1990年诺贝尔化学奖

1990年诺贝尔化学奖

伊利亚斯·詹姆士·科里

1990年10月17日，瑞典皇家科学院授予美国哈佛大学的有机化学家伊利亚斯·詹姆士·科里（Elias James Corey）以1990年的诺贝尔化学奖，表彰他在有机合成的理论和方法学方面的贡献。

科里从50年代后期开始进行有机合成的研究工作，30多年来他和他的同事们合成了几百个重要的天然产物。这些化合物的结构都比较复杂，而且越往后，他合成的目标化合物越复杂，合成的难度也越大。

按照科里和他的学生成学敏在1989年出版的一本名为《化学合成的逻辑》的书分类，他的合成工作主要涉及（1）大环结构：主要是一些大环内酯和大环内酰胺类的抗菌化合物；（2）杂环结构：主要是一些生物碱和维生素等；（3）倍半萜类化合物：由3个异戊二烯结构单位组成分子碳架的各种天然的烃类和其衍生物；（4）多环异戊二烯类化合物：含有更多异戊二烯结构单位的天然多环化合物；（5）前列腺素类化合物：一类激素；（6）白三烯类化合物：一类具有很强生物活性的多烯和其衍生物。下面列出科里首先合成的有代表性的几个化合物：

从这几个例子就足以看出，即使他最早期的合成工作（如长叶烯的合成）也已经能够显示出他的巨大天才。但是，科里最大的功绩并不在于他的那些艰巨的合成工作，而是在1967年他提出具有严格逻辑性的“逆合成分析原理”，以及有关在合成过程中，各种功能团的转变、加入和消去的一系列系统地修饰分子的原则和方法。逆合成分析原理，简单地说，就是确定如何将要合成的目标分子按可再结合的原则在合适的键上进行分割，使其成为合理的、较简单的和较易得的较小起始反应物分子；然后，再反过来将找到的这些小分子或等价物按一定的顺序和立体方式，逐个地通过合成反应再结合起来，并经过必要的修饰，而得到所要合成的目标化合物。所以逆合成分析是决定整个合成路线的关键，关系到整个合成的策略、成败和评价。例如，科里选用的长叶烯逆合成是：

在a键处分割长叶烯是可取的逆合成分析方式之一。因为这样可以找出比较简单的、容易制得的魏兰德-米歇尔酮（Wieland-Miescher ketone）作为起始反应物。从这个酮经过增加2个碳原子和扩环反应，即可得到所需的“顺式的二环中间物”，故科里的长叶烯全合成即以魏兰德-米歇尔酮为起始原料，并获得成功。下面是科里合成长叶烯的图示，其各步骤说明列于图下。

（m）脱缩硫酮的沃尔夫-启须纳（Wolff-Kishner）反应；

（o ）（1）MeLi对酮加成成为醇的反应；

（n）醇氧化成酮的反应；

（2）醇脱水成烯的反应。

这一合成的中心思想是9■10之间的反式和顺式稠合方式能够可逆地发生变化，和10a的分子内共轭加成反应而得到11，构成长叶烯分子的基本碳架。所以从2为起始物的合成中，应按所示的反应（a）→（g）使A环扩大一个碳原子，并增加一个取代的甲基，以得到9和10。由10a得到11之后，再经过（j）→（o）的步骤即可得到全合成的（±）-长叶烯（1）。

其实，在1967年之前，许多其他有机合成化学家的成功之作也都必定符合科里的“逆合成分析原理”，但别人都没有能像科里那样，将本来都是靠经验和资料的积累为凭据的合成设计，严格地予以系统化，使之成为可以传授学习的、符合逻辑的推理方法。事实是，学习了科里的这一原理之后，许多有机合成工作者由于能有意识地运用这一科学方法，而有可能提出很好的合成设计方案。例如，后来在（1978-1984）年间瑞士学者W.欧波泽（Oppolzer）按如下的逆合成分析设计的合成步骤也成功地合成了长叶烯。其合成步骤如下图示，图后列出各步骤说明。

（a）烯胺的酰基化反应；

（b）烯醇的o-酰化反应；

（c）构象改变；

（d）[2+2]光化学环加成反应；

（e）氢解脱苄基反应；和随后的逆羟酮加成反应；

与科里的合成法比较，欧波泽合成法的起始原料也不难得，总收率可达24-28％，是一个效率很高的方法，而科里合成法的总收率只有1-2％。可见，欧波泽法更为优越，其原因是在单键旋转的情况下，2个C=C双键的[2+2]环加成反应基本上只按所示的20a→21一种可能的方式进行，生成的两个新的环一个为四元环、一个为五元环，而如果按另一种可

能的方式进行，则新生成的两个环将都是四元环。由于这种选择性的缘故，结果导致关键步骤20→21的产率高达83-92％。科里法的关键步骤是10→11，要求10所含六元环呈船式构象出现，如10a所示，这是很不利的，所以这一步反应的产率只达到10-20％。除了这两个方法之外，还有一些其他的合成长叶烯的方法。这些表明通过“逆合成分析”进行合成设计，可以得到不只是一种合成法，而是多种或很多种方法。这是非常有意义的，因为每个合成工作者都可以根据自己的判断进行选择，经实验之后，对比得到的各个不同的结果，最能揭露内在的化学实质，而提高有关方面的化学水平。

尽管欧波泽的这个合成法取得了更好的成果，但这个成功的合成却不能不被认为是受益于科里的“逆合成分析原理”，因为这个合成是在科里提出他的这个原理之后11-17年完成的。这时已经不能不说，这个原理已为所有的有机合成化学家（包括欧波泽）所接受。类似的例子还可以举出许多，所以说科里的贡献是伟大的，他促进了有机合成化学的快速发展。这是科里获得崇高荣誉的一个最根本的原因。

此外，科里还开创了运用计算机技术于有机合成的设计。1969年他和他的学生卫普克（Wipke）编制了第一个计算机辅助有机合成路线设计的程序OCSS（organic chemicalsynthesis simulation，有机化学合成模拟），这也是建立在他的逆合成分析原理上的，即将该原理编成程序输入计算机。后来，世界各地的许多大学和科研单位都以这个OCSS程序为基础，开发出了许多新的程序。计算机具有的功能可以有力地辅助人类的大脑思维。尽管有些学者认为靠计算机的人工智能进行有机合成设计要能获得成果，仍然是比较遥远的事，但是，随着计算机技术的发展和高效程序的编制，必能更快地促进和提高有机合成化学达到更高的水平。