合成化學(xué)課件：緒論（第一章）（第一章）（第一章）

1合成化學(xué)中國地質(zhì)大學(xué)材化學(xué)院楊祥2教學(xué)安排1、學(xué)時數(shù)：72、學(xué)分4.5課堂教學(xué)40學(xué)時，實驗32學(xué)時；2、成績：考試成績占60分，平時成績占40分；平時成績中實驗占20分，作業(yè)占15分，考勤占5分。3使用教材：《合成化學(xué)》。潘春躍等?；瘜W(xué)工業(yè)出版社。2005年。參考書：《合成化學(xué)》。于九皋等。高等教育出版社。2008年?！队袡C合成》。黃陪強等。高等教育出版社。2004年。《有機合成化學(xué)》高桂枝等。科學(xué)出版社。2007年。4作業(yè)1請查閱有關(guān)合成化學(xué)的文獻5篇（至少有一篇英文文獻），寫出閱讀綜述，分析指出合成化學(xué)在合成技術(shù)，方法或理論上的最新進展。列出參考文獻。5目錄第一章合成反應(yīng)原理第二章合成路線設(shè)計與合成方法第三章合成技術(shù)第四章典型無機化合物的合成第五章新型無機功能材料的合成與制備第六章碳骨架的構(gòu)建第七章官能團的引入、轉(zhuǎn)換與保護第八章元素及金屬有機化合物第九章不對稱合成第十章復(fù)雜分子的合成第十一章綠色合成6教學(xué)要求：1、了解合成化學(xué)涉及的內(nèi)容；2、了解合成化學(xué)研究的意義；3、了解合成化學(xué)發(fā)展的歷史。緒論7

（1）合成化學(xué)的研究意義化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性能以及相互轉(zhuǎn)化的科學(xué)。合成化學(xué)研究從自然界提取有用物質(zhì)以及研究用人工方法合成、制備新的化合物的理論和方法的科學(xué)。8合成新的化合物或?qū)σ延谢衔锏暮铣煞椒ㄟM行改進是為了滿足人類需要。70億衣、食、住、行及各種文化生活的需要消耗/年7億多噸鋼材800多萬噸銅1600多萬噸鋁35億噸煤23億噸石油9合成化學(xué)帶動產(chǎn)業(yè)革命19世紀(jì)----染料工業(yè)的開創(chuàng)20世紀(jì)----非金屬合成材料工業(yè)的建立20世紀(jì)50年代----分子篩催化劑的開發(fā)21世紀(jì)----納米態(tài)及團簇的合成與組裝10

合成化學(xué)是推動化學(xué)學(xué)科與相鄰學(xué)科發(fā)展的主要動力。納米制備與合成技術(shù)的發(fā)展為建立納米物理與納米化學(xué)提供了基礎(chǔ)

C60及復(fù)合氧化物型超導(dǎo)體的合成推動了團簇化學(xué)與物理的建立和超導(dǎo)科學(xué)的發(fā)展11（2）合成化學(xué)的研究對象和基本內(nèi)容概括起來說就是合成新化合物、改進現(xiàn)有的化合物合成路線、開發(fā)新的合成技術(shù)、分離提取技術(shù)。研究對象也包括材料的制備（分子水平上的化學(xué)組裝過程）。12合成化學(xué)無機合成有機合成合成基礎(chǔ)理論合成路線設(shè)計合成技術(shù)合成方法合成實驗產(chǎn)物的鑒定與表征分離提取合成13合成化學(xué)研究的基本步驟和方法確定合成目標(biāo)和任務(wù)合成方法的選擇和合成路線的設(shè)計合成實驗化合物的鑒定和表征14有機合成的歷史第二次世界大戰(zhàn)初創(chuàng)期輝煌期主要是圍繞以煤焦油為原料的染料和藥物等的合成50—60年代的Woodward藝術(shù)期70—80年代Corey的科學(xué)與藝術(shù)的融合期90年代以來的化學(xué)生物學(xué)期（3）合成化學(xué)的發(fā)展和展望15弗里得里?！ぞS勒（1800－1882）1800年7月31日維勒出生于德國法蘭克福附近的埃希海姆村。當(dāng)維勒十九歲時，考入馬堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院，一年之后，轉(zhuǎn)學(xué)至海德堡大學(xué)，1823年獲得醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。葛梅林發(fā)現(xiàn)維勒的實驗?zāi)芰軓姡瑸榭稍熘?，勸他到瑞典跟化學(xué)大師貝采利烏斯學(xué)習(xí)化學(xué)，果然，一年間，維勒掌握了分析化學(xué)和制取元素的方法，1825年任柏林工業(yè)?？茖W(xué)校教師，講授化學(xué)。過了兩年，制出了金屬鋁。1836年任戈丁根大學(xué)化學(xué)教授，并擔(dān)任過戈丁根化學(xué)研究所所長、漢諾威藥房的監(jiān)察主任。1854年被選為英國皇家學(xué)會會員，1872年獲得該會的科普勒獎?wù)隆?6

