有機(jī)化學(xué)與社會(huì)課件

有機(jī)化學(xué)與社會(huì)————化學(xué)為人類創(chuàng)造更美好的生活（BetterLifethroughChemistry）1什么是化學(xué)？借用一位著名化學(xué)家的話：化學(xué)就是關(guān)于創(chuàng)造以前不存在的新物質(zhì)的科學(xué)。這些新物質(zhì)涵蓋了從塑料到各種農(nóng)藥，藥物，對(duì)人們的日常生活有著極大的影響。我們現(xiàn)在認(rèn)為，要不是通過(guò)化學(xué)知識(shí)來(lái)合成，很多現(xiàn)代化的產(chǎn)品都不會(huì)存在。

盡管設(shè)計(jì)和合成新的分子是化學(xué)的核心，分析這些新物質(zhì)以及研究這些反應(yīng)為什么會(huì)發(fā)生，怎樣發(fā)生是化學(xué)研究的另一重要方面，它揭示我們周圍世界的分子復(fù)雜性及其與我們和其它生命有機(jī)體的精妙關(guān)系。2對(duì)有機(jī)化學(xué)的通常定義是：有機(jī)化學(xué)就是關(guān)于碳元素及其化合物的科學(xué)，這些化合物被稱作有機(jī)分子。有機(jī)分子是生命體化學(xué)大廈的砌塊。3567A.Fleming

H.Florey

E.Chain

R.Robinson

D.Hodgkin

R.B.Woodward

91011Vancomycin酸的一個(gè)133.計(jì)劃生育藥物144.抗癌藥物——紫杉醇155.抗瘧藥物171819(S)-thalidomide(R)-thalidomide反應(yīng)停：五十年恩怨7.手性藥物21手性(Chirality)：自然界的基本屬性組成生命活動(dòng)的基本化學(xué)物質(zhì)是手性化合物！手性藥物：一把鑰匙開(kāi)一把鎖！氨基酸---蛋白質(zhì)糖---多糖核酸---DNA2/3以上開(kāi)發(fā)中的藥物為手性市場(chǎng)上40%的手性藥物為單一異構(gòu)體2002年全球手性藥物市場(chǎng)1590億美元22van’tHoff(1874)inUtrechtLeBel(1874)inParis23左手性的紫藤和右手性的紫藤 紫藤莖纏繞的手性特征，與紫藤屬不同的種相關(guān)。同種紫藤的莖不大可能表現(xiàn)不同的手性纏繞特征。圖中所示為紫藤屬中左手性的紫藤(Wisteriasinensis),右手性的為多化紫藤(Wisteriafloribunda)。25長(zhǎng)瓣兜蘭花兩側(cè)長(zhǎng)瓣的螺旋是左右對(duì)稱的，右側(cè)是左旋，左側(cè)是右旋。 ——《科學(xué)》2002,Vol.54,No.55262001年諾貝爾獎(jiǎng)：不對(duì)稱催化從實(shí)驗(yàn)室到工廠（1984）29已用于工業(yè)的不對(duì)稱催化反應(yīng)30孟山都公司的L-DOPA路線3132不對(duì)稱環(huán)氧化DET=(+)or(-)diethyltartrateLimitedto(homo)allylicalcoholsSynthesisβ-blockers33

在生命的產(chǎn)生、演變、進(jìn)化這樣漫長(zhǎng)的過(guò)程中，自然界造就了許多分子，手性分子占去了很大的比例。構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸都是L型氨基酸，多糖和核酸的單糖是D型糖。人們甚至發(fā)現(xiàn)，1969年墜落在澳大利亞默奇森的隕石中的氨基酸也主要是L型的。

耐人尋味的是，太陽(yáng)系的所有天體（包括小行星）都是按照右旋方向旋轉(zhuǎn)的，稱為右手定則（李競(jìng)：科學(xué)時(shí)報(bào)，2001年11月25日）。

