1、鄭 曉 鑫 2014.11.4有機合成簡介1 1、前、前 言言 有機合成是有機化學中最富活力的領域 有機合成是表現有機化學家非凡創造力的舞臺1.1 1.1 資料：資料： 1900-2000年的100年中，化學合成和分離了2285萬種化合物（包括天然產物、藥物、材料等）。其中大部分都是有機合成的產物。 許多天然存在的有機化合物，包括復雜的天然產物，都可以用有機合成方法制得。 1.2 1.2 有機合成是有機化學中永不枯竭的研究有機合成是有機化學中永不枯竭的研究資源資源: : 生命科學: 生物大分子，生物活性分子，生化分析試劑等 醫藥學: 藥物，藥理、病理分析試劑等 農業: 農藥、農用化學品等 石油

2、: 石油化工產品等 材料科學: 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 1.3 有機合成是推動有機化學發展的永恒動有機合成是推動有機化學發展的永恒動力：力： 有機化學家在解決有機合成問題過程中，全面發展了有機化學：化學結構理論，反應理論，合成方法，分離純化方法，結構鑒定方法等。2 2、有機合成的歷史回顧、有機合成的歷史回顧2.1 尿素的合成 （1828年，德國化學家 Wohler）NH4OCNH2NNH2O有機化學的開始有機化學的開始2.2 2.2 顛茄酮的合成顛茄酮的合成 2.2.1 19022.2.1 1902年，德國化學家年，德國化學家 W

3、illstatter (1915 Willstatter (1915年獲年獲Noble Noble 化學獎）化學獎）21 steps, overall yield 0.7%2.2.2 19172.2.2 1917年，英國化學家年，英國化學家 Robinson Robinson (19471947年獲年獲Noble Noble 化學獎）化學獎）3 steps, overall yield 90%R1NHR2+HCHO+R3R4OR3R4OR1NR2Mannich Reaction (1912)2.2.3. 維生素B12 的合成 （Woodward, 1977年） Woodward因在1945-1

4、954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種復雜天然產物而1965年獲Noble化學獎. 在Woodward及Eschenmoser領導下, 經過兩個實驗室，100多位科學家的共同努力，于1977年完成了維生素B12的全合成工作。 將有機合成作為一種藝術展現在世人面前。2.2.4 E.J.Corey, (1990年獲Noble 化學獎) 如果說Woodward 一生奮斗的成就是將有機合成作為一種藝術展現在世人面前，那么Corey 則是將有機合成從藝術轉變成為科學的一個關鍵人物。他的逆合成分析是現代有機合成化學的重要基石，推動了20世紀70年代以來整個有機合成領域的蓬勃發

5、展。 逆合成分析 (Retrosynthetic analysis) Woodward (1981) 紅霉素的全合成 Y. Kishi (1987) 海葵毒素的全合成 S. L. Schreiber et al (1993) FK-1012 的全合成 K. C. Nicolaou & S. L. Schreiber（1994） 紫杉醇（Taxol)的全合成OOOH2NOHOHOHOOHOHMeHOOHOHOHOHOHHOOOHOHHOOHOOHOHOHOOHOHMeOHOHHOOHOHOHOOMeMeMeOHOHOHOHHOONHOHHOOHOHOHMeOHOOHNHHOOOH海葵毒素

6、C C129129H H223223N N3 3O O5454, ,分子量分子量26802680，6464個手性中心個手性中心3.3.有機波譜分析有機波譜分析 采用現代儀器分析的方法，測定有機物的結構。采用現代儀器分析的方法，測定有機物的結構。 優點：樣品消耗量少、省時、省力、快速、準確。優點：樣品消耗量少、省時、省力、快速、準確。 它不僅可以研究分子的結構，還能探索分子間各種集聚態它不僅可以研究分子的結構，還能探索分子間各種集聚態的結構（構型和構象）的狀況，對人類所面臨的生命科學、的結構（構型和構象）的狀況，對人類所面臨的生命科學、材料科學的發展，是極其重要的。材料科學的發展，是極其重要的。

