精细化学品合成原理-第1章-绪论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,.,参考书籍,1.,唐培堃主编,.,精细有机合成化学及工艺学,(,第二版）,.,天津大学出版社，,2005,2.,姚蒙正主编,.,精细化工产品合成原理,，中国石化出版社，,2000,3.,钱旭红主编,.,工业精细有机合成原理,.,化学工业出版社，,2001,4.Peter Pollak,Fine Chemicals,2rd,2011,John Wiley&Sons,Inc.,.,与本课程有关内容的补充,本课程属应用化学专业必选课，精细有机化工专业方向，其先行课为无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、化工原理等。,通过本课程的学习，要求学生,了解并掌握精细化学品研究开发和生产过程中所涉及的重要单元反应的反应历程、影响因素以及合成方法，具备进行精细有机化学品产品设计、合成方法筛选等研究的初步能力,。,一、本课程的特点,2025/12/18 周四,3,.,二、课程教学的基本要求,本课程的教学环节包括课堂讲授、学生自学、习题、答疑、三次阶段性考核和期末考试。,要求学生掌握和了解精细化工产品合成一般原理，如,11,个有机合成单元的反应历程、反应动力学、影响反应的因素等有关化学理论及其有关生产工艺特点，学会并领悟分析问题、解决问题的方法和技能，为继续学习相关课程奠定理论基础，为从事相应专业的工作提供必要的理论知识。,本课程课堂讲授（包括自学、讨论）,48,学时，考试方式为闭卷考试，总评成绩：平时成绩占,30%,，期末考试占,70%,。,2025/12/18 周四,4,.,三、学习的基本要求和目的,1,、了解精细化工的特点和战略地位。,2,、了解精细化工产业的历史与发展趋势。,3,、掌握精细有机合成中最常有的,11,个有机单元反应。,（磺化、硝化、卤化、氧化、还原、烷基化（烃化）、酰化、羟基化（水解）、氨解（氨基化）、缩合的反应原理、影响因素、工艺设计,4,、系统掌握精细化工的工艺技术。,（生产原理、工艺过程、三废治理、产品的用途等）,5,、增强独立分析问题、解决问题的能力，使毕业后能具备从事精细化工产品的生产管理与新产品开发的能力。,2025/12/18 周四,5,.,第一章 绪 论,.,精细化工：精细化学品生产工业的简称,精细化学品,:,(1),传统,：产量小，纯度高的化学品,(2),欧美,：,1.1,精细化学品的释义,.,(2),欧美,：,.,精细化工产品与专用化学品,专用化学品的特征,:,产品组成上存在超分子体系（复配问题）,性能上,1+1 2,（增效问题）,高的附加值,专业的技术服务体系，引领应用行业的发展,9,.,(2),欧美,：,(3),中国、日本,：,具有高附加价值、技术密集型、设备投资少、多品种、小批量生产的化学品。欧美的精细化学品和专用化学品统称为精细化学品。,.,1.2,精细化学品的分类,精细化学品的分类,我国对精细化工产品的分类（,1986,年）,11,类,(1),农药；,(2),染料；,(3),涂料,(,包括油漆和油墨,),；,(4),颜料；,(5),试剂和高纯物；,(6),信息用化学品,(,包括感光材料、磁性材料,等能接受电磁波的化学品,),；,(7),食品和饲料添加剂；,(8),粘合剂；,(9),催化剂和各种助剂；,(10),化学药品,(,原料药,),和日用化学品；,(11),功能高分子材料,(,包括功能膜、偏光材料等,),。,.,(9),催化剂和各种助剂：,印染助剂、塑料助剂、橡胶助剂、水处理化学品、纤维抽丝用油剂、有机抽提剂、高分子聚合物添加剂、表面活性剂、皮革化学品、农药用助剂、油田化学品、混凝土外加剂、机械和治金用助剂、油品添加剂、炭黑、吸附剂、电子用化学品、造纸用化学品、其它助剂,.,新领域精细化工产品,：,表面活性剂、水处理化学品、造纸化学品、皮革化学品、油田化学品、胶粘剂、生物化工产品、电子化学品、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、丙烯酸及其酯、气雾剂、饲料添加剂、食品添加剂,.,精细化工,即精细化学工业，是生产,精细化学品,的工业。,涉及到剂型制备和商品化技术密集度高,品种多，生产规模小，多为间歇操作的液相反应，常采用多品种的综合生产流程或单元反应流程,固定投资少，附加价值和经济效益高,产品质量要求高，知识密集度高；产品更新换代快、寿命短；研究开发难度大、费用高,生产工艺、技术、配方等有改进余地，需要不断进行技术改进。