1828年成功地從氰酸銨合成了尿素，以此聞名于世。開創(chuàng)了有機合成的先河動搖了“生命力論”柏則里格曼林和貝采里烏斯維勒的失誤17德國有機化學(xué)家。1818年4月8日生于吉森，1892年5月2日卒于柏林。1836年入吉森大學(xué)學(xué)習(xí)法律，后受到化學(xué)家J.von李比希的影響，改學(xué)化學(xué),1841年獲博士學(xué)位，即留校任李比希的助手。1845年任倫敦皇家化學(xué)學(xué)院首任院長和化學(xué)教授。1865年回國，任柏林大學(xué)教授。1851年當(dāng)選為英國皇家學(xué)會會員。1868年創(chuàng)建德國化學(xué)會并任會長多年。181856年霍夫曼(A．W.Hofmann)發(fā)現(xiàn)苯胺紫，回國后發(fā)展了以煤焦油為原料的德國染料工業(yè)。研究苯胺的組成(1843)；由氨和鹵代烷制得胺類(1850)；發(fā)現(xiàn)異氰酸苯酯(1849～1856)、二苯肼(1863)、二苯胺(1864)、異腈(1866～1867)、甲醛(1867)；制訂測定分子量用的蒸氣密度法（1868），改進有機分析和操作法；發(fā)現(xiàn)四級銨堿加熱至100℃以上分解成烯烴、三級胺和水的反應(yīng)(1881)，稱霍夫曼反應(yīng)。191852年10月9日生于德國科隆市萊茵河附近的奧伊斯基興。1872年在斯特拉斯堡與拜耳一起做研究工作。他由于在染料方面的工作，于1874年獲博士學(xué)位。1879年任慕尼黑大學(xué)教授，1882年任埃朗根大學(xué)教授，1885年任維爾茨堡大學(xué)教授，1892～1919年，任柏林大學(xué)教授。1890年費歇爾合成六碳糖的各種異構(gòu)體以及嘌呤等雜環(huán)化合物，費歇爾也因此榮獲第二屆(1902年)諾貝爾化學(xué)獎。艾米爾·費歇爾(EmilFischer，1852—1919）20他父親勞倫斯·費歇爾是個富有商人，除經(jīng)營葡萄酒、啤酒外，還是一些啤酒廠、毛紡廠、鋼管廠、玻璃廠及礦山企業(yè)的董事。在艾米爾少年時代，他父親正傾注全力發(fā)展他的毛紡廠，親自動手建立了一個小染坊，把買來的染料反復(fù)調(diào)和進行試驗。由于缺乏化學(xué)知識，實驗總不象作買賣那么順心，為此他常嘮叨：“如果家里有一個化學(xué)家，這些困難便好解決了。”后來相繼建立的鋼鐵廠、水泥廠也迫切需要化學(xué)知識，致使他父親對化學(xué)這門科學(xué)更加崇拜。父親的這一思想給費歇爾留下了深刻印象，他暗暗下定決心，將來一定要作一個化學(xué)家。21AdolfvonBaeyer(1835～1917)1835年10月31日生于柏林,1917年8月20日卒于斯特爾堡。曾在海德堡大學(xué)學(xué)習(xí)化學(xué)，是R.W.本生和F.A.凱庫勒的學(xué)生。1858年在柏林大學(xué)獲得博士學(xué)位，1860年任該校化學(xué)講師。數(shù)年后任柏林工業(yè)研究所化學(xué)研究室主任。1872年任斯特拉斯堡大學(xué)化學(xué)教授。1875年任慕尼黑大學(xué)教授。22他的第1項成績是1863年發(fā)現(xiàn)了巴比妥酸──巴比妥類安眠藥的母體；1865年，他開始了靛藍染料的研究工作；1880年合成了靛藍,1883年確定其結(jié)構(gòu)；1885年拜耳依據(jù)碳原子正四面體的模型，樹立了張力學(xué)說；1881年英國皇家學(xué)會授予他戴維獎?wù)?，表彰他在靛藍方面的成績。1905年他因研究有機染料和氫化芳香族化合物的貢獻而獲諾貝爾化學(xué)獎。23科學(xué)家威爾施泰特（1872.8.13—1942.8.3）1872年8月13日生于德國巴登；1894年在慕尼黑大學(xué)獲得博士學(xué)位；1905年任瑞士蘇黎世大學(xué)化學(xué)教授；1912—1916年任柏林大學(xué)化學(xué)教授和威廉皇家研究所所長，后又返慕尼黑大學(xué)任教授；1939年到瑞士進行研究工作。1915年，威爾施泰特由于對植物色素特別是葉綠素的研究而獲諾貝爾化學(xué)獎。1942年8月3日，在瑞士去世，享年70歲。241903年維爾斯泰特（RWillstatter）經(jīng)過鹵化、氨解、甲基化、消除等20多步反應(yīng)，第一次完成顛茄酮的合成，這是當(dāng)時有機合成的一項卓越成就，具體合成路線為：總收率0.75%25時隔14年之后，1917年英國化學(xué)家魯濱遜(Robinson)第二次合成顛茄酮，所不同的是他采用了全新的、簡潔的合成方法，是模擬自然界植物體合成莨菪堿的過程進行的，其合成路線是：