(-)-乳酸 (R)(+)-乳酸(S)手性與手性藥物單一對(duì)映體消旋體不對(duì)稱碳原子34手性與手性藥物化合物的活性關(guān)系以及表現(xiàn)出的錯(cuò)綜復(fù)雜的藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)特征在許多情況下，化合物的一對(duì)對(duì)映體在生物體內(nèi)的藥理活性、代謝過(guò)程、代謝速率及毒性等存在顯著的差異。

使用單一對(duì)映體的必要性只有一種對(duì)映體具有所要求的藥理活性，

(++)或

(+)

而另一種對(duì)映體則沒(méi)有顯著的藥理作用；(2)一對(duì)對(duì)映體中的兩個(gè)化合物都有等同的或

(--)

近乎等同的定性和定量的藥理活性；兩種對(duì)映體具有定量上等同，但定性上不同的活性；

(+)

或

(++)(4) 各種對(duì)映體具有定量上不同的活性；

(+)或(-)人體的手性環(huán)境和特異的對(duì)映體相互作用，導(dǎo)致手性藥物對(duì)映體藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)的立體選擇性(stereoselectivity)差異，使臨床應(yīng)用手性藥物出現(xiàn)復(fù)雜性。1.吸收 2.分布 3.代謝 4.排泄35

這種差異的例子很多。治療哮喘病的沙丁胺醇就是一例。它的有效對(duì)映體的藥理活性要比另一對(duì)映體的大80倍。又例如，L-多巴是治療帕金森癥的藥物，作為“前藥”攝入病人體內(nèi)，再由體內(nèi)的酶將多巴轉(zhuǎn)化為具有藥理作用的多巴胺。由于人體內(nèi)的酶對(duì)該“前藥”多巴是專一性的，只有左旋的L-多巴胺被酶所轉(zhuǎn)化，因此，服用消旋的多巴的話，右旋多巴不被酶所轉(zhuǎn)化，日積月累在人體內(nèi)沉淀下來(lái)，勢(shì)必對(duì)病人造成新的危害。如果手性藥物的兩個(gè)對(duì)映體的藥理活性相當(dāng)，它們的毒副作用無(wú)差別，那就沒(méi)有必要服用單一對(duì)映體的藥了。(-)-(R)-沙丁胺醇(-)-L-多巴蓋替沙星36(Timolol)是已知作用最強(qiáng)的b-腎上腺素受體阻斷劑，作用強(qiáng)度為普萘洛爾(propranolol)的8倍，臨床用于治療高血壓、心絞痛、青光眼等。特別對(duì)于原發(fā)性開(kāi)角型青光眼有良好的效果，優(yōu)于傳統(tǒng)的降眼壓藥。目前臨床使用的是(S)-(-)-Timolo對(duì)映體滴眼液，對(duì)于哮喘病人禁用，長(zhǎng)期持續(xù)使用則會(huì)引起較為嚴(yán)重的副作用甚至致命。(R)-(+)-Timolo對(duì)映體在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)上其對(duì)b-腎上腺素受體阻斷作用小于(S)-(-)-Timolol對(duì)映體，但是在降低眼壓方面其作用減少的不多。(S)-(-)-Timolol對(duì)映體的b2受體阻斷作用是(R)-(+)-Timolol對(duì)映體的49倍，其收縮支氣管的作用是(R)-(+)-Timolol對(duì)映體的13倍，但其降低眼壓的作用僅為(R)-(+)-Timolol對(duì)映體的4倍。因而(R)-(+)-Timolol對(duì)映體有可能成為比(S)-(-)-Timolol更為安全的、更少全身副作用的治療青光眼的手性藥物。