其技术秘密和专利造成垄断性和排他性。,商品性强，市场竞争激烈，应用技术和技术服务重要,1.3,精细化工的特点,.,投资效率、附加值、成本、利润,投资效率（）,（附加价值固定资产）,100%,附加值,：,是指在产值中扣除原辅料、税金、设备和厂房的折旧费后剩余的价值。它包括利润、工人劳动、动力消耗以及技术开发等费用。,成本：,原料成本、设备折旧费、工人劳动、动力消耗以及技术开发费等。,利润,：,20%,以上为高利润,.,精细化工产品的特点,小批量,多品种,复配增效,更新换代快,功能性强,附加值高,强调售后服务,16,.,精细化工行业的特点,是化学工业的深度加工、技术密集型行业,对国民经济、国防建设、人们生活影响巨大,研发要求高、技术含量高、生产过程复杂,售后服务、个性化服务要求高,17,.,直接用作最终产品或其主要成分,增加或赋予各种材料以特性,增进和保障农、林、牧、渔业的丰产丰收,丰富人民生活,促进其他行业技术进步,高经济效益,1.3,精细化工在国民经济中的作用,精细化工,(,产值,),率,精细化工产品的总值,全部化工产品的总值,100,.,基本原料,大宗化学品,精细化学品,附加值,加工深度、应用功能化,5-100+,1.5-5,国民经济社会发展,国防建设,1,争夺的重要制高点,产品分类：,按功能化程度分类,19,.,煤,石油,天然气,动植物原料,1.5,精细有机合成的原料资源,.,煤,煤的高温干馏：,焦炭、煤焦油、粗笨、煤气,萘、甲基萘、蒽、菲、芴、苊、芘、,苯酚、甲酚、二甲酚、氧芴、硫芴、,吡啶、甲基吡啶、咔唑、喹啉等,苯：,50,70,甲苯：,12,22,二甲苯：,2,6,粗苯,煤焦油：,.,.,煤的气化：,生产电石,：乙炔,水煤气反应：氢、一氧化碳、甲烷,.,催化重整：,苯、甲苯、二甲苯,热裂解：,乙烯、丙烯、丁二烯,芳烃生产新技术：,苯、邻对二甲苯,石油萘：,萘,石油蜡：,C9,C18,液蜡,C8,C30,固态蜡,石油,石油呈深褐色粘稠液体。,主要是由碳和氢两种元素组,成的多种烃类的混合物，包,括直链烷烃，支链烷烃、环烷烃和芳烃。,2025/12/18 周四,24,.,可,直接,用于制备碳黑、乙炔、氢氰酸、各种氯代甲烷、二硫化碳、甲醇、甲醛等,制,合成气,（,CO,和,H,2,的混合物），进一步制得甲醇、甲醛、高碳醇、正丁醛、甲酸、乙酸、丙酸、丙烯酸、丙烯酸酯、人造石油等,天然气,天然气深藏于地下，主要含低级烷烃的混合气体。主要为甲烷，也含有乙烷、丙烷和丁烷，可做燃料，也可做合成原料。,2025/12/18 周四,25,.,动植物原料,碳水化合物：,脂肪和油类：,主要成分,：甘油三脂肪酸酯,可获得化工原料,：脂肪酸、脂肪族含氮化合物、二聚酸、氨基酰胺和咪唑啉类、壬二酸与壬酸、脂肪醇、环氧化合物、蓖麻醇酸、甘油。,糖类、淀粉、糖类树胶,单糖,纤维素,己糖,（葡萄糖）和,戊糖,（木糖）,.,.,精细有机合成的主要单元反应,精细化学品的结构,脂链,脂环,芳环,杂环,主体结构,取代基,精细化学品,.,主要取代基,卤素：,-Cl,、,-Br,、,-I,、,-F,含氮基团：,-NO,2,、,-NO,-NH,2,、,-NHR,、,-NR,1,R,2,-NHCO-,、,-NH,2,OH,、,-N,2,+,X,-,、,-N=N-,、,-NHNH,2,-CN,含硫基团：,-SO,3,H,、,-SO,2,Cl,、,-SO,2,NH,2,、,-SO,2,NHR,含氧基团：,-OH,、,-OR,、,-OAc,-COH,、,-COR,、,-COOH,、,-COOR,、,-COCl,、,-CONH,2,烷基、酰基,.,精细有机合成的主要单元反应,卤化,磺化和硫酸酯化,硝化和亚硝化,还原和加氢,氧化,重氮化和重氮基的转化,氨解和胺化,水解,烃化,酰化,缩合,环合,聚合,.,发展原料工业,重视基础产品,加强应用研究,优化复配技术,重视剂型改造,开拓新兴领域,精细化工的发展趋势,.,精细化工的发展重点及动向,精细化工发展的战略目标是高科技领域的开发研究,世界各国现在都在大力发展精细化工，已使整个化学工业向高精尖方向取得了长足的进步。,有关的新科技领域包括：各类新型化工材料（功能高分子材料、复合材料）、新能源、电子信息技术、生物技术（包括发酵技术、生物酶技术、细胞融合技术、基因重组技术等）、航空航天技术和海洋开发技术等。