Question

什么是有机合成化学？

Answer 1

从1853 年贝特罗首次用甘油和脂肪酸合成了天然脂肪（硬脂）的类似物开始，到现在有机合成化学的历史已经有150多年，其发展在当代达到了空前的水平。每约20年，就有新的进展把这一领域推到一个新的水平。在1940 年左右，有机化学的合成活动大多还是按照20世纪初流行方式进行，其主要差别只是研究者的人数大大增加了，合成方法的样式多了，仪器设备得到了改进。解决合成问题主要是以经验为依据，并且目标十分有限，想要进行大步骤合成的人极为罕见。由于需要熟悉大量的特殊化合物和特殊反应，有机化学家们倾向于从事糖化学、生物碱、染料、萜烯、蛋白质、脂肪、甾族化合物或某一类似领域的研究，而极少对整个化学领域感兴趣。

自 1940 年以后，理论原则开始被用来规划合成问题，仪器被用来控制反应历程中的各步反应，这已使合成有机化学的状况发生了巨大变化。有关天然产物的化学在推动这一变化方面起了极为重要的作用。生物化学家们对维生素和酶发生了兴趣，药物工业对抗生素、激素和萝芙藤生物碱等一些天然物质发生了兴趣，这些都刺激了对具有多个反应中心的复杂分子的合成的研究。

有机合成化学的发展，经历了以下几个时期：

早期

像武兹反应、威廉逊反应、帕金反应、罗森反应、霍夫曼反应、斯克劳普反应、弗瑞兰德反应、雅各布森反应、诺尔反应、米切尔反应那样，一些完全确立的“人名”反应继续被广泛地使用着的同时，人们不断提出扩大它们的应用的改进方法。由于新反应的发现使得过去的目的更易于达到，使得新的合成能着手进行，格林亚试剂是1899年被提出的，但直到20世纪它才得到了充分重视。格林亚本人将这个反应扩大到各种化合物的制备方面，而无机化学家们也利用了这个反应。

因为格林亚试剂易与含有可取代的氢或活泼氢的物质反应，比如水、醇、氨、HCl，所以它在分析上被用来测定这种可取代的氢。这一应用是首先由圣彼得堡的 L.丘加也夫（1872—1922年）提出的，后来他的学生采列维季诺夫进一步发展了它。

20世纪初采用的其他反应有布沃尔特的醛合成、布沙尔的酸变胺的反应、乌尔曼的用铜将芳香卤化物转变成烃的反应以及乌尔曼的将简单环连接成更复杂的稠合环的缩合反应。所有这些反应都可用于芳香族化合物，而这些反应反映了人们在20世纪头十年里对染料化学的密切注意。同一时期出现的布沃尔特—勃兰克还原提供了一种将酸转变成相应的醇的方法。这一还原反应是钠和乙醇在该酸的酯存在下发生的还原反应。克莱门生反应则通过使用在酸中的锌汞齐将羰基转变成亚甲基。达金反应使用了碱液中的过氧化氢，从而将芳香醛转变成了酚。

第一次世界大战期间，除了罗森蒙德还原反应外，合成化学领域没有出现什么新活动。在这一还原反应中，酰基是通过将氢引入一个含钯催化剂的溶液里而转变成醛基的。将有机酸链长缩短一个单位的巴比埃—维兰德降解反应是1913年由巴比埃提出，并在1926 年由维兰德加以改进。另一个意义重大的反应是 1928 年，由O.迪尔斯（1876—1934年）和 K.奥尔德（1902—1958年）在基尔发现的。他们观察到，丁烯与马来酸酐剧烈反应，可以定量地得到一种六元环化合物顺-△4-四氢化酞酸酐。

在较早的时候，梅尔魏因是梅尔魏因—庞道尔夫—维尔利还原反应的独立发现者之一，该反应是在烷醇铝存在条件下将羰基化合物还原成醇的反应。这种氧化反应最适合将仲醇转变成酮，尽管它多少也被用在伯醇的氧化上。

催化加氢对合成工作及对解释理论问题都是一门有用的技术。20世纪初，萨巴蒂埃和森德伦斯最早发展了它，不久它就被工业生产上所采用。直到第一次世界大战结束前，需要提供适当高压的要求推迟了氢化技术在有机研究中的广泛应用。到20世纪30年代，它才被应用于许多重要工作。