(R)-(+)-Timolol (S)-(-)-Timolol37(S)-普萘洛爾,98倍 (S)-萘普生,

35倍 (S)-奧美拉唑L-多巴 右異環(huán)磷酰胺(dexifosfamide) 蓋替沙星抗腫瘤藥38鹽酸舍曲林 (-)-酒石酸左啡諾 右旋雷佐生 (鎮(zhèn)痛劑，比嗎啡強(qiáng)5倍)(減輕毒副作用)(+)(1R,3S)>(-)(1S,3R)Azasetron 羅格列酮

30倍 (5HTa受體拮抗劑) TetrahedronLett.,2002,43,495139手性藥物政策與市場(chǎng)情況

近年來(lái)許多國(guó)家的藥政部門對(duì)手性藥物的開(kāi)發(fā)、專利申請(qǐng)及注冊(cè)，開(kāi)始作出相應(yīng)的規(guī)定。美國(guó)食品與藥物管理局(FDA)在1992年的政策規(guī)定：對(duì)于含有手性因素的藥物傾向于發(fā)展單一對(duì)映體產(chǎn)品。隨后又表示鼓勵(lì)把已在銷售的外消旋藥物轉(zhuǎn)化為手性藥物稱為“手性轉(zhuǎn)換”；對(duì)于申請(qǐng)新的外消旋藥物，則要求對(duì)兩個(gè)對(duì)映體都必須提供詳細(xì)的生理活性和毒理數(shù)據(jù)，而不得作為相同物質(zhì)對(duì)待。據(jù)美國(guó)C&EN刊物在1999年的報(bào)道，全球單一對(duì)映體藥物依然持續(xù)增長(zhǎng)，年銷售億達(dá)到964億美元。到2000年，年銷售額已突破1300億美元。按1998年的統(tǒng)計(jì)。全球最暢銷的500種藥中，以單一異構(gòu)體銷售的手性藥物占一半以上，占其總銷售額的52%。40手性藥物帶來(lái)的市場(chǎng)效益及增長(zhǎng)的需求2001年手性藥物銷售1472億美元2000年手性藥物銷售1320億美元，比1999年增加13%1999年手性藥物銷售1170億美元1997年 手性藥物銷售910億美元，比1996年增加21%1993年 手性藥物銷售356億美元，比1992年增加22%1990年 手性藥物銷售180億美元1997年全世界100個(gè)熱銷藥物中，50個(gè)是單一對(duì)映體(手性藥物)

100個(gè)熱銷藥物852億美元

50個(gè)手性藥物428億美元而在1993年97個(gè)熱銷藥中，手性藥物占20%41聚烯烴:2002年世界產(chǎn)量：8800萬(wàn)噸2003年中國(guó)產(chǎn)量：839.8萬(wàn)噸,市場(chǎng)消費(fèi)1579.8萬(wàn)噸聚乙烯:2002年世界產(chǎn)量：5000萬(wàn)噸2002年中國(guó)產(chǎn)量:354萬(wàn)噸,市場(chǎng)消費(fèi)809.5萬(wàn)噸中國(guó)聚乙烯消費(fèi)量:3.4千克/人,年世界聚乙烯人均消費(fèi)量:6.2千克/人,年二、有機(jī)化學(xué)與材料421930194019501960197019801990Freeradicalethylenepolymerization1933Ziegler:metal-catalysedPolymerization1953DiscoveryofMAOCatalyst1978Ironcatalysts1998NickelDiimineCatalysts1995ChemistryinBritain1999,July,23.43聚合物催化劑

——改善了人類的日常生活1953，Ziegler1954，Natta44MetalloceneCatalyst

Ewen&Kaminsky單一催化活性中心催化劑結(jié)構(gòu)控制產(chǎn)品的性能45J.Am.Chem.Soc.1995,117,6414.J.Am.Chem.Soc.1996,118,267.J.Am.Chem.Soc.1996,118,4746Organometallics,1997,16,2005J.Am.Chem.Soc.1998,120,888464748Theonlylimitation

ofthediscoveryandapplication

ofnewcatalystsistheimaginationof

thecoordina