,.,中国,日本,德国,美国,1995,2005,2015,精细化工占化工产品百分比,(%):,国家,化工发展水平的重要标志,精细化工是全球化学工业发展的大趋势,国家中长期科学和技术发展规划纲要,重点领域及优先主题,:,重点发展,精细化工,科学前沿：,新物质创造与转化,的化学过程,33,.,优先发展的关键技术（1）,新催化技术（精细有机合成）,设计和开发出若干具有高活性、高选择性、立体定向、稳定性好、寿命长的高效催化剂和相应的催化技术，以满足精细化工发展的国内外市场的需要。,重点是开发膜催化剂、稀土络合催化剂、沸石择型催化剂、固体超强酸催化剂等，以及相转移催化技术、立体定向合成技术、固定化酶发酵技术等特种技术。,精细化工的发展重点及动向,.,优先发展的关键技术（2）,新分离技术,开发工业规模的多组分分离，特别是不稳定化合物及功能性物质的高效精密分离技术的研究，对精细化工产品的开发与生产至关重要。,重点开发超临界萃取分离技术，研究用超临界萃取分离技术制取出口创汇率极高的天然植物提取物（如天然色素、天然香油、中草药有效成分等），并且进一步应用于精细化工、食品、香料、医药以及石油的深度加工等领域。,精细化工的发展重点及动向,.,优先发展的关键技术（3）,增效复配技术,发达国家化工产品数量与商品数量之比为 1:20，我国目前仅为 1:1.5，不仅品种数量少，而且质量差。关键的原因之一是增效复配技术落后。,需要加强这方面的应用基础研究及应用技术研究，如专门研究表面活性剂的分离方法、洗涤作用、表面改性、微胶囊化、薄膜化及超微粒化技术等。由于应用对象的特殊性，很难采用单一的化合物来满足用户的要求，配方以及复配技术的研究就成为产品好坏的决定性因素。,精细化工的发展重点及动向,.,产量出口量世界第一位：,染料、颜料,产量出口量世界第二位：,农药、涂料,.,我国精细化工存在的主要问题,自主知识产权少,技术含量低,精细化工研究的前沿,分子功能的强化,技术过程的生态经济性,38,.,新技术领域的功能拓展,生物技术：,生物精细化学品,信息技术：,信息精细化学品,材料技术：,精细化工新材料,能源技术：,光电转换材料与器件,航天技术：,航天精细化学品,海洋技术：,海洋精细化学品,39,.,能源：染料敏化太阳能电池,阳极：,染料敏化半导体薄膜,TiO,2,:520um,14mg/cm,2,阴极：,镀铂的导电玻璃,电解质：,I,3-,/I,-,导电玻璃：,810,40,.,信息精细化学品：数码喷墨墨水,数码喷墨应用领域,广告业,展览业,彩色照相业,印刷制板业,纺织印花业,陶艺业,电路与半导体制造业,生物芯片制造,41,.,生物分子荧光探针的应用,生物芯片,DNA,芯片,蛋白质芯片,DNA,序列分析,荧光免疫分析,细胞染色,细胞内小分子,(,离子,),的探测,生命科学研究,医学诊断,42,.,OLED,：有机平板显示的新星,省电、,高亮度、,柔性、体积小等优势,43,.,.,精细化工的生态经济性问题,采用无毒无害的原料；,在无毒无害的条件下反应；,具有“原子经济性”，即零排放；,产品环境友好；,满足“物美价廉”的传统标准,.,45,.,原子经济性,1,）原子经济性的概念,1991,年斯坦福大学教授,BM Trost,提出：化学合成应考虑原料分子中的,原子最终进入目的产品中的数量,，高效的合成反应应,最大限度地利用原料分子,的每一个原子，使之更多或全部转变成目标分子中的原子，以实现最低排放甚至是零排放。,BM Trost,获得,1998,年美国“总统绿色化,学挑战奖”的学术奖,.,A B C D,A B C,产物,废物或副产物,废物为零,原子经济性的特点：,最大限度地利用原料,和,最大限度地减少废物的排放,。,.,第一步,第二步,第三步,第四步,第五步,第六步,布洛芬,Boots,公司的,Brown,方法,原子经济性,40%,布洛芬镇静、止痛药的生产,应用示例,.,第一步,第二步,第三步,BHC,公司新发明的绿色方法,简单,多了！