第18卷第3期 大学化学 2003年6月 今日化学 新世纪有机化学与可持续发展的一些思考 吴毓林 (中国科学院上海有机化学研究所生合有机化学国家重点实验室上海200032) 1有机化学的发展 虽然纪年历法仅是一个人为约定的相对时间标记，但人们还是对纪年中的十百千年不 惜以大量的笔墨去回顾和展望.前两年，我们经历了公元纪年的新世纪，正好又是千年的转 换，所以很热闹了一阵。自然科学也正好经历了发展中最快速的100年，化学及其最丰富多彩 的有机化学也同样经历了一个日新月异的世纪，因此我们不难在报章杂志上看到众多名家借 此机会总结化学的辉煌百年，并预言更辉煌的新世纪~1.现在进入新世纪己两年了，两年 在历史长河中只是一个极短暂的瞬间，即使就近代自然科学的发展来讲也不是一段很长的时 间，但人们还是会问这两年中有些什么过去曾预料到的或者不曾料到的发展动向和迹象，下 面是自己从很小的角度观察的有机化学的进展以及记录下来的一些看法. 段时期以来有机化学界都注意到了生命科学材料科学以及环境科学等是今后有机化 学大有发展的领域，而这些领域中对有机化学提出的要求又正是有机合成有机分析和物理有 机化学最具挑战性的课题 生命科学在这两年中的大事件是完成了人类基因组的测定，从而也开始了后基因组蛋白 质组研究的新时期，有机化学家以有机分析，有机小分子的调控等研究工作正在积极介入到 这一领域中， 从材料科学来讲，。 0年聚乙块有机导体工作获得No奖标志着有机新材料研究正受 到特别青，同时也发起更多的有机化学家投入到这一领域。事实上，这儿年来 这方面确 实涌现了很多很好的工作，例如C衍生物的合成及其在光，电子器件方面的应用探索。近年 米已发展了不少高产率合成C。有机衍生物的方法，吗啉在空气存在下可与C反应定量生成 五吗琳其的C单环氧化合物而芳（烯，基铜试剂也可以高产率地生成五芳（烯）基C金国 络合物。诸如此类的C衍生物的出现开辟了材料学的新天地，也由于C制备方法的进步 有人预计3-4年内C的生产将会达到数千吨的规模。由此也给有机化学家展示了一片大可 用武之地。 有机化学发展的另一个重要领域是环境科学，上世纪90年代，有机化学家已经对环境科 学给予了相当的关注但现在看来还应该更深更广地去参与环境中的有机化学问题尤其是当 今生态环境已成为人类社会可持续发展的关键问题为此，在下面专门从可持续发展的角度 展开作一些讨论。 ·吴毓林：中国科学院上涛有机化学研究所研究员博上生导师： 6
第 t{ 卷 第 v 期 大学化学 ussv 年 y 月 今日化学 新世纪有机化学与可持续发展的一些思考 吴毓林 Ξ k中国科学院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室 上海 usssvul 1 有机化学的发展 虽然纪年历法仅是一个人为约定的相对时间标记 o但人们还是对纪年中的十 !百 !千年不 惜以大量的笔墨去回顾和展望 ∀前两年 o我们经历了公元纪年的新世纪 o正好又是千年的转 换 o所以很热闹了一阵 ∀自然科学也正好经历了发展中最快速的 tss 年 o化学及其最丰富多彩 的有机化学也同样经历了一个日新月异的世纪 ∀因此我们不难在报章杂志上看到众多名家借 此机会总结化学的辉煌百年 o并预言更辉煌的新世纪≈t ∗ v ∀现在 o进入新世纪已两年了 o两年 在历史长河中只是一个极短暂的瞬间 o即使就近代自然科学的发展来讲也不是一段很长的时 间 o但人们还是会问这两年中有些什么过去曾预料到的或者不曾料到的发展动向和迹象 ∀下 面是自己从很小的角度观察的有机化学的进展以及记录下来的一些看法 ∀ 一段时期以来 o有机化学界都注意到了生命科学 !材料科学以及环境科学等是今后有机化 学大有发展的领域 o而这些领域中对有机化学提出的要求又正是有机合成 !有机分析和物理有 机化学最具挑战性的课题 ∀ 生命科学在这两年中的大事件是完成了人类基因组的测定 o从而也开始了后基因组 !