhì)本身制備各種各樣性質(zhì)不同、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度不同的物質(zhì)。早期的化學(xué)家基本上是從天然來(lái)源的混合物中提取比較純的化合物。早期的化學(xué)家認(rèn)為機(jī)體具有特殊的“生命力”，因而能夠制成有機(jī)物質(zhì)，而在試管中是無(wú)法合成這些有機(jī)物質(zhì)的。幸虧Wohler在1828年偶然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)化學(xué)反應(yīng)——加熱氰酸銨得到尿素：這是一個(gè)典型的由無(wú)機(jī)物合成