,原子经济性,99%,获1997年美国总统,“绿色化学挑战奖”,.,仿生催化氧化对甲酚绿色合成对羟基苯甲醛,对甲酚,金属卟啉,20ppm,70,、,0.4MPa,下反应,5h,对羟基苯甲醛,转化率,69.8%,选择性,86.6%,佘远斌等，中国发明专利，申请号：,200910243127.5,医药,香水,杜鹃素,重点突破：催化剂结构与性能关系,50,.,精细化工科学创新的内涵,化学和化工融合，理论和应用结合,在,设计理论,和,实现方法,的源头创新,分子设计,方法,创新,清洁,制造,功能,导向,功能产品,应用功能、经济价值、环境效应,理论规律,结构,创新,应用,需求,化学,方法,化工,过程,工艺,创新,.,精细有机合成,精细有机合成,是制备精细化学品（复配产品的主要原料）的主要途径,精细,有机合成（工业）,：就是利用上述基本有机合成工业所得到的有机原料，通过各种有机中间体的制备，最后合成出具有特定用途的小批量、高纯度化学品的工业。如医药、香料、染料和农药等等。,许多精细化学品的结构相当复杂，绝不能由有机原料通过一步反应而生成，通常需经过一系列的单元反应比如卤化、缩合、氧化、磺化、硝化、还原等。,.,有机合成是化学中最具有创造性、又最具实用性的一门学科。,有机合成是有机化学的中心，也是有机化学中最富有活力的分支学科。,1828,年，德国化学家,维勒,(Wohler),人工合成,尿素,，揭开了,有机合成,的序幕。,有机合成不但能够合成自然界中已有的任何分子，而且还可以有意识地、有目标地制备人们所期望的，具有各种特定功能的新型化合物分子。,有机合成,精细化工工艺学,相关课程之间的联系,化工原理,基础课,专业基础课,专业课,有机化学,.,.,有机合成化学家的目的：,（,1,）在实验室内用人工的方法来复制自然界的产物，用以证明它的结构。,（,2,）根据人们的需要来改造有机分子结构或创造出全新的结构。,有机合成化学是有机化学中最富有活力的分支学科,近代有机合成的功绩首推,Robert Robinson:,（,1,）化学结构和反应性及反应过程之间的关系,（,2,）将机理分析应用于有机合成。,（,3,）使有机合成第一次成为一门课程。,.,Organic Synthesis is central to many disciplines,The preparation of organc compounds is central to many areas of scientfic research,from the most applied to the most academic,and is not limited to chemists.Any research which uses new organic chemicals,or those which are not available commercially,will at some time require the synthesis of such compounds.,Accordingly the biologist,biochemist,genetic engineer,，,materials scientist,and polymer researcher in university or industry all might find themselves faced with the task of carrying out an organic preparation,along with those involved in pharmaceutical,agrochemical,and other fine chemicals research.,.,基本有机合成和精细有机合成工业,基本有机合成（工业）,：,又称重有机合成（工业）,利用化学合成的方法将廉价易得的天然资源（如煤、石油、天然气等）及其初步加工品和副产品（如电石、煤焦油、渣油等）加工成最基本的有机原料,八大基本化工原料（如乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘等）以及由上述原料再加工成化学工业各部门和其他有关工业所大量需用的重要有机原料（如乙醇、甲醛、乙酸、丙酮、苯酚、苯酐等）的工业。,.,乙烯环氧化,管式反应器,催化剂：,Ag,颗粒,属于气固相催化,特点：生产规模大，产品结构相对稳定，技术比较成熟、产品附加价值相对较小。,.,精细有机合成（工业）：,利用上述基本有机合成工业所得到的有机原料，通过各种有机中间体的制备，最后合成出具有特定用途的小批量、高纯度化学品的工业。如医药、香料、染料和农药等等。,特点：产品品种多、产量较小、专用性强、技术比较复杂多变、更新换代快、产品附加价值高！