有机合成新方法

摘要：本文先简单得介绍了有机化学的发展，然后花大篇幅介绍了有机合成方法的新方法及新进展。

关键词：有机化学新方法有机合成

浅谈有机合成新技术

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现代有机合成的新概念和新方法

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现代有机合成的新方法

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有机合成新技术（2011-1）ppt

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前言： (3)

1有机化学的发展 (3)

2有机合成方法的一些新方法新进展 (3)

2.1组合合成 (4)

2.2不对称合成 (4)

2.3绿色合成 (5)

2.4金属参与的有机合成反应 (5)

2.5金参与的有机合成反应 (5)

2.6微波技术在液相有机合成中的应用 (5)

结语 (6)

参考文献 (7)

前言：

随着人类社会进入二十一世纪，科学技术高速发展，与此同时，化工合成行业已经形成一个比较完善，有一定系统的行业，特别是有机合成的发展很大程度上促进了人类社会的发展。随着人们对生活质量要求的越来越高，有机合成行业一直在不断根新，新的合成方法不断出现。

1有机化学的发展

虽然纪年历法仅是一个人为约定的相对时间标记,但人们还是对纪年中的十、百、千年不惜以大量的笔墨去回顾和展望。8年前,我们经历了公元纪年的新世纪,正好又是千年的转换,所以很热闹了一阵。自然科学也正好经历了发展中最快速的100 年,化学及其最丰富多彩的有机化学也同样经历了一个日新月异的世纪。因此我们不难在报章杂志上看到众多名家借此机会总结化学的辉煌百年,并预言更辉煌的新世纪。现在,进入新世纪已8年了,8年在历史长河中只是一个极短暂的瞬间,即使就近代自然科学的发展来讲也不是一段很长的时间,但人们还是会问这8年中有些什么过去曾预料到的或者不曾料到的发展动向和迹象。下面是自己从很小的角度观察的有机化学的进展以及记录下来的一些看法。

一段时期以来,有机化学界都注意到了生命科学、材料科学以及环境科学等是今后有机化学大有发展的领域,而这些领域中对有机化学提出的要求又正是有机合成、有机分析和物理有机化学最具挑战性的课题。

生命科学在这8年中的大事件是完成了人类基因组的测定,从而也开始了后基因组、蛋白质组研究的新时期。有机化学家以有机分析,有机小分子的调控等研究工作正在积极介入到这一领域中。

从材料科学来讲,2000 年聚乙炔有机导体工作获得Nobel 奖标志着有机新材料研究正受到特别青睐,同时也激发起更多的有机化学家投入到这一领域。事实上,这几年来在这方面确实涌现了很多很好的工作,例如C60衍生物的合成及其在光、电子器件方面的应用探索。近年来已发展了不少高产率合成C60有机衍生物的方法,吗啉在空气存在下可与C60反应定量生成五吗啉基的C60单环氧化合物,而芳(烯) 基铜试剂也可以高产率地生成五芳(烯) 基η52C60金属络合物。诸如此类的C60衍生物的出现开辟了材料学的新天地,也由于C60制备方法的进步,有人预计3～4 年内C60的生产将会达到数千吨的规模。由此也给有机化学家展示了一片大可用武之地。

有机化学发展的另一个重要领域是环境科学,上世纪90 年代,有机化学家已经对环境科学给予了相当的关注,但现在看来还应该更深更广地去参与环境中的有机化学问题,尤其是当今生态环境已成为人类社会可持续发展的关键问题，所以有机合成的未来已经有了很明确的目标，那就是向更优化更环保的方向发展。

2有机合成方法的一些新方法新进展

可以说二十一世纪的有机合成水平已经很高，有机合成体系已经很完善了，但是社会的进步还在继续，一些新的合成方法仍然不断出现，他们真在给世界的发展注入新鲜的血液，无论如何，一种合成方法要想长久存在下去，它必要达到发展的要求。