這一合成曾被Willstatter稱為是“出類拔萃的”合成，它反映了這一時期有機合成突飛猛進的發(fā)展。261886年出生在英國中部一個小鎮(zhèn)上，在曼徹斯特大學(xué)獲博士學(xué)位，曾去悉尼大學(xué)工作，后任牛津大學(xué)教授直至退休。

他致力于有機結(jié)構(gòu)和有機理論的研究并應(yīng)用于生理學(xué)方面，成功地測出生物堿如罌粟堿、尼古丁嗎啡等的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)式，更突出的是他與一名澳大利亞學(xué)生精確地測定了青霉素等一批抗菌素藥物的結(jié)構(gòu)及在生理和藥理方面的作用機理，成功地合成了盤尼西林、馬錢子堿等藥物，所以榮獲1947年諾貝爾化學(xué)獎。

魯賓遜于1975年逝世，享年89歲。英國化學(xué)家-魯濱遜

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與此同時許多具有生物活性的復(fù)雜化合物相繼被合成:

威廉姆斯(G．Williams)發(fā)現(xiàn)箐染料；獲1930年諾貝爾化學(xué)獎的HansFischer合成血紅素；

1944年R．BWoodward合成金雞納堿等。以上這些化合物的合成標(biāo)志著這一時期有機合成的水平，奠定了下一階段有機合成輝煌發(fā)展的基礎(chǔ)。28R.B.Robert

Burns

Woodward

(1917～1979)美國化學(xué)家。1917年4月10日生于波士頓，1979年7月8日卒于哈佛。1933年入麻省理工學(xué)院學(xué)習(xí),1936年獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位,1937年獲博士學(xué)位。1950～1960年,任哈佛大學(xué)教授。1963年瑞士汽巴公司為他在瑞士的巴塞爾建造了伍德沃德研究室，此后他在哈佛大學(xué)和巴塞爾兩處指導(dǎo)研究工作。輝煌期29

在甾族化合物領(lǐng)域中的第一個成果，是描述了分子結(jié)構(gòu)與紫外光譜間的關(guān)系；較早地認(rèn)識到物理測定比化學(xué)反應(yīng)更能闡明有機化合物分子結(jié)構(gòu)的特點。曾推測了許多復(fù)雜的天然有機化合物的結(jié)構(gòu)，并取得了巨大的成功,包括青霉素(1945)、番木鱉堿(1947)和河豚毒素(1964)等。30