,.,有机合成路线设计,好的合成反应的评价标准：,最大的成功机率,+,最经济的路线,（,1,）高的反应产率（收率高）：反应产物单一，副产物易分离,（,2,）合成路线短：,1896,年颠茄酮合成路线多达,21,步，总收率只有,0.5%,（,3,）温和的反应条件：操作简便,（,4,）优异的反应选择性，,包括化学选择性、区域选择性和立体选择性等,（,5,）能源消耗低,:,节能经济,（,6,）易于获得的反应起始原料：来源丰富、价廉易得,（,7,）尽可能是化学计量反应向催化循环反应发展：原子经济学说（反应物的原子数目最大地进入产物）,（,8,）对环境污染尽量少：绿色合成化学，,ISO14000,认证,合理的反应设计、高效率高选择性的反应和零废物排放,.,合成路线的选择原则：,1,、原料是否易得,2,、操作是否易行,3,、总收率是否最高,4,、环境是否友好,5,、经济是否合理,1996,年，美国斯坦福大学,Wender,教授对理想的有机合成提出了完整的定义：,一种理想的（最终是实效的）合成是指用简单的、安全的、环境友好的、资源有效的操作，快速定量地把价廉、易得的起始原料转化为天然或设计的目标分子。,.,精细有机合成路线的综合评价,易于工业化生产,.,.,有机合成简要发展历史,1845,年柯尔伯（,H.Kolbe,）合成了醋酸，,1854,年柏赛罗（,M.Berthelot,）合成了油脂等。“生命力”说才彻底被打破。,有机合成开始形成雏形，并逐渐受到人类的重视。,F.Whler,1828,年韦勒偶然由加热氰酸铵得到尿素，被认为是有机合成的第一人。,有机合成的形成初期,.,尿素的合成，否定了原生命力学说，肯定了有机物可以人工合成；,有机结构理论的建立，三个中心内容：碳的四价和成键、苯的结构、碳价键的正四面体构型。,该时期的有机合成主要以无机反应为模板，把无机反应的模式在有机合成中套用。,英国,18,岁的,Perkin,第一个人工合成苯胺紫染料；,德国,Willstatter,第一个合成颠茄酮，并获诺贝尔化学奖。,初创期（,19,世纪,20,世纪前半叶）,.,煤焦油合成时代,1856,年帕金 （,W.H.Perkin),合成苯胺紫,1868,年合成第一个人造香料 香豆素。,1868,年格雷贝（,C.Graebe),合成茜素,1877,年勒克合成酚酞,1878,年拜耳（,A.V.Baeyer),合成靛蓝,十九世纪中后期，从煤焦油中合成出许多染料和药品来，进入了一个称之为“煤焦油合成时代”的时期。,靛蓝,酚酞,茜素,苯胺紫,香豆素,.,有机合成,的全方位飞速发展时代,到二十世纪上半叶，石油的利用和石油化工的发展，使得有机合成有了一个更为坚实的基础，到了一个全方位的飞速发展时代。,.,有机合成艺术时代,以,Robert Burns Woodward,为代表的有机合成艺术时代。,血红素,吡哆醇,VB6,奎宁,叶绿素,秋水仙素,青霉素,马萘雌酮,雪松醇,吗啡,利血平,马钱子碱,可的松,托品酮,樟脑,萜品醇,.,艺术期（,20,世纪,4060,年代）,出现了许多复杂分子的高度精巧的合成方法。,有机合成没有一个严格的公式可以遵循，它和个人的技巧、经验和熟练程度很有关系。,印度化学家,Nitya Anand,说：把有机合成和绘画雕刻、音乐相比拟，应当作为一种艺术看待；,美国化学家,Woodward,说：有机合成中有激动、有探险、也有挑战，也可包含着伟大的艺术，仅这些也足以令人赞叹。,我国的黄鸣龙反应、结晶牛胰岛素的全合成、砷叶立德试剂的研究和应用,.,有机合成技术性时代,以,Corey,为代表的有机合成技术性时代,在一百多年中，有机合成的发展，体现为在“老的自然界”旁边，人类再放进一个“新的自然界”。,Elias James Corey,.,科学与艺术融合期（,20,世纪,6090,年代）,提出了有机合成设计和有机合成策略：,美国哈佛大学,J.Corey,提出了反合成分析概念（从合成的,目标分子出发，根据其结构特征和对合成反应的知识进,行逻辑分析，并利用其经验和推理艺术，最后设计出巧,妙的合成路线）。,Kishi,小组合成了剧毒的海葵毒素,被称为有机合成,中的珠穆朗玛峰；,我国中科院上海有机化学研究所所全合成了青蒿素,中国天然产物全合成的代表作（抗疟疾药物）,.,海葵毒素是一个结构复杂的天然产物，分子式是,C,129,H,223,N,3,O,54,有,64,个手性中心和,7,个骨架内双键，可能的异构体是,2,71,。是迄今已知的最毒物质之一。,它的合成被誉为有机合成的珠穆朗玛峰。