2.1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选择性能化合物的过程。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。组合合成大大提高了有机合成的目标选择性和效率,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,这方面的发展速度很快,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。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都显示了广阔的前景。当前,组合合成的发展趋势是要求高效,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450μmol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。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,Mikami等已成功将组合化学用于不对称催化反应的开发。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。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。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。

2.2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,在化学计量的不对称反应中必须有化学计量的手性源。而用于手性源的化合物非常昂贵,故在生产中用化学计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络合物,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。

经过近十多年的飞速发展,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,不对称氢化反应正向常温、常压和高选择性、高反应速率、可重复使用和更具环保意识的方向发展;同时,反应底物的范围也在不断扩大。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 ( Ph3 P) 3为催化剂可以在C = C键存在下选择性地氢化C=O键,从而实现了高选择性的氢化反应。对碳- 杂原子连接的重键的不对称氢化反应的研究还处在初级阶段,但对于难于氢化的C =N键的不对称氢化已取得了成功。Buchwald等用C =N键插入Ti - H键而形成Ti - N键的立体环境,从而实现了对C =N键的不对称氢化。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。这是不对称催化发展的一个方向。下面是手性中毒的原理示意:

(R, S) - L - M + L*——(R) - L - M – L* + ( S) - L - M

手性中毒活性催化剂

除此之外,还发展了不对称放大,去对称化反应等新概念、新方法和新技术,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。

2.3绿色合成

1995年3月16日,美国宣布“总统绿色化学挑战计划”,提出了“绿色化学”的概念。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,初步形成了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“环境友好”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,消除或尽可能地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、选用对环境无污染的原料、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等

2.4金属参与的有机合成反应

大致上从上世纪80 年代以来,金属参与的有机合成反应就一直是有机合成新反应发现的一个主要源泉。过渡金属,尤其钯催化的碳2碳键形成新反应是这方面突出的例子。钯催化的反应也在天然产物复杂分子的合成中得到了广泛的应用,更进一步说明了金属参与的有机反应的作用和影响。最近新的、受到更多关注的反应方法也许是烯烃复分解反应和金参与的有机合成反应。

2.5金参与的有机合成反应

金(黄金) 和其化合物用于有机合成反应是近年的事,对此曾略有介绍。2005 年Hashmi 对2004年前后的报道也作了简单的回顾,而麻生明等则在2006 年对金催化烯炔底物的环化作了专门介绍。但这两年又有不少很有意义的工作,显示出它们在一些反应中有着很高的效率和独特的选择性。Corma 等最近报道负载于TiO2 上的纳米金能选择氢化还原硝基,而不影响分子内其它部位的双键、羰基、氰基等, 优于相应的钯、铂类催化剂

2.6微波技术在液相有机合成中的应用

利用微波技术进行的液相反应也称为“湿”反应中, 选择合适的溶剂作为反应介质是反应成功与否的关键因素之一。在微波作用下, 溶剂的过热现象经常出现, 选择适当高沸点的溶剂, 可以防止溶剂的大量挥发, 这对于敞口反应器进行的反应尤为重要。甲酞胺、低碳醇类、水等都是常用的溶剂。有的反应物本身就是一种良好的溶剂。在微波辐射和相转移催化剂联合作用下合成了种, 1，3-双苯硫基-2-丙醇, 产率为80%-90%。实验发现, peg-400是最有效的相转移催化剂, 为良好的反应溶剂, 反应时间为8分钟。其反应机理是PEG首先与NaOH形成离子对, 由水相转人有机相, 然后, 与苯硫负离子以形成和离子, 后者与环氧氯丙烷发生取代、开环反应得到, 1，3一双苯硫基一2一丙醇和〔PEGNa〕NU-, 在碱中形成PEGNANU使催化反应继续进行。微波辐射的主要作用是加快反应速度, 缩短反应时间, 提高产品收率。

结语

现代有机合成正朝着高选择性、原子经济化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、分子组装等概念的提出和化学生物学、合成生物学、化学材料学的出现和发展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。

发展和可持续发展是当今世界最优先考虑的问题。用发展的眼光可以清楚地看到有机化学正在接受可持续发展的挑战,正在与时俱进,迎接新的辉煌百年。

参考文献

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