氢化反应所用的适宜催化剂的发展也很缓慢。帕尔在20世纪初提出了一种制备铂催化剂的方法。其他细粹金属，特别是镍，也被利用上了。不过制备催化剂的方法却没有标准化，故而其结果使人失望。1927 年 M.拉尼获得专利的一种镍-铝合金被广泛用来制备镍催化剂，其中铝是用氢氧化钠将其溶解后分离出去的。伊利诺斯的亚当斯及其同事将金属氧化物还原，以用作催化剂。威斯康星的 H.阿德金斯（1892—1949年）及其同事最先将亚铬酸铜研制成一种有效的催化剂。

中期

有机合成的现代时期开始于20世纪40年代。尽管之前的十年已经完成了某些困难的合成，比如，R.R.威廉斯和 J.K.克莱因完成的硫胺合成；P.卡勒尔和 R.库恩各自独立完成的核黄素合成；S.A.哈里斯和 K.福克斯以及库恩独立完成的吡哆醇合成；T.赖希斯坦和库恩各自独立完成的抗坏血酸合成；三个实验室——卡勒尔实验室、A.托德实验室和L.I.史密斯实验室完成的α-生育酚合成；E.A.多伊西实验室和 L.菲塞尔实验室完成的止血维生素 K 合成；W.巴赫曼、J.W.科尔和 A.L.维尔兹完成的马萘雌酮合成；福克斯及库恩和 H.维兰德完成的泛酸合成，但这些合成与下面的全合成相比，就有些失色了。

这些全合成有R.B.伍德沃德和 W.E.多林成功进行的奎宁的全合成，L.H.萨雷特的可的松合成，伍德沃德的棒曲霉素和马钱子碱合成，M.盖茨和 D.金斯贝格的吗啡合成，福克斯、A.格雷斯纳尔和苏巴罗夫在默克实验室进行的维生素 H 合成，C.W.沃勒的叶酸合成，伍德沃德和 R.鲁宾逊独立完成的胆固醇和维生素 合成，H.英霍芬和卡勒尔的β?胡萝卜素合成，O.艾斯勒的维生素 A 合成，F.桑格的胰岛素合成，以及伍德沃德和马丁·斯特雷尔的叶绿素α合成。

这些合成的显著特点就是它们能在这些化合物的结构确立后不久就迅速完成。这些合成显示了新的观点在有机化学领域所具有的力量。因为在做实验以前，常常要对各步反应进行理论上的设计。这些合成成就反映了20世纪中叶科学的特点——大大依赖于思想观点的交流。狭隘研究专业的时代已经让位于综合研究问题的时代。

一项既在有机研究中，也在工业生产上具有价值的特别重要的合成发展就是对微生物的利用。霉菌和其他生物体被广泛地用来生产抗生素。微生物产生了抗生素，但是关于其中间过程人们却不太了解。然而，微生物已被用于进行一系列合成操作平菇绿霉菌中的某一步反应。它们特别适合于这种应用，因为它们可以进行立体有择反应，若以纯化学合成来反应，则会产生异构体的混合物。维生素C、1?麻黄碱、吡哆醛、吡哆胺、某些蒽醌和某些青霉素已可用适当的微生物来合成了，这种方法在甾族化合物领域中也已被采用了。

近期

具有高水平的有机合成研究小组的数目，和他们所取得的重大发现成果，以及该领域对年轻有为科学家的吸引力，远远超过了20世纪60年代。化学合成方法学包括一些新的合成过程、重大合成战略和有较高选择性的试剂、催化剂。亲和层析和多功能液相色谱等对有机物质分离和纯化方法的改进，这将大大加速有机合成研究，从而可能解决许多更复杂的问题。

物理仪器（X 线晶体衍射、核磁共振、质谱）和计算机等在精确测定结构中的应用，大大加快了新的人工合成的生物活性分子的发现和鉴定，促进了我们对生物活性分子功能的认识。这表明计算机已成为有机合成化学家的重要工具。计算机将不仅仅用于计算，还将用于多种问题的解决和相互教授。用计算机辅助模型对合成进行分析，将成为化学的常规工具。