,.,C,129,H,223,N,3,O,54,分子量,2680,，,64,个手性中心,.,创造新功能分子期（,20,世纪,90,年代后）,有机合成的研究目标从天然产物向类天然产物的“非天然产物”及类似物方向发展。,有机合成选择生命科学中的重要物质作为合成对象；,仿生合成,以生物方法用于有机合成；,有机合成与生物方法巧妙结合产生一些全新的分支领域。,如生物芯片、有机功能材料等,.,从,Nobel Prize,看有机合成的发展和成就,Noble,化学奖，表彰世界上在化学,领域中做出做出卓越贡献的化学家。,Noble,化学奖的获奖成果，彰显着,人类在化学学科取得的最重要的研,究成就，比较,完整地体现了化学,发展的水准和脉络。,19012011,，共,104,次颁奖,165,位化,学家获此殊荣。,.,Nobel Prize,彰示着有机合成的发展和成就,葛君,图书馆理论与实践,2004,(2),55.,王智民,化学通报,2004,67,w008.,包括,2005,年的获奖者伊夫,肖万,(Yves Chauvin),、罗伯特,格拉布,(Robert H.Grubbs),、理查德,施罗克,(Richard R.Schrock),，有机合成化学学科共,43,人获奖,27,次，获奖频率,27.5%,。,大多数获奖者都是因为或者主要因为杰出的合成工作而获奖的，所以说，从,Noble,化学奖可以清楚地看到有机合成发展轨迹。,.,1.,有机合成成就从开始授奖就非常受重视。,Hermann Emil Fischer,（德）,1902,年，制出糖及嘌呤衍生物,奠定了生物化学发展的基础,.,Johann Friedrich Wilhelm Adolf von Baeyer,（德）,1905,年，对有机染料和芳香族化合物的研究，,1882,年合成靛蓝。,Otto Wallach,（德）,1910,年，对脂环,(,族,),化学的研究,既研究萜烯,包括樟脑以及香精油的其它成份，化学工业的先驱。,参考：,1901-2001,年诺贝尔化学奖获奖者回顾,1901,年,J.H.,范特,霍夫（荷兰人）发现溶液中化学动力学法则和渗透压规律,.,2.,天然复杂具有生物功能化合物的合成,Richard Martin Willsttter,（德）,1915,年，植物色素及叶绿素，天然产物中的第一个化学奖。,Hans Fischer,（德）,1930,年，血红素合成。叶绿素的结构确定，他去世时,几乎已完成了它的全合成,Walter Norman Haworth,（德）,1937,年，碳水化合物化学,确定了葡萄糖的环状结构,是第一个合成维生素,C,的人。,.,2.,天然复杂具有生物功能化合物的合成,Adolf Friedrich Johann Butenandt,（德）,Leopold Ruzicka,（瑞士）,1939,年，分别以雌素酮、孕甾酮和雄甾酮等性激素的分离和雄甾酮和睾丸激素的合成。,Sir Robert Robinson,（英）,(1886,1975),1947,年，生物碱的研究,类固醇激素合成。,.,2.,天然复杂具有生物功能化合物的合成,Vincent du Vigneaud,（美,),1955,年，合成了后叶加,(,血,),压素和后叶催产素这两个多肽激素。,Lord(Alexander R.)Todd,（英）,1957,年，合成了活细胞中的主要能量载体,ATP,和,ADP,。,.,2.,天然复杂具有生物功能化合物的合成,Robert Burns,Woodward,（美）（,19171979,）,1965,年，,for his outstanding achievements in the art of organic synthesis,Woodward,被看作是现代有机合成艺术的创始人,(,现代有机合成之父,）,他设计并全合成了许多复杂的天然产物,如番木鳖碱,(strychnine),、青霉素,(Penicillin),、利血平,(reserpine),、胆固醇、叶绿素和维生素,B12,等。从中，,独创许多新的成键方法和策略,，以及对于极其困难的合成问题的解决方法和对其生物合成方法的考虑和推测，以及发现了,Woodward,和,Hoffman,定律。,.,有机合成的里程碑,-VB,12,的全合成,维生素,B12,氰钴胺素,分子式,C63H90N14O14PCo,含有,9,个,C*,，具有,512,个立体异构体,。,存在于动物肝脏中，是治疗,抗恶性贫血,的药物。