有機合成發(fā)展歷史和測試儀器簡介

鄭曉鑫

2014.11.4有機合成簡介1、前言有機合成是有機化學(xué)中最富活力的領(lǐng)域有機合成是表現(xiàn)有機化學(xué)家非凡創(chuàng)造力的舞臺1.1資料：1900-2000年的100年中，化學(xué)合成和分離了2285萬種化合物（包括天然產(chǎn)物、藥物、材料等）。其中大部分都是有機合成的產(chǎn)物。許多天然存在的有機化合物，包括復(fù)雜的天然產(chǎn)物，都可以用有機合成方法制得。

1.2有機合成是有機化學(xué)中永不枯竭的研究資源:生命科學(xué):生物大分子，生物活性分子，生化分析試劑等醫(yī)藥學(xué):藥物，藥理、病理分析試劑等農(nóng)業(yè):農(nóng)藥、農(nóng)用化學(xué)品等石油:石油化工產(chǎn)品等材料科學(xué):高分子化合物，功能材料等食品:食品添加劑等日用化工:染料，涂料，化裝品等1.3有機合成是推動有機化學(xué)發(fā)展的永恒動力：有機化學(xué)家在解決有機合成問題過程中，全面發(fā)展了有機化學(xué)：化學(xué)結(jié)構(gòu)理論，反應(yīng)理論，合成方法，分離純化方法，結(jié)構(gòu)鑒定方法等。2、有機合成的歷史回顧2.1尿素的合成（1828年，德國化學(xué)家Wohler）有機化學(xué)的開始2.2顛茄酮的合成

2.2.11902年，德國化學(xué)家Willstatter(1915年獲Noble化學(xué)獎）21steps,overallyield0.7%2.2.21917年，英國化學(xué)家Robinson(1947年獲Noble化學(xué)獎）3steps,overallyield90%MannichReaction(1912)2.2.3.維生素B12的合成（Woodward,1977年）

Woodward因在1945-1954年人工合成了奎寧、類固醇、馬錢子堿、羊毛甾醇、麥角堿等近20種復(fù)雜天然產(chǎn)物而1965年獲Noble化學(xué)獎.

在Woodward及Eschenmoser領(lǐng)導(dǎo)下,經(jīng)過兩個實驗室，100多位科學(xué)家的共同努力，于1977年完成了維生素B12的全合成工作。

將有機合成作為一種藝術(shù)展現(xiàn)在世人面前。2.2.4E.J.Corey,(1990年獲Noble化學(xué)獎)

如果說Woodward一生奮斗的成就是將有機合成作為一種藝術(shù)展現(xiàn)在世人面前，那么Corey則是將有機合成從藝術(shù)轉(zhuǎn)變成為科學(xué)的一個關(guān)鍵人物。他的逆合成分析是現(xiàn)代有機合成化學(xué)的重要基石，推動了20世紀70年代以來整個有機合成領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。

逆合成分析(Retrosyntheticanalysis)Woodward(1981)紅霉素的全合成Y.Kishi(1987)?？舅氐娜铣蒘.L.Schreiberetal(1993)FK-1012的全合成K.C.Nicolaou&S.L.Schreiber（1994）紫杉醇（Taxol)的全合成C129H223N3O54,分子量2680，64個手性中心3.有機波譜分析采用現(xiàn)代儀器分析的方法，測定有機物的結(jié)構(gòu)。優(yōu)點：樣品消耗量少、省時、省力、快速、準確。它不僅可以研究分子的結(jié)構(gòu)，還能探索分子間各種集聚態(tài)的結(jié)構(gòu)（構(gòu)型和構(gòu)象）的狀況，對人類所面臨的生命科學(xué)、材料科學(xué)的發(fā)展，是極其重要的。

分子運動形式及對應(yīng)的光譜范圍在分子光譜中，根據(jù)電磁波的波長()劃分為幾個區(qū)域，如下圖所示：

3.1紅外光譜

紅外光譜(InfraredSpectroscopy,IR)的研究開始于20世紀初期，自1940年商品紅外光譜儀問世以來，紅外光譜在有機化學(xué)研究中得到廣泛的應(yīng)用。