在測定青霉素的結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了前所未知的一類天然產(chǎn)物─大環(huán)內(nèi)酯抗生素，并提出了在自然界形成的可能途徑。他也是第一個提出甾體激素的正確生物合成理論的人。

最早正確地推測了二茂鐵的結(jié)構(gòu)，為金屬有機化學(xué)開辟了新的道路。合成工作突出地表現(xiàn)在巧妙地利用有機反應(yīng)進行現(xiàn)在已知的最復(fù)雜的天然有機化合物的合成。31Woodward是藝術(shù)期的杰出代表，也是目前為止最杰出的合成化學(xué)大師之一。他在27歲時就完成了喹嚀的全合成。生物堿，如馬錢子堿（1954年）、麥角新堿（1956年）、利血平（1956年）；甾體化合物，如膽甾醇、皮質(zhì)酮（1951年），黃體酮（1971年）以及羊毛甾醇（1957年）；抗生素，如青霉索、四環(huán)素、紅霉素、維生素B12，并因此獲得1965年諾貝爾化學(xué)獎。32含有9個手性碳原于，可能的異構(gòu)體數(shù)為512。VitaminB2近百名科學(xué)家歷經(jīng)15年才完成了它的全合成Woodward和量子化學(xué)家R．Hofmann共同發(fā)現(xiàn)了重要的分子軌道對稱守恒原理，這一原理使有機合成從藝術(shù)更多地走向理性，完成了大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜的天然分子全合成。33從自然界發(fā)現(xiàn)的和人工合成的有機物約有三千萬種，每年新合成的化合物中，90%的是有機物。創(chuàng)造了好幾個新的自然界；發(fā)現(xiàn)了大量的新反應(yīng)、新試劑、新方法和新理論。進入21世紀(jì)，合成化學(xué)將更注意發(fā)展新合成反應(yīng)、新合成路線和方法、新制備技術(shù)及與此相關(guān)的反應(yīng)機理的研究。展望34在有機合成中，高選擇性、高合成效率和經(jīng)濟性、高反應(yīng)活性和收率、環(huán)境友好性及原子經(jīng)濟性將更受關(guān)注。發(fā)展的前沿是天然復(fù)雜有機分子的合成和不對稱合成。無機合成研究的重點是復(fù)雜和特殊結(jié)構(gòu)無機物的高難度合成，如團簇、層狀化合物及其特定的多型體、各類層間的嵌插結(jié)構(gòu)及多維結(jié)構(gòu)的無機物，特殊聚集體的合成，如超微粒、納米態(tài)、微乳與膠束、無機膜、非晶態(tài)、玻璃態(tài)、陶瓷、單晶、晶須、微孔晶體等。3521世紀(jì)，合成化學(xué)的主要研究方向可以概括為：

①定向合成和高選擇性合成方法的研究。依據(jù)生物活性或光、電、聲、熱等物理功能的需要，定向合成或選擇性合成有特定結(jié)構(gòu)及空間排列的分子和分子聚集體，這是合成化學(xué)當(dāng)前最重要的課題之一。36②綠色合成研究，或稱原子經(jīng)濟性、環(huán)境友好反應(yīng)的研究。從基礎(chǔ)研究角度提出新的概念，創(chuàng)造新的反應(yīng)，尤其是高效的選擇性催化反應(yīng)。37③極端條件下的合成和溫和條件下的合成極端條件指超高壓、超高溫、特殊物理場等，這是可能實現(xiàn)通常條件下無法進行的合成，從而得到有特殊功能的特殊結(jié)構(gòu)。溫和條件下，也就是模擬生命體系酶催化反應(yīng)條件下的反應(yīng)，這類高效、定向的反應(yīng)正是合成化學(xué)家追求的一種理想境界，如合成抗體酶等各種人工酶。38④具有特定功能、特殊結(jié)構(gòu)的分子的合成和分子聚集體的組裝。這方面的合成研究工作可能會對生命科學(xué)、材料科學(xué)帶來