,1948,年才分出了纯的暗红色,B12,晶体，,1954,年确定结构。,Woodward,、瑞士埃申莫塞（,A.Escheni11oser,）率领,14,个国家的,110,位化学家开始了,VB12,全合成工作，历时,11,年，终于在他谢世前几年的,1972,年完成了复杂的,VB12,的合成工作。,The remarkable synthesis of vitamin B12 by Eschenmoser and Woodward marks the start of the modern natural product synthesis.Before this work,organic synthesis was performed primarily to nail down the structure of particular molecules.,The synthesis took 11 years and involved more than 90 separate reactions performed by over 100 co-workers.The stereochemical puzzles involved in the synthesis led to the Woodward-Hoffman rules,which spell out how the electronic structures of molecules reorganize during reactions.The vitamin B12 synthesis revolutionized theoretical chemistry,and the Woodward-Hoffman rules paved the way to the use of orbital theory by the chemical community.,I.E.Mark,The Art of Total Synthesis.,Science,2001,294(30),1842-1843,.,.,2.,天然复杂具有生物功能化合物的合成,复杂天然分子的全合成,是有机合成化学中最传统也是最具挑战性的分支之一。这化学工作者们提供了一个展示聪明才智、胆略魄力和合成技巧的理想舞台。,伍贻康 吴毓林,有机合成新世纪,-,有机合成近年进展鉴赏,化学进展,2007,19(1),6-34,.,纤维素模拟物中间体的合成,Fuyi Zhang,Andrea Vasella,Carbohydrate Res.,2007,342,2546-2556,.,纤维素模拟物中间体的合成,Fuyi Zhang,Andrea Vasella,Carbohydrate Res.,2007,342,2546-2556,.,3.,新型结构并具有特殊功能化合物的合成,Ernst Otto Fischer,（德）,Geoffrey Wilkinson,（英）,1973,年，全新金属有机夹心化合物，二茂铁。,Donald J.Cram,（美）,Jean-Marie Lehn,（法）,Charles J.Pedersen,（美）,1987,年，“洞状”和“笼状”有机化合物，,冠醚,。,.,3.,新型结构并具有特殊功能化合物的合成,Robert F.Curl,（美）,1996,年，富勒烯（,Fullerene,C60,),的发现。,Hideki Shirakawa,（日）,2000年，有机导电材料,Richard E.Smalley,（美）,Jr.,Sir Harold W.Kroto,（英）,Alan J.Heeger,（美）,Alan G.MacDiarmid,（美）,.,富勒烯研究,A wide variety of chemically modified fullerenes have been synthesized and outstanding structural,magnetic,superconducting,electrochemical,and photophysical properties reported.,A new interdisciplinary field in which C60-based polymers should furnish unprecedented materials in which