在有機物分子中，組成化學(xué)鍵或官能團的原子處于不斷振動的狀態(tài)，其振動頻率與紅外光的振動頻率相當(dāng)。所以，用紅外光照射有機物分子時，分子中的化學(xué)鍵或官能團可發(fā)生震動吸收，不同的化學(xué)鍵或官能團吸收頻率不同，在紅外光譜上將處于不同位置，從而可獲得分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團的信息。3.2質(zhì)譜

質(zhì)譜法是利用帶電粒子在磁場或電場中的運動規(guī)律，然后按照質(zhì)量或質(zhì)荷比（m/z）實現(xiàn)分離分析，測定離子質(zhì)量及其強度分布。

這種按質(zhì)量或質(zhì)荷比大小順序排列而成的圖譜就是質(zhì)譜圖。質(zhì)譜分析法主要是通過對樣品離子質(zhì)荷比的分析而實現(xiàn)對樣品進行定性和定量的一種方法電離裝置把樣品電離為離子質(zhì)量分析裝置把不同質(zhì)荷比的離子分開經(jīng)檢測器檢測之后可以得到樣品的質(zhì)譜圖質(zhì)譜儀基本原理1.質(zhì)譜法是唯一可以確定分子質(zhì)量的方法；2.靈敏度高；3.樣品用量少，通常只需微克級樣品，檢出限可達10-14g；4.質(zhì)譜儀種類很多，應(yīng)用范圍廣，可進行同位素分析，也可進行化學(xué)分析，可進行無機成分、有機結(jié)構(gòu)分析，生物樣品分析；被分析對象：氣體、液體、固體。優(yōu)點3.3核磁共振譜

NMR：磁性核受幅射而發(fā)生躍遷所形成的吸收光譜。是研究分子結(jié)構(gòu)、構(gòu)型構(gòu)象等的重要方法。核磁共振的研究對象：

磁性核，即具有磁矩的原子核。磁矩是由于核的自旋運動產(chǎn)生的。并非所有同位素的原子核都具有自旋運動。原子核的自旋運動與自旋量子數(shù)I有關(guān)。

核磁共振波譜的測定樣品：純度高，固體樣品和粘度大的液體樣品必須溶解。溶劑：氘代試劑。標準：四甲基硅烷（內(nèi)標法，外標法）化學(xué)位移偶合常數(shù)積分高度

NMR譜的結(jié)構(gòu)信息

化學(xué)位移積分高度偶合常數(shù)1HNMR譜中的峰面積(peakarea)正比于等價質(zhì)子的數(shù)目用積分曲線表示峰面積。積分曲線的高度與峰面積成正比關(guān)系。例：乙醇CH3CH2OH

3組質(zhì)子的積分曲線高度比為3：2：1積分曲線(integrationline)影響化學(xué)位移的因素

氫核受到的屏蔽作用越大，峰越在高場出現(xiàn)，δ越小。誘導(dǎo)效應(yīng)共軛效應(yīng)各向異性效應(yīng)拉電子基團：去屏蔽效應(yīng)，化學(xué)位移增大推電子基團：屏蔽效應(yīng)，化學(xué)位移減小誘導(dǎo)效應(yīng)：

Y－H中Y的電負性越大，1H周圍電子云密度越低，屏蔽效應(yīng)越小，越靠近低場出峰，δ值越大?；衔顲H3FCH3OHCH3ClCH3BrCH3ICH4TMS電負性4.03.53.02.82.52.11.8δ4.263.143.052.682.160.230共軛效應(yīng)供電子共軛效應(yīng)，苯環(huán)電子云密度增大。氫核電子云密度增大，屏蔽作用增大，向高場移動，δ值減小。各向異性效應(yīng)：氫核與某功能基因空間位置不同，受到屏蔽作用不同，導(dǎo)致其化學(xué)位移不同。原因：在外磁場的作用下，由電子構(gòu)成的化學(xué)鍵會產(chǎn)生一個各向異性的附加磁場,使得某些位置的核受到屏蔽,而另一些位置上的核則為去屏蔽?；瘜W(xué)鍵的各向異性效應(yīng)各類質(zhì)子的化學(xué)位移值范圍131211109876543

210RCH2-O=C-CH2-C=C-CH2-CCCH2-CH2--CH2