蛋白 质组研究的新时期 ∀有机化学家以有机分析 o有机小分子的调控等研究工作正在积极介入到 这一领域中 ∀ 从材料科学来讲 ousss 年聚乙炔有机导体工作获得 ²¥¨¯奖标志着有机新材料研究正受 到特别青睐 o同时也激发起更多的有机化学家投入到这一领域 ∀事实上 o这几年来在这方面确 实涌现了很多很好的工作 o例如 ≤ys衍生物的合成及其在光 !电子器件方面的应用探索 ∀近年 来已发展了不少高产率合成 ≤ys有机衍生物的方法 o吗啉在空气存在下可与 ≤ys反应定量生成 五吗啉基的 ≤ys单环氧化合物 o而芳k烯l基铜试剂也可以高产率地生成五芳k烯l基 Γx2≤ys金属 络合物 ∀诸如此类的 ≤ys衍生物的出现开辟了材料学的新天地 o也由于 ≤ys制备方法的进步 o 有人预计 v ∗ w 年内 ≤ys的生产将会达到数千吨的规模 ∀由此也给有机化学家展示了一片大可 用武之地 ∀ 有机化学发展的另一个重要领域是环境科学 o上世纪 |s 年代 o有机化学家已经对环境科 学给予了相当的关注 o但现在看来还应该更深更广地去参与环境中的有机化学问题 o尤其是当 今生态环境已成为人类社会可持续发展的关键问题 ∀为此 o在下面专门从可持续发展的角度 展开作一些讨论 ∀ tv Ξ 吴毓林 }中国科学院上海有机化学研究所研究员 o博士生导师 ∀
2可持续发展与有机化学 1980年联合国环境规划署等国际组织开始提出了可持续发展这一术语.1992年，在巴西 里约热内卢联合国召开的地球问题首脑会议 上通过了可持续发展的全球行动计划，2002年 月，在南非约翰内斯堡进一步召开了可持续发展的全球首脑会议.这些标志者可持续发展已 是人类社会最突出的任务，而环境发展则正是可持续发展三大支持一经济生态环境和社 会发展之一 生态环境问题是一个多学科综合性的大课题，但其中化学学科起者关键性的作用.当今 社会丰富多彩的物质生活都是由化学创造和维持着的，但是现在的生态环境问却也有很大 部分是与化学有关的，尽管如此，当今某些舆论将化学和化学品都讲成是污染和有害的代名词 是极其错误的。面对生态环境问题提出的挑战，化学界在上世纪90年代提出了“绿色化学这 一新名词，像其他的绿色一样这一名词更多地是代表一种理念一种愿望。虽然其实在内容 不难以界定但是现在 ·个大体上的相法是句括？个方面，一是提仕给会的化学品应当有益 无害，而且对环境友好 是生产这些化学品的原料应是可以再生的，它们的利用不应引起生 态环境的破坏：第三是绿色化学最重要也是最主要的方面，化学品的生产过程应该是环境友好 的，人们对化学的偏见可能有相当部分是来自于过去化学生产过程的排放，不加处理的化学 污水排放包括造纸皮革印染，发酵以及各种各样的小化工的污水排放已经使一些大河和大 湖几乎成了死水.生态环境与可持续发展中有者种种社会乃至政治的因素，但是化学家尤其 泰有机化学家仍应负有重大的在而且可以大有作为多须面心小述缘色化学3方面的接 (1)绿色化学品】 六六六和DDT是很有效的杀虫剂，但也是不易分解的化合物.大量的使用之后，它们不仅 在土壤中残留，而且也进入了作物，牲畜乃至人体，因此，这些含氯的农药被列入了禁止使用的 名单，除虫 南酯类和有机磷农药因而应运而生 但是这些 品是 就是环境友好的呢？也不 完全是，进一步开发绿色农药对有机化学家仍然是一个极大的挑战，这是一个上世纪中叶后 期在环境保护问题上的典型例子， 另一个大家都熟悉的例子是氟利昂，由于氟利昂排放对大气臭氧层的破坏，引发了对臭 氧层不破坏的替代品的研制和生产，最相似的替代品是将氟利品中引起破坏作用的氯原子代 之以氢，如目前用得最多的代用品HFC134a(CF,CH,F)就不含氯，而其性能则与CFC12 1C口，F,)相近 20o2年美国的绿色化学奖给予了Che mical Specialties Ine,因为他们推出了一个新的木材 抗虫防腐剂，他们用碱性碳酸铜和一氯化季铵盐41的混合物代替了极毒的含砷防腐剂（©hr0 (2可再生的原料。 白色污染和无法生物降解是上世纪末突现的环境问题，添加降解催化剂的可降解塑料或 者采用由纤维来源的替代品都是对解决这一问题的有益探索，最近聚乳酸工艺的改进使得这 个较理想的绿色产品有可能大规模使用，聚乳酸可生物降解，可以用于食品包装的容器，而且 它的原料是可再生的，它可由来自玉米的葡萄糖发酵而得 (3)绿色工艺
