北大化学系有合成的讲义.doc

有机合成1.1. 有机合成的目的和要求1.2. 有机合成设计的基本概念1.3. 逆合成分析1.4. 碳架的分析1.5. 官能团的转换1.6. 官能团的保护1.7. 天然产物全合成分析第1章 有机合成基础自1828年德国科学家 Wohler 首次人工合成了尿素后, 有机合成是一个十分活跃的研究领域, 有机化学家已经合成了几千万种有机化合物, 并使得有机合成成为了医药、生物和材料等研究领域的基石。有机合成是一门实验科学, 但是对许多有机合成工作者者来说, 在开展有机合成工作之前, 应该对一个有机分子的结构有一个基本的了解, 并知道更多的合成方法。只有这样才能使自己有一个整体的和合理的合成计划。这也产生了有机合成设计, 并且已经成为了有机合成的灵魂。目前, 随着生命科学和材料科学的发展, 生命科学家对许多生命过程和各种功能本质的认识已经深入到了分子的水平；而材料学家在构筑分子水平的各种器件和合成具有特定功能的有机材料过程中提出了更多的设想。在过去的这些年中, 有机合成在复杂分子的合成和材料科学的发展中都取得了辉煌的成果。像红霉素这样复杂的化合物, 它含有18个手性中心, 也就是说它是262144个可能的光活异构体中的一个, 因此合成与天然产物构型完全一致的化合物, 在几十年前绝对是有机合成的一个奇迹。在过去的这些年来, Taxol的合成以及维生素B12的合成也同样成为了有机合成发展的代表之作。1 Taxol的结构：维生素B12：由Corey, E. J. 提出的并由此获得了1991年诺贝尔化学奖的逆合成分析理论（retrosynthesi）是当今有机合成中最为普遍接受的合成设计方法论。他的逆合成分析学说被称哈佛(Harvard)学派的代表, 并与剑桥(Cambridge)学派的生源合成学说一起成为了现代有机合成设计思想的基石。Corey的逆合成分析理论推动了20世纪70年代以来整个有机合成领域的飞速发展．随着有机合成的发展和与其他学科的进一步交叉, 使得有机合成所从事的目标分子不仅仅局限于它们的结构, 而且还需要考虑目标分子的功能或活性。本章将以逆合成分析理论为基础介绍有机合成设计的基础知识。1.1. 有机合成的要求和驱动力1.1.1． 有机合成的要求任何一个有机合成都有共同的要求：合成的反应步骤越少越好、反应的产率越高越好以及起始原料应该简便易得。对一个初学者而言, 可能不理解这三条要求对有机合成是多么的重要, 同时正因为这三项要求促进了有机合成以及相关的有机合成方法学的发展。在多步有机合成中, 如果每步反应的产率为90%以上, 那么经过5步反应后, 其总产率为59%；但是如果在这5步反应中, 有一步的反应产率为50%, 那么其总产率降为33%；如果每一步反应的产率为50%, 那么其总产率只有3%；由此可见合成反应的步骤和每一步反应的产率对一个复杂的合成过程来说是十分重要的。所有合成的目的就是尽可能地选择最便宜易得的原料, 通过各种有机反应将化合物“拼接”和“剪裁”最终转化成复杂的分子结构, 也就是通过一定的反应, 使原来的分子中的某一个或几个化学键断裂或形成一个或几个新的化学键, 从而使分子发生转化或只需将几个小分子连接起来即可。1.1.2. 有机合成的驱动力有机合成的驱动力主要有以下三种：1) 将各种新的有机反应应用于有意义的分子合成中；2) 利用天然的或未被充分利用的原料合成各种具有应用价值的物质；3) 合成一些特定需求的特殊的有机分子。以下我们逐点讨论有机合成的驱动力。1) 利用新的反应合成各种有机化合物自上世纪70年代起, 有机合成方法学取得了飞速的发展, 发现了许多新的反应。将这些新的有机反应应用到各种复杂分子的合成中也促进了有机反应方法学的进一步发展。例如现在在多个研究领域都具有很高应用价值的烯烃复分解反应(Olifen metathesis)。Paquette在2000年发表的有关倍半萜烯 (+)-Asteriscanolide 合成工作就成功地利用了此反应实现了大环体系的建立。2Fluvirucins B1 和 B2 因为它们的生物活性而成为了有机合成化学家感兴趣的目标。它们属于大环内酰胺, 已经被用作菌剂及抗击流行性感冒A病毒。合成这类化合物的挑战之一就是在构造立体中心时需要很高的选择性。, 为了测试生理活性的目的, 合成方法应该尽可能灵活, 以利于选择各种物（当然包括一些在自然中没有的化合物）。在多数情况下, 过渡金属催化反应都能实现上述要求。基于这个原因, Hoveyda充分利用的优点来实现fluvirucin-B1-糖苷的全合成。3 高效抗生素erythromycin A 和B的全合成贯穿于整个现代有机合成化学的历史