天然产物的分离、鉴定及结构分析 有机化学 物理有机化学
有机合成
有机合成是一项复杂的系统工程！
原料的选择、产品性能及用途的预测 选择合适的反应、通过有效的方法来实现合成
合成设计
对合成混合物进行分离纯化得到纯的目标产物
对所得产品进行分析鉴定（表征）
产品性能测试及应用开发
有机分析
2、有机合成的出现及发展
Two of his early major contributions are the development and application of the extended Hü ckel molecular orbital method, and (with Woodward) the application of simple but powerful arguments of orbital symmetry to Roald Hoffmann concerted reactions.
H N N CH3
CH3 CN
H3C
CH2CONH2 H CH2CH2CONH2 CH3 CH3
N N H
Co
维生素B12
CH3
N
CH2CH2CONH2
CH 3 CH 3
（近百人，耗
OH
N
时15年合成）
O CH2OH
Robert B. Woodward (1917-1979,U.S.)
The Nobel Prize in Chemistry 1965
基础化工原料特点和生产工程中的问题
• 未来基础有机化学品将是多种多样； • 石油系为主导，煤液化产业将有新建树； • 节省能源和资源、消除公害、改变产品结 构、研发新产品、推进新技术。 • 新工艺、新技术、新产品、连续化、大型 化、自动化、绿色化
化 工 行 业
有机化工；无机化工；石油化工；
医药化工；精细化工；塑料化工；
The concept of "retrosynthetic analysis", which changed the way organic chemists undertake the synthesis of complex natural products.
Woodward (1981) 红霉素的全合成 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）
"for his outstanding achievements in the art of organic synthesis"
1919-1945年，理论研究也有了很大发 展，促进了有机化学及有机合成的发展。
芳香和共轭效应 1922~1926
新理论
共振理论 1925 分子轨道理论 1931
Diels-Alder反应 新型反应
• 当今新的试剂、方法以及手段的开发、应用；
标志高选择性、立体性的定向合成时代的到来。
有机合成的特点与研究方法
• 良好的有机合成路线： • 反应条件温和、操作简便、得率高； • 有高的化学位置和立体选择性； • 适应力强、适用面广、实用性好； • 原料价廉易得、有丰富得来源；
• 不产生公害，不污染环境。
The Nobel Prize in Chemistry 1981 for their theories, developed independently, concerning the course of chemical reactions.
复杂天然产物的全合成 近代合成 高张力环的合成 (CH)n 的合成
E. J. Corey(美国), 1967年提出“逆合成分析原 理”，使Woodward之合成艺术走向逻辑性、科学性， 应用此原理成功设计合成出几百种重要天然产物。并 将计算机技术用于有机合成设计，为有机合成的理论 和方法做出重要贡献，获1990年诺贝尔化学奖。
Development of the theory and methodology of organic synthesis.
