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有机合成化学是化学合成的一个特殊分支,涉及有机化合物的有意构造。[1] 有机分子通常比无机化合物复杂,它们的合成已发展成为有机化学最重要的分支之一。在有机合成化学的一般领域内有几个主要的研究领域:全合成,半合成和方法学。

全合成领域

天然前体合成复杂有机分子

有机合成化学的重要研究全合成化学,是从简单的市售(石油化学)或天然前体完全化学合成复杂的有机分子。可以通过线性或收敛方法完成总合成。在一个线性合成 -通常足够简单结构-几个步骤接连执行的一个直至分子完整;每个步骤中生成的化合物称为合成中间体。[2]最常见的是,合成中的每个步骤都是指为修饰起始化合物而进行的单独反应。

关键中间体

对于更复杂的分子,会聚的合成该方法可能是优选的,该方法涉及单独制备几个“小片”(关键中间体),然后将其组合以形成所需的产品。]收敛的合成具有产生更高的产率的优点,相对于线性合成。

现代有机合成之父

罗伯特•伯恩斯•伍德沃德(Robert Burns Woodward)曾因数种全合成技术而获得1965年诺贝尔化学奖(例如,他于1954年合成的士的宁[3]),被视为现代有机合成之父。一些近代实例包括文德的,[4]霍尔顿的,[5]NICOLAOU的,[6]和Danishefsky的所述的抗癌治疗剂的全合成[7],紫杉醇(商品名,紫杉醇)。

方法学

方法学研究通常涉及三个主要阶段:发现,优化以及范围和局限性的研究。该发现需要对适当试剂的化学反应性有广泛的了解和经验。优化是一个过程,其中在多种温度,溶剂,反应时间条件下,对反应中的一种或两种起始化合物进行测试等,直到找到产品产量和纯度的最佳条件为止。最后,研究人员试图将该方法扩展到各种不同的起始材料,以找到范围和局限性。

适用范围和局限

总的合成有时用于展示新方法并在实际应用中证明其价值。这些应用涉及主要行业,特别是聚合物(和塑料)和制药。一些综合在研究或学术水平上是可行的,但不适用于工业水平的生产。这可能导致该过程的进一步修改。

立体选择性合成

大多数复杂的天然产物是手性的,并且手性分子的生物活性随对映异构体而变化。历史上,总合成的目标是外消旋混合物,即两种可能的对映异构体的混合物,之后可通过手性拆分分离外消旋混合物。

在二十世纪下半叶,化学家开始开发立体选择性催化和动力学拆分的方法,据此,反应只能直接产生一种对映异构体,而不是外消旋混合物。早期的例子包括立体选择性氢化(例如,如所报导的威廉诺尔斯和野依良治,和官能团修饰,如不对称环氧化的百里夏普勒斯;这些特定的成就,这些工人被授予了2001年诺贝尔化学奖。这样的反应为化学家提供了更多的对映体纯分子选择的起点,以前只能使用天然的起始原料。

纯对映体的形式

使用罗伯特•伍德沃德(Robert B. Woodward)率先的技术和合成方法学的新发展,化学家通过理解立体控制,可以将简单的分子转化为更复杂的分子,而不会发生不想要的消旋作用,从而使最终的目标分子以纯对映体的形式合成。这样的技术被称为立体选择性合成。

应用

反应的试剂和条件

合成的每个步骤都涉及一个化学反应,并且必须设计用于每个反应的试剂和条件,以尽可能少的步骤得到足够的纯产物收率。文献中可能已经存在一种用于制造早期合成中间体之一的方法,通常将使用该方法,而不是为了“重新发明轮子”而努力。

但是,大多数中间体是从未有过的化合物,通常使用方法学研究人员开发的一般方法来制备。为了有用,这些方法需要提供高产量,并且对于各种各样的基材都可靠。对于实际应用,其他障碍包括安全性和纯度的工业标准。

综合设计

逆向合成分析的开发

Elias James Corey在逆向合成分析的基础上为合成设计带来了一种更正式的方法,为此他于1990年获得了诺贝尔化学奖。在这种方法中,使用标准规则从产品中反向计划合成。以图形方式显示了将母体结构“分解”为可实现的组成部分的步骤,该方案使用逆向合成箭头(绘制为⇒,实际上表示“由...制成”)。[8]

视频

Organic Synthesis: Introduction
有机合成:简介
Principles Of Organic Synthesis
有机合成原理
Organic Synthesis Example 1
有机合成实施例1

参考资料

  1. 综合问题澳大利亚化学杂志
  2. 全合成经典archive.org/纽约
  3. 士的宁的总合成美国化学学会杂志
  4. 多功能紫杉烷前体的立体控制合成美国化学学会杂志
  5. 紫杉醇的第一全合成。B环的功能化美国化学学会杂志
  6. 紫杉醇的完全合成大自然
  7. 浆果赤霉素III和紫杉醇的完全合成美国化学学会杂志
  8. 计算机辅助有机合成化学学会评论