2 可持续发展与有机化学 t|{s 年联合国环境规划署等国际组织开始提出了可持续发展这一术语 ∀t||u 年 o在巴西 里约热内卢联合国召开的地球问题首脑会议上通过了可持续发展的全球行动计划 ∀ussu 年 | 月 o在南非约翰内斯堡进一步召开了可持续发展的全球首脑会议 ∀这些标志着可持续发展已 是人类社会最突出的任务 ∀而环境发展则正是可持续发展三大支持 ))) 经济 !生态环境和社 会发展之一 ∀ 生态环境问题是一个多学科综合性的大课题 o但其中化学学科起着关键性的作用 ∀当今 社会丰富多彩的物质生活都是由化学创造和维持着的 o但是现在的生态环境问题却也有很大 部分是与化学有关的 o尽管如此 o当今某些舆论将化学和化学品都讲成是污染和有害的代名词 是极其错误的 ∀面对生态环境问题提出的挑战 o化学界在上世纪 |s 年代提出了/ 绿色化学0这 一新名词 ∀像其他的绿色一样 o这一名词更多地是代表一种理念 !一种愿望 ∀虽然其实在内容 还难以界定 o但是现在一个大体上的想法是包括 v 个方面 }一是提供给社会的化学品应当有益 无害 o而且对环境友好 ~二是生产这些化学品的原料应是可以再生的 o它们的利用不应引起生 态环境的破坏 ~第三是绿色化学最重要也是最主要的方面 o化学品的生产过程应该是环境友好 的 ∀人们对化学的偏见可能有相当部分是来自于过去化学生产过程的排放 o不加处理的化学 污水排放 o包括造纸 !皮革 !印染 !发酵以及各种各样的小化工的污水排放已经使一些大河和大 湖几乎成了死水 ∀生态环境与可持续发展中有着种种社会乃至政治的因素 o但是化学家尤其 是有机化学家仍应负有重大的责任 o而且可以大有作为 o必须面对上述绿色化学 v 方面的挑 战≈w ∗ | ∀ ktl 绿色化学品 ∀ 六六六和 ⁄⁄× 是很有效的杀虫剂 o但也是不易分解的化合物 o大量的使用之后 o它们不仅 在土壤中残留 o而且也进入了作物 o牲畜乃至人体 o因此 o这些含氯的农药被列入了禁止使用的 名单 o除虫菊酯类和有机磷农药因而应运而生 ∀但是这些产品是否就是环境友好的呢 也不 完全是 ∀进一步开发绿色农药对有机化学家仍然是一个极大的挑战 ∀这是一个上世纪中叶后 期在环境保护问题上的典型例子 ∀ 另一个大家都熟悉的例子是氟利昂 ∀由于氟利昂排放对大气臭氧层的破坏 o引发了对臭 氧层不破坏的替代品的研制和生产 ∀最相似的替代品是将氟利昂中引起破坏作用的氯原子代 之以氢 o如目前用得最多的代用品 ƒ≤2tvw¤k ≤ ƒv ≤ u ƒl就不含氯 o而其性能则与 ≤ƒ≤2tu k≤ ≤¯u ƒul相近 ∀ ussu 年美国的绿色化学奖给予了 ≤«¨°¬¦¤¯ ≥³¨¦¬¤¯·¬¨¶±¦o因为他们推出了一个新的木材 抗虫防腐剂 o他们用碱性碳酸铜和一氯化季铵盐 wtΒ的混合物代替了极毒的含砷防腐剂 k¦«µ²2 °¤·¨§¦²³³¨µ¤µ¶¨±¤·¨l ∀ kul 可再生的原料 ∀ 白色污染和无法生物降解是上世纪末突现的环境问题 ∀添加降解催化剂的可降解塑料或 者采用由纤维来源的替代品都是对解决这一问题的有益探索 ∀最近聚乳酸工艺的改进使得这 个较理想的绿色产品有可能大规模使用 ∀聚乳酸可生物降解 o可以用于食品包装的容器 o而且 它的原料是可再生的 o它可由来自玉米的葡萄糖发酵而得 ∀ kvl 绿色工艺 ∀ tw