the integration of fullerenes as a photo-and electroactive building blocks into the polymer structure should result in new properties for development of realistic applications.In this regard,20 years after the discovery of fullerenes,the scientific community is looking for real applications of the new carbon allotropes.,-F.Giacalone,N.Martn,Fullerene Polymers:Synthesis and Properties.,Chem.Rev.,2006,106,5136-5190.,.,4.,新有机合成方法,A.,金属参与的有机反应,格氏反应和催化氢化,Victor,Grignard,(,法）,1912,年，,格氏试剂,及参与的反应。,Paul Sabatier,（法）,1912,年，在金属催化剂存在下使有机化合物氢化的方法。,合成方法是进行有机合成的工具，新的、能够有效、特效促进有机反应的方法，历来是有机化学的重要研究领域。,二人是第一次因在有机合成方法学中的先驱工作而获得化学奖，同时也开辟了金属化合物参与有机反应的新领域，也是金属有机化学的开辟者。,.,4.,新合成方法,A.,金属参与的有机反应,聚合反应,Karl Ziegler,（,德）,Giulio Natta,（意）,有机金属化合物(Ziegler,-Natta,催化剂)引发聚合反应和证明能产生高度规整的三维结构高分子而获化学奖,。,这项技术使高分子合成材料进入新的发展阶段，同时也开辟了金属化合物催化有机反应的新领域。,1963,年，高聚物技术。,.,4.,新合成方法,A.,金属参与的有机反应,不对称合成,1,John Warcup Cornforth(,英）,）,Vladimir Prelog,（瑞士）,立体选择性、专一性反应的开创性工作，为认识酶催化反应和不对称合成技术的开发奠定了理论基础。,1975,年，酶促反应和不对称反应。,Prelog,规律：,.,4.,新合成方法,A.,金属参与的有机反应,不对称合成,2,开创了,手性有机金属化合物催化高对映选择性的不对称合成技术，并且实现了工业应用，使手性工业进入一个新的,发展阶段。,2001,年，不对称催化加氢和氧化方法,。,William S.Knowles,（美）,Ryoji Noyori,（日）,K.Barry Sharpless,（美）,.,4.,新合成方法,A.,金属参与的有机反应,烯烃的复分解反应,“人类如今每天都在,化工生产中应用这一成果，主要是在,药物和先进塑料材料,的研发上。,”,2005,年，烯烃的复分解反应,(olefin metathesis),。,Yves Chauvin,（法）,Robert H.Grubbs,（美）,Richard R.Schrock,（美）,.,4.,新合成方法,B.,元素有机化合物参与的有机反应,1979,年，分别发现了有机合成的,有机硼,和,有机磷,试剂及其应用。,左：,Herbert C.Brown,（美）,右：,Georg,Wittig,（德）,.,4.,新合成方法,C.,环合反应,1950,年，发现和发展了双烯合成方法。,左：,Otto Paul Hermann,Diels,（德）,右：,Kurt,Alder,（德）,.,4.,新合成方法,D.,固相合成技术,1984,年，发展了固相合成技术。,原理：每一步反应产物都是以固相存在，原料以液相存在。,特点：产物最终从固相基体上解脱，易提纯，易自动化。特别适合多肽合成。,是多肽合成化学的重要突破。,“蛋白质自动合成仪”既是从此技术发展起来的。,Robert Bruce Merrifield,（美）,.,5.,合成理论,逆合成分析法,（,Restrosynthetic Analysis),Elias James Corey,（美）,20,世纪,Woodward,以外另一位化学合成大师,Corey,对有机合成理论做了精辟的分析，于,20,世纪,60,年代，提出了逆合成分析法，使合成工作达到到理论指导、逻辑推理的高度，有力地推动了这一学科向前发展