有机合成与设计
研究有机合成的意义
• • • 大自然赐予人类的财富 科学进步与社会发展对有机物要求 有机合成对人类的贡献与作用
有机合成发展史
• 1828年武勒发现并合成了脲素； • 1845年柯尔贝合成了醋酸； • 1850-1900年合成药物、染料、脂肪、糖； 进入有机合成时代 • 合成资料不断积累，揭示有机分子结构与性质关系； 形成了有机结构理论 • 三十年代齐格勒发现了定向聚合催化剂； 开始了制备与应用高分子材料的时代
O
R2
Mannich Reaction (1912)
维生素B12 的合成 （Woodward, 1977年）
因在1945-1954年人工合成了奎宁、类固醇、 马钱子碱、羊毛甾醇、麦角碱等近20种复杂天然 产物而1965 年获Noble 化学奖
在Woodward及Eschenmoser 领导下, 经过两个 实验室，100多位科学家的共同努力，于1977年完成 了维生素B12的全合成工作。
有机合成上的重大突破，往往预示 着某种新理论的诞生，而新理论的诞生 有将极大地推动有机合成的发展。
例1：J. C. Perdesen 1962年合成冠醚 DB18-C-6
OH Cl Cl 1.NaOH/n-BuOH O 2.H2O/H +
自由基反应
1946年二战后，分离分析技术革命、量子 化学的发展，使有机合成的发展如虎添翼！ 分离：GC、HPLC、TLC等
鉴定：UV、IR、NMR、MS、X-Ray
理论：前线轨道理论、轨道对称性理论。
有机合成方法论：逆合成分析，计算机应 用于合成设计。
Kenichi Fukui 福井谦 The Role of Frontier Orbitals in Chemical Reactions（化学反应前 线轨道对称性
早期受“生命力”学说的束缚，人们放弃 对有机物的合成，有机物主要来源于天然产 物的分离。 1828年，年轻的德国科学家武勒(wö hler) 在加热无机氰酸氨时，意外地发现了只有靠 肾脏才能产生的脲。
O NH4OCN
加热
NH2-C-NH2
1845年，合成醋酸及羧酸盐电解合成烷烃。 1850~1900年，主要以煤焦油为原料合 成出许多药物、染料、脂肪及糖等。
OH Me Me O O
OH
HO
HO O Me HO OH OH OH OH OH OH
Me
OH O OH
海葵毒素的结构
OH HO OH
 ¯ Ï ï Í Â Ä Ï Ä É Ù ö ¤ Ð » º Î º Ð ² Á µ ·Ë Ô ³
2000
1075.6 785பைடு நூலகம்3 593 414.8 236.7 110 1945 1970 1975 1980 1985 1990 Ä 1999 ê
将有机合成作为一种艺术展现在世人面前。
3. 维生素B12 的合成 （Woodward, 1977年）
因在1945-1954年人工合成了奎宁、类固醇、 马钱子碱、羊毛甾醇、麦角碱等近20种复杂天然 产物而1965 年获Noble 化学奖
在Woodward及Eschenmoser 领导下, 经过两个 实验室，100多位科学家的共同努力，于1977年完成 了维生素B12的全合成工作。
-
G. Williams
菁染料（照相底片感光剂）
O
OH OH
O
H N
N H
O
O
靛蓝（1878）
茜红（1868） 1，2-二羟基蒽醌
德国 C. Graebe , C. Liebermann
联-2-亚吲哚-3-酮 A. Von Baeyer
1917, R. Robinson 合成颠茄酮
CHO COOH
+
CHO
CH3NH2
+
O COOH
H2O pH=5
NCH3
O
颠茄酮
假石榴皮碱（麻醉剂）
1919~1945年（二战期间）
维生素、激素的结构确定及全合成，抗炎药物的合成。
21步合成颠茄酮路线
Willstatter在 1896年合成的， 并于1915年获诺 贝尔化学奖
三步合成颠茄酮路线
颠茄酮的合成
1) 1902年，德国化学家 Willstatter (1915年获Noble 化学奖）
立方烷
新发展
固相合成 不对称合成 （淡化有机、无机、生物 超分子化学 化学及材料科学的界线） 组合化学
O O H2 N OH O
OH OOH O HO OH OH Me OH HO
OH
OH OH OH
OH
OH OH OH
O HO(CH2)6 HN
Me
OH
Me
HO OH O
OH OH OH OH
O
OH OH
紫杉醇（Taxol)的全合成
OH
COCH3
O
O
睾丸甾酮
黄体酮
O COCH3 OH
HO
O
胆固醇
可的松
CH3 O H3C HO HO H3C H3C O O OH CH3 O CH3 O CH3 H3C O HO
N(CH3)2
18个手性中心
O CH3 CH3 OH OMe
理论上：262144个 异构体 工作署名者达49人
一、有机合成的发展及作用
自然界赐予人类的物质财富：煤、石油、 天然气以及动、植物资源，他们中包含了大 量的有机物，养育了人类。
天然提取物
有机物来源