环境友好的有机合成工艺是绿色化学致力的主要方面，其实这与有机合成研究中所追求 的高效高洗择性简捷反应条件平和原子经济性等章思相同是一个内容十分广泛的领域 下面仅从有机反应介质，催化氧化和反应条件改进几个方面举 一些例 环境友好有机合成反应介质的探索是近年绿色化学中的热点，有机合成中大量有机溶剂 的应用既易于污染环境，又是一个不安全的因素，.因此人们试图不用溶剂或采用环境友好无 毒而又易于回收的介质来代替有机溶剂， 不用溶剂，仅仅研磨两个固态的反应物就可以以近乎定量的产率获得Knoevenagel反应 或1da反应的产物，这是绿色化学中很典型的例子0-21， a· OH R-OMe,H R 、OH 探索水相中的有机反应是这几年中人们十分关注的课题，T ane 大学的李朝军等在这 面做了较多较系统的工作，并因此获得1997年美国第一届绿色化学奖，目前多种金属有机参 与的碳碳键形成反应都可以在水相中进行，其中铟参与的烯丙基化反应更是成功的典型131 最近李朝军等还实现了第一例的Grignard型亚胺加成反应141， xx 2RCHO- , NHAr 超临界二氧化碳(Supereritical carbon dioxic)在萃取中的应用现今已较为普遍，而在超临 界二氧化碳中进行有机反应的研究虽然开展稍晚，但近年也有很大进展超临界二氧化碳 许多极性的离子型的金属有机的或高分子量的化合物溶解性能不佳，所以有不少工 作用加 入添加剂等方法来增加其溶解性能。下面是一个钯催化偶联的例子，在超临界二氧化碳中该 反应可以清洁地高产率地进行5]。 P(O O- DEA.75℃.15h 9 用离子液体(iquid)作为 的介质也是近几年的事，离子液体对热空气 折广少钢型国乱猛当孤凶中前罗场男升提琴除堂 色化学中一个可以发展的方向.有报道上面提及的联苯合成也可以在离子液体中用Szuk 15
环境友好的有机合成工艺是绿色化学致力的主要方面 o其实这与有机合成研究中所追求 的高效 !高选择性 !简捷 !反应条件平和 !原子经济性等意思相同 o是一个内容十分广泛的领域 ∀ 下面仅从有机反应介质 o催化氧化和反应条件改进几个方面举一些例子 ∀ 环境友好有机合成反应介质的探索是近年绿色化学中的热点 o有机合成中大量有机溶剂 的应用既易于污染环境 o又是一个不安全的因素 ∀因此人们试图不用溶剂或采用环境友好 !无 毒而又易于回收的介质来代替有机溶剂 ∀ 不用溶剂 o仅仅研磨两个固态的反应物就可以以近乎定量的产率获得 ±²¨√¨±¤ª¨¯反应 或 ¯§²¯反应的产物 o这是绿色化学中很典型的例子≈ts ∗ tu ∀ 探索水相中的有机反应是这几年中人们十分关注的课题 o×∏¯¤±¨大学的李朝军等在这方 面做了较多较系统的工作 o并因此获得 t||z 年美国第一届绿色化学奖 ∀目前多种金属有机参 与的碳碳键形成反应都可以在水相中进行 o其中铟参与的烯丙基化反应更是成功的典型≈tv ∀ 最近李朝军等还实现了第一例的 µ¬ª±¤µ§型亚胺加成反应≈tw ∀ 超临界二氧化碳k≥∏³¨µ¦µ¬·¬¦¤¯¦¤µ¥²± §¬²¬¬§¨l在萃取中的应用现今已较为普遍 o而在超临 界二氧化碳中进行有机反应的研究虽然开展稍晚 o但近年也有很大进展 ∀超临界二氧化碳对 许多极性的 !离子型的 !金属有机的或高分子量的化合物溶解性能不佳 o所以有不少工作用加 入添加剂等方法来增加其溶解性能 ∀下面是一个钯催化偶联的例子 o在超临界二氧化碳中该 反应可以清洁地高产率地进行≈tx ∀ 用离子液体k¬²±¬¦¯¬´∏¬§l作为有机反应的介质也是近几年的事 ∀离子液体对热 !空气 !水 稳定 o对众多底物溶解性能良好 o在其中反应后处理方便 o因此这方面的报道不少 o并认为是绿 色化学中一个可以发展的方向 ∀有报道上面提及的联苯合成也可以在离子液体中用 ≥∏½∏®¬ tx
反应来实现161，最近也成功用于不对称合成】， 1%Pd:(),CHc Rx+④aon,nck9e。&-○G。 X-1.产事：86%-100% C.H X-Br(PPh,).产半：954-99% THPC-ICi -C.H cr C.Hu HO、CN t-Bu t-Bu 10mg 164 mmol [H,e入NN于E, 将化学剂量的有机反应转换成催化反应一直是有机合成追求的目标，也是绿色工艺的耳 要方面，这方面最常提及的工作是催化氧化。因为化学剂量的氧化反应通常是采用硝酸铬 酸等作为氧化剂，所以这是对环境很不友好的反应.如过去由环己烯氧化制己二酸，采用硝酸 作为氧化剂，反应中大量排放氧化氨。最近己有一些方法可在催化剂存在下用过氧化氢或氧 进行氧化，无有害副产物排放). O 30%H0,02H,0.骏 OH YOH 我国化学家奚祖伟等用过氧化氢催化氧化制环氧丙婚，田伟生用过氧化氢催化氧化代 替铬酸降解体皂素的边链21电都是很好的绿色化学。 OH H,O.RCOOH OH HO 95%60%一80% 60 80号