7、 分子運動形式及對應的光譜范圍分子運動形式及對應的光譜范圍 在分子光譜中，根據電磁波的波長在分子光譜中，根據電磁波的波長 ( )劃分為幾個劃分為幾個 區域，如下圖所示：區域，如下圖所示： 3.1 3.1 紅外光譜紅外光譜 紅外光譜 (Infrared Spectroscopy, IR) 的研究開始于 20 世紀初期，自 1940 年商品紅外光譜儀問世以來，紅外光譜在有機化學研究中得到廣泛的應用。 在有機物分子中，組成化學鍵或官能團的原子處于不斷振動的狀態，其振動頻率與紅外光的振動頻率相當。所以，用紅外光照射有機物分子時，分子中的化學鍵或官能團可發生震動吸收，不同的化學鍵或官能團吸收頻率不同，在

8、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鍵或官能團的信息。3.2 3.2 質譜質譜 質譜法是利用帶電粒子在磁場或電場中的運動規律，然后按照質量或質荷比（m/z）實現分離分析，測定離子質量及其強度分布。 這種按質量或質荷比大小順序排列而成的圖譜就是質譜圖。質譜分析法主要是通過對樣品離子質荷比的分析而實現對樣品進行定性和定量的一種方法電離裝置把樣品電離為離子質量分析裝置把不同質荷比的離子分開經檢測器檢測之后可以得到樣品的質譜圖質譜儀基本原理質譜儀基本原理1.質譜法是唯一可以確定分子質量的方法；2.靈敏度高；3.樣品用量少，通常只需微克級樣品，檢出限 可達10-14 g；4.質譜儀種類

9、很多，應用范圍廣，可進行同位素分析，也可進行化學分析，可進行無機成分、有機結構分析，生物樣品分析； 被分析對象：氣體、液體、固體。優點優點3.3 3.3 核磁共振核磁共振譜譜 NMRNMR：磁性核受幅射而發生躍遷所形成的吸收光譜。是研究分子結構、構型構象等的重要方法。核磁共振的研究對象： 磁性核，即具有磁矩的原子核。磁矩是由于核的自旋運動產生的。并非所有同位素的原子核都具有自旋運動。原子核的自旋運動與自旋量子數I有關。 核磁共振波譜的測定核磁共振波譜的測定 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。 標準：四甲基硅烷（內標法，外標法） 化學位移 偶合常數 積分高度

10、NMRNMR譜的結構信息譜的結構信息 化學位移 積分高度 偶合常數1H NMR譜中的峰面積 (peak area) 正比于等價質子的數目 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系。 例：乙醇CH3CH2OH 3組質子的積分曲線高度比為 3：2：1積分曲線積分曲線 (integration line)(integration line)影響化學位移的因素影響化學位移的因素氫核受到的屏蔽作用越大，峰越在高場出現，越小。 誘導效應 共軛效應 各向異性效應拉電子基團：去屏蔽效應，化學位移增大推電子基團：屏蔽效應，化學位移減小誘導效應：誘導效應： YH中Y的電負性越大，1H周圍電子云密度越

11、低，屏蔽效應越小，越靠近低場出峰，值越大。化合物化合物CH3FCH3OHCH3ClCH3BrCH3ICH4TMS電負性電負性4.03.53.02.82.52.11.84.263.143.052.682.160.230共軛效應共軛效應 供電子共軛效應，苯環電子云密度增大。 氫核電子云密度增大，屏蔽作用增大，向高場移動，值減小。 各向異性效應：氫核與某功能基因空間位置不同，受到屏蔽作用不同，導致其化學位移不同。 原因：在外磁場的作用下，由電子構成的化學鍵會產生一個各向異性的附加磁場,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。各類質子的化學位移值范圍 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 RCH2-O=C-CH2-C=C-CH2-CCCH2