有机材料的合成:Itâ Â技术与应用

描述

有机合成是化学合成的一个分支，涉及有机化合物的刻意构造，因为有机分子往往比无机化合物更复杂，它们的合成已经发展成为有机化学最重要的分支之一。在广泛的有机合成领域中，有三个主要的研究领域:全合成、半合成和方法论。从简单的、市售的石化或天然前体对复杂有机分子进行完整的化学合成称为全合成。全合成可以通过两种方式完成:线性或收敛。线性合成通常适用于简单的结构，它包括一个接一个地进行几个步骤，直到分子完成;在每一步中形成的化合物称为合成中间体。合成中的每一步通常指的是一个单独的反应，发生修饰起始化合物。对于更复杂的分子，一种聚合合成方法，包括单独制备几个“片段”(关键中间体)，然后将它们组合形成可能更可取的产品。与线性合成相比，收敛合成的产率更高。

罗伯特·伯恩斯·伍德沃德被认为是现代有机合成之父，他在1965年因几种全合成(例如1954年合成的士的宁)而获得诺贝尔化学奖。合成的每一步都涉及一个化学反应，每个反应的试剂和条件必须设计成在尽可能少的步骤的情况下产生足够的纯产物产量。一种制造早期合成中间体的方法可能已经在文献中存在，并且这种方法通常会被使用，而不是试图“重新发明轮子”。另一方面，大多数中间体是以前从未制造过的化合物，它们通常是使用方法学研究人员开发的一般方法创建的。为了有用，这些方法必须产生高产量，并在广泛的基材范围内保持一致。实际应用的其他障碍包括工业安全和纯度标准。

方法论研究通常包括三个主要阶段;发现，优化，范围和限制研究。这一发现需要对适当试剂的化学反应性有透彻的了解和经验。优化是在广泛的条件下，如温度、溶剂、反应时间等，对反应中的一种或两种起始化合物进行测试，直到发现产品收率和纯度的最佳条件的过程。最后，研究人员试图将该方法应用于各种不同的起始材料，以确定其范围和局限性。如上所述，有时使用全合成来展示新方法并演示它们在实际应用程序中的实用性。这些应用涉及主要行业，特别是聚合物(和塑料)。

在大多数复杂的天然产物中，手性分子的生物活性随对映体的不同而不同。历史上，全合成寻求外消旋混合物，或两种可能的对映体的混合物，然后可以通过手性拆分分离。化学家在20世纪下半叶开始发展立体选择性催化和动力学分解的方法，使反应只产生一种对映体，而不是外消旋混合物。早期的例子包括立体选择性氢化(如William Knowles和Ryji Noyori所报道的)和官能团修饰，如Barry Sharpless的不对称环氧化;由于这些特殊的成就，他们于2001年被授予诺贝尔化学奖。在此之前，只有天然的起始材料才能用于这种反应，这给化学家们提供了更广泛的对映异构纯分子来研究。由于罗伯特·b·伍德沃德(Robert B. Woodward)开创的技术和合成方法的新发展，化学家们更有能力将简单分子转化为更复杂的分子，而不会产生不必要的外消旋，从而使最终的目标分子能够合成为纯对映体。立体选择性合成是这种技术的名称。

Elias James Corey于1990年获得诺贝尔化学奖，因为他开发了一种基于反合成分析的更正式的合成设计方法。在这种方法中，合成是使用标准规则从产品向后规划的。将父结构“分解”为可实现的组成部分的步骤使用反向合成箭头(绘制为，表示“由”组成)以图形方式描述。设计基于一般“半反应”序列的合成的计算机程序是最近才编写出来的，但不太被广泛接受。