反应来实现≈ty o最近也成功用于不对称合成≈tz ∀ 将化学剂量的有机反应转换成催化反应一直是有机合成追求的目标 o也是绿色工艺的重 要方面 ∀这方面最常提及的工作是催化氧化 ∀因为化学剂量的氧化反应通常是采用硝酸 !铬 酸等作为氧化剂 o所以这是对环境很不友好的反应 ∀如过去由环己烯氧化制己二酸 o采用硝酸 作为氧化剂 o反应中大量排放氧化氮 ∀最近已有一些方法可在催化剂存在下用过氧化氢或氧 进行氧化 o无有害副产物排放≈t{ ∀ 我国化学家奚祖伟等用过氧化氢催化氧化制环氧丙烯≈t| o田伟生用过氧化氢催化氧化代 替铬酸降解甾体皂素的边链≈us ∗ uu 也都是很好的绿色化学 ∀ ty
绿色化学中通过改变反应条件使合成工艺环境友好是一个很有用的常用方法，Pzr公 司抗抑郁药Z生产工艺的改进是一个很成功的例子。下面是过去旧的合成路线 NCH NHCH, NHCH, .HC CI (5.5)-eis 该反应后来改进成三步一起进行，用乙醇作溶剂，可以不加,因为产物亚胺能沉淀出 来而反应完全。氢化催化剂改用P/C1CO.使顺反比达到181，总产率达到37%，改进后原 料少用45%，甲胺少用60%，拆分剂苯乙醇酸()少用20%.因此这个改进的 效果是很不错的 还应该强调的是生态环境发展中还有许多其他的有机化学课题像环境中微量超微最有 机污染物的检测，了解有机污染物在环境中的反应变化和迁移等都是对有机化学家极大的挑 3有机化学的持续发展 生态环境的保护和可持续发展对化学尤其是有机化学提出了众多要求，因此化学本身也 cnc)而存在. 或者说分子识别超分子乃至分子组装方面仍然可以大有作为，有机分析在微量动态乃至活 体以及超快时间分辨上是各方面所期望的，也是确确实实会取得大进展的学科，2002年化学 No奖授予了用于有机生物分子分析的核磁共振和质谱技术的开创者，这也说明了科学界 对这 领域发展的重视.从绿色化学的角度看，另 部分有机反应和有机合成将会面临更大 的挑战，绿色的环境友好的新产品需要合成：可再生资源的利用有待于发现利用它的反应：中 间生产过程的绿色化更要依靠新的合成设计和新的反应，在上一节中已经介绍了一些绿色合 成和反应，下面将从更基础的角度来看一下有机合成和反应的新进展， 有机合成的新基元反应 有机合成的成功是建立在有机化学一系列基元反应之上的，尤其是那些应用范围广的基 元反应对有机合成，特别是复杂有机分子的合成作出了重大贡献.上世纪有机合成的巨大成 功是与那些人名反应如G .Wittig.Brown s hydrobo 于新其 反应的出现。上世纪末以 聚着机的支中报道风是目配不太用人名去命名其中皮用市广顶无现 发展的当数金属复分解反应， 金属复分解反应(metathesis)在上世纪90年代初从高分子聚合渐渐扩展到有机合成中 成为形成碳碳双键的热门反应,41，这是一个催化反应，2个烯烃偶联仅放出一分子乙烯作 为剧产物.相对于经典的形成碳碳双键的Wg反应，金属复分解反应是一个非常原子经济 17
绿色化学中通过改变反应条件使合成工艺环境友好是一个很有用的常用方法 ∀ °©¬½¨µ公 司抗抑郁药 ²¯²©·生产工艺的改进是一个很成功的例子 ∀下面是过去旧的合成路线 } 该反应后来改进成三步一起进行 o用乙醇作溶剂 o可以不加 ׬≤¯v o因为产物亚胺能沉淀出 来而反应完全 ∀氢化催化剂改用 °§r≤¤≤ v 使顺反比达到 t{ }t o总产率达到 vz h ∀改进后原 料少用 wx h o甲胺少用 ys h o拆分剂苯乙醇酸k ∆2 °¤±§¨¯¬¦¤¦¬§l少用 us h ∀因此这个改进的 效果是很不错的 ∀ 还应该强调的是生态环境发展中还有许多其他的有机化学课题 o像环境中微量 !超微量有 机污染物的检测 o了解有机污染物在环境中的反应变化和迁移等都是对有机化学家极大的挑 战 ∀ 3 有机化学的持续发展 生态环境的保护和可持续发展对化学尤其是有机化学提出了众多要求 o因此化学本身也 必须持续发展以适应这些要求 o这样才能在 ut 世纪中继续作为一门/ 中心科学0 k¦¨±·µ¤¯ ¶¦¬2 ¨±¦¨l而存在 ∀有机化学在理论基础方面仍然要不断进步 o尤其在了解分子间的弱相互作用力 或者说分子识别 !超分子乃至分子组装方面仍然可以大有作为 ∀有机分析在微量 !动态乃至活 体以及超快时间分辨上是各方面所期望的 o也是确确实实会取得大进展的学科 ∀ ussu 年化学 ²¥¨¯奖授予了用于有机生物分子分析的核磁共振和质谱技术的开创者 o这也说明了科学界 对这一领域发展的重视 ∀从绿色化学的角度看 o另一部分有机反应和有机合成将会面临更大 的挑战 o绿色的 !环境友好的新产品需要合成 ~可再生资源的利用有待于发现利用它的反应 ~中 间生产过程的绿色化更要依靠新的合成设计和新的反应 ∀在上一节中已经介绍了一些绿色合 成和反应 o下面将从更基础的角度来看一下有机合成和反应的新进展 ∀ 3 .1 有机合成的新基元反应 有机合成的成功是建立在有机化学一系列基元反应之上的 o尤其是那些应用范围广的基 元反应对有机合成 o特别是复杂有机分子的合成作出了重大贡献 ∀上世纪有机合成的巨大成 功是与那些人名反应如 µ¬ª±¤µ§o⁄¬¨¯¶2¯§¨µo≤¯¤¬¶¨± oƒµ¬¨§¨¯2≤µ¤©·¶o• ¬··¬ªo µ²º±χ¶«¼§µ²¥²2 µ¤·¬²± 等密切相关的 ∀本世纪有机合成的持续发展也有待于新基元反应的出现 ∀上世纪末以 来 o不断有新的反应报道 o只是目前已不太用人名去命名 o其中应用范围广 !而且最近又有迅速 发展的当数金属复分解反应 ∀ 金属复分解反应k °¨·¤·«¨¶¬¶l在上世纪 |s 年代初从高分子聚合渐渐扩展到有机合成中 o 成为形成碳碳双键的热门反应≈uv ouw ∀这是一个催化反应 ou 个烯烃偶联仅放出一分子乙烯作 为副产物 ∀相对于经典的形成碳碳双键的 • ¬··¬ª反应 o金属复分解反应是一个非常原子经济 tz
性的绿色反应。现在已经广泛应用于复杂分子和天然产物的合成5~”，可以进行底物诱导 的不对称双重环化反应】，也可以进行催化不对称反应90]，甚至可以用炔烃5]，含硫烯 经引1作为底物，可以进行分子间环化反应21，最新的进展是用金属复分解反应合成了分子 量可高达120kD的环聚乙烯，只是这时需要采用环状的催化剂和环烯单体，图1一图 是这方面一些例子， OH Epothilone A 0 r4 OH WoodrosinI 图2的合成到 32有机合成中的多重反应 实现有机合成高效和简捷的一个重要途径是在一个容器内进行多重反应，而不分离中间 产物，这就是通常所谓的一锅法"(ino©po)合成。“一锅法”可以是多个完整反应的组合 前后反应的组合可称序列合成(successive,sequential or programmable synthesis));平行方式的 则称平行合成(parallel synthesis).另一大类一锅法"则是前一反应形成的活泼中间体紧接着 进行下一步反应或再接着下下步反应， 除金属复分解反应外，近两年在金属有机化合物参与的合成反应，自由基反应等方面也都 有所发现，但影响没有金属复分解反应那么大。我们最近发展了 末端炔氧化至酮酸酯 的方法，在一些高碳糖唾液酸的合成上取得了很好的结果（图1034~1 18
性的绿色反应 ∀现在已经广泛应用于复杂分子和天然产物的合成≈ux ∗ uz o可以进行底物诱导 的不对称双重环化反应≈u{ o也可以进行催化不对称反应≈u| ovs o甚至可以用炔烃≈ux o含硫烯 烃≈vt 作为底物 o可以进行分子间环化反应≈vu ∀最新的进展是用金属复分解反应合成了分子 量可高达 tuss®⁄的环聚乙烯 o只是这时需要采用环状的催化剂和环烯单体≈vv ∀图 t ∗ 图 | 是这方面一些例子 ∀ 图 1 Εποτηιλονε的合成[ 25] 图 2 Ωοοδροσιν Ι的合成[ 26] 3 .2 有机合成中的多重反应 实现有机合成高效和简捷的一个重要途径是在一个容器内进行多重反应 o而不分离中间 产物 o这就是通常所谓的/ 一锅法0k¬± ²±¨ ³²·l合成 ∀ / 一锅法0可以是多个完整反应的组合 o 前后反应的组合可称序列合成k¶∏¦¦¨¶¶¬√¨o¶¨´∏¨±·¬¤¯ ²µ³µ²ªµ¤° °¤¥¯¨¶¼±·«¨¶¬¶l ~平行方式的 则称平行合成k³¤µ¤¯¯¨¯¶¼±·«¨¶¬¶l ∀另一大类/ 一锅法0则是前一反应形成的活泼中间体紧接着 进行下一步反应或再接着下下步反应 ∀ 除金属复分解反应外 o近两年在金属有机化合物参与的合成反应 !自由基反应等方面也都 有所发现 o但影响没有金属复分解反应那么大 ∀我们最近发展了一个末端炔氧化至 Α2酮酸酯 的方法 o在一些高碳糖 !唾液酸的合成上取得了很好的结果k图 tsl≈vw ∗ vz ∀ t{
图3 zamine A的合成可 C人R CH,.20℃.2h 749%一79% R-Me.iPr.iBu.CH,Ph 96: 图4不对称双重环化 人父 Me Me 0.65g e- Ar -p-BrC,H. 986,c094% 图5催化不对称闭环金属复分解反应 化剂 94%,e096% 图6不对称面催化金属复分解反应网 甲苯，催化剂 NN 80℃，h,100% 催化剂 图7硫感的闭环金属复分解反应可 19
图 3 Μανζαµινε Α 的合成[ 27] 图 4 不对称双重环化[ 28] 图 5 催化不对称闭环金属复分解反应[ 29] 图 6 不对称 Μο 催化金属复分解反应[ 30] 图 7 硫醚的闭环金属复分解反应[ 31] t|
图8交又闭环金属复分解反应回 40.2h 图，环烷的合成（环聚乙烯）到 方法学 丙南 合成目标 HO OH HO.OOH o人。 OH DAN KDO 图10由末端炔合成σ酮酸酯的方法学和其在天然产物合成中的应用 通常称作串联反应(tandem,cascade or Domino reaction)】,“一锅法在上世纪末开始盛行 至今势头不减这是有机合成今后仍值得重视的一个方面. 最近不断有新型的多重反应报道，如Bau©g等发现炔基卡宾与张力双环烯可以进行多 重反应生成有趣的产物（图1）】 Hayashi等报道铑催化的串联1，+加成羟醛缩合反应，而且有较好的立体选择性（图 12)401. Paquette近年发展了一个十分有趣的串联反应，从方酸开始一次可形成3个五员并环 a©)的产物.并由此合成了一系列的天然产物，这一合成充分体现了串联反应 最新报道的双重Michael反应显示了较有兴趣的选择性（图1421. 20
图 8 交叉闭环金属复分解反应[ 32] 图 9 环烷的合成(环聚乙烯)[ 33] 图 10 由末端炔合成 Α2酮酸酯的方法学和其在天然产物合成中的应用 通常称作串联反应k·¤±§¨° o¦¤¶¦¤§¨²µ⁄²°¬±² µ¨¤¦·¬²±l≈v{ ∀ / 一锅法0在上世纪末开始盛行 o 至今势头不减 o这是有机合成今后仍值得重视的一个方面 ∀ 最近不断有新型的多重反应报道 o如 ¤µ¯∏¨±ª¤等发现炔基卡宾与张力双环烯可以进行多 重反应生成有趣的产物k图 ttl≈v| ∀ ¤¼¤¶«¬等报道铑催化的串联 t ow2加成2羟醛缩合反应 o而且有较好的立体选择性k图 tul≈ws ∀ °¤´∏¨··¨近年发展了一个十分有趣的串联反应 o从方酸开始一次可形成 v 个五员并环 k¯¬±¨¤µ·µ¬´∏¬±¤±¨l的产物 ∀并由此合成了一系列的天然产物 o这一合成充分体现了串联反应 的高效 o简捷和原子经济性k图 tvl≈wt ∀ 最新报道的双重 ¬¦«¤¨¯反应显示了较有兴趣的选择性k图 twl≈wu ∀ us
Me 8% 129% 图11卡宾申联反应 CHO 11 图12铑化串联反应 。Q 3气，C溶液 OH 9 OH 图13方酸酯的级联反应 Leighton的方法则是将2个反应基团都接在同一个硅原子上，然后进行串联的羟醛烯丙 基化反应，一次形成2到4个手性中心，选择性也较好（图15）41， M6c心nms报道的钉催化块烯偶合反应和接者的Pms类反应虽不是典型的一锅法反 应，但可以方便地获得带氧桥的中环化合物（图16）
图 11 卡宾串联反应 图 12 铑催化串联反应 图 13 方酸酯的级联反应 ¨¬ª«·²± 的方法则是将 u 个反应基团都接在同一个硅原子上 o然后进行串联的羟醛2烯丙 基化反应 o一次形成 u 到 w 个手性中心 o选择性也较好k图 txl≈wv ∀ ¤¶¦¤µ¨±¤¶报道的钌催化炔烯偶合反应和接着的 °µ¬±¶2类反应虽不是典型的/ 一锅法0反 应 o但可以方便地获得带氧桥的中环化合物k图 tyl≈ww ∀ ut
+ H.N 68%70:20:10 图14双重Michacl反应 一[接 一哭 59e2:1d TMS 一 TMS 图16序贯炔烯偶合和P西型环化反应 3分子库和分子多样性 20世纪？0年代后有机合成重视的是有机合成反应的选择性和合成设计的科学性是目 标分子导向性的合成，合成设计思想是反向思维，是从目标分子推导出所需的原料但从上世 纪末开始情况有所变化，药物农业化学品以及各种各样功能材料的需求，以及高通量筛选方 法的出现，使得大量新型有机分子的合成成为有机化学家面临的迫切任务.建立分子库，发展 分子多样性成了重要的课题，20世纪90年代出现的组合化学正是这方面的一项重要技术 在多肚分子库的建立上特别成功，但在结构类型大改变的多样性上有很大的局限性。因此，近 年在发展分子多样性方面出现了多种方式和途径，在合成设计上提出了从原料出 发正向合成的概念，目标是实现分子多样性5,461，Sharpless则在2001年提出了点击化学的 名词？1，其基本思想是利用碳杂原子成键反应快速实现分子多样性，在日常的合成中，近年 的许多合成也都将实现系列目标分子的合成和分子多样性的概念贯彻其中，S: 化合物，为系统生物测试提供了宝贵的样品（图17）】， 我们在拒食剂苟蒿素及其类似物的研究课题中也融入了分子库和分子多样性的思 想9~21，一方面合成各种不饱和取代基的和不同类型B环的类似物，建立苘嵩素类似物的分 子库（图18）911：另一方面则又从简蒿素类似物的多重反应中心出发，按照正向合成概念实 22
图 14 双重 Μιχηαελ反应 图 15 串联 Αλδολ2烯丙基化反应 图 16 序贯炔2烯偶合和 Πρινσ型环化反应 3 .3 分子库和分子多样性 us 世纪 zs 年代后 o有机合成重视的是有机合成反应的选择性和合成设计的科学性 o是目 标分子导向性的合成 o合成设计思想是反向思维 o是从目标分子推导出所需的原料 ∀但从上世 纪末开始情况有所变化 o药物 !农业化学品以及各种各样功能材料的需求 o以及高通量筛选方 法的出现 o使得大量新型有机分子的合成成为有机化学家面临的迫切任务 ∀建立分子库 o发展 分子多样性成了重要的课题 ∀us 世纪 |s 年代出现的组合化学正是这方面的一项重要技术 o 在多肽分子库的建立上特别成功 o但在结构类型大改变的多样性上有很大的局限性 ∀因此 o近 年在发展分子多样性方面出现了多种方式和途径 ∀ ≥¦«µ¨¬¥¨µ在合成设计上提出了从原料出 发正向合成的概念 o目标是实现分子多样性≈wx owy ∀ ≥«¤µ³¯¨¶¶则在 usst 年提出了点击化学的 名词≈wz o其基本思想是利用碳杂原子成键反应快速实现分子多样性 ∀在日常的合成中 o近年 的许多合成也都将实现系列目标分子的合成和分子多样性的概念贯彻其中 ∀ ≥±¤³³¨µ从一个 原料出发 o采用金属复分解等一系列反应 o发散式地合成了 tx2ƒu异前列腺素所有可能的 { 个 化合物 o为系统生物测试提供了宝贵的样品k图 tzl≈w{ ∀ 我们在拒食剂茼蒿素及其类似物的研究课题中也融入了分子库和分子多样性的思 想≈w| ∗ xu o一方面合成各种不饱和取代基的和不同类型 环的类似物 o建立茼蒿素类似物的分 子库k图 t{l≈w| ∗ xt ~另一方面则又从茼蒿素类似物的多重反应中心出发 o按照正向合成概念实 uu