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以綠色化學(xué)的原理審視和發(fā)展有機(jī)合成方法學(xué)

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  1.原子經(jīng)濟(jì)性

  1991年,著名化學(xué)家B.M.Trost提出以“原于經(jīng)濟(jì)性”的觀念來評估化學(xué)反應(yīng)的效率,也就是,要考察有多少反應(yīng)物分子進(jìn)入到最后的產(chǎn)物分子。理想的“原子經(jīng)濟(jì)性”反應(yīng),應(yīng)該是有100%的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中, 而沒有副產(chǎn)物生成。顯然, “原子經(jīng)濟(jì)性”的觀念是綠色化學(xué)的基本原理之一。傳統(tǒng)的有機(jī)合成化學(xué)比較重視反應(yīng)產(chǎn)物的收率,而較多地忽略了副產(chǎn)物或廢棄物的生成。例如,Wittig成烯反應(yīng)是一個應(yīng)用非常廣泛的有機(jī)反應(yīng),但從綠色化學(xué)的角度來看,它生成了較多的副產(chǎn)物,“原子經(jīng)濟(jì)性”很差。在B.M.Trost提出“原予經(jīng)濟(jì)性”觀念的初始并沒有被學(xué)術(shù)界和工業(yè)界所接受和重視。但是,經(jīng)過多年的實(shí)踐,許多化學(xué)家,包括一些企業(yè)界的人士都認(rèn)識到“原子經(jīng)濟(jì)性”原則的重要性。B.M.Trost教授也因此獲得了1998年美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎學(xué)術(shù)獎。

  當(dāng)然,目前真正屬于高“原子經(jīng)濟(jì)性”的有機(jī)合成反應(yīng),特別是適于工業(yè)化生產(chǎn)的高“原子經(jīng)濟(jì)性”的有機(jī)合成反應(yīng)還不多見。實(shí)現(xiàn)“原子經(jīng)濟(jì)性”的目標(biāo)是一個長的過程??茖W(xué)工作者應(yīng)該自覺地用“原子經(jīng)濟(jì)性”的原則去審視已有的有機(jī)合成反應(yīng),井努力開發(fā)符合“原子經(jīng)濟(jì)性”原則的新反應(yīng)。

  2.發(fā)展高選擇性、高效的催化劑

  綠色化學(xué)所追求的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高選擇性、高效的化學(xué)反應(yīng),極少的副產(chǎn)物,實(shí)現(xiàn)“零排放”,繼而達(dá)到高“原子經(jīng)濟(jì)性”的反應(yīng)。顯然,相對化學(xué)當(dāng)量的反應(yīng),高選擇性、高效的催化反應(yīng)更符合綠色化學(xué)的基本要求。

  催化的不對稱合成反應(yīng)

  獲得單一手性分子的方法中,外消旋體的拆分是一個重要的途徑。但是,理想的產(chǎn)率也只能達(dá)到50%;另一半異構(gòu)體只能廢棄,而可能對環(huán)境造成污染。從綠色化學(xué)的角度看,原子經(jīng)濟(jì)性是很差的。因此,對于合成單一的手性分子,催化的不對稱合成反應(yīng)應(yīng)該是首選的,也是最重要的。催化的不對稱反應(yīng)是有機(jī)合成化學(xué)研究的熱點(diǎn)和前沿,也是有關(guān)手性藥物研究的主要興趣之一。2001年的諾貝爾化學(xué)獎授予了Knowles,Noyori和Sharpless三位化學(xué)家,以表彰他們在催化不對稱反應(yīng)的研究方面所取得的卓越成就,也說明開展催化不對稱反應(yīng)研究的重要意義。在催化不對稱反應(yīng)的研究日益發(fā)展的時候,應(yīng)重視以下兩個方面。

  1)應(yīng)重視新觀念、新技術(shù)、新方法和新型手性催化劑的研究和應(yīng)用

  例如,外消旋體的動力學(xué)拆分是合成光學(xué)活性化合物的有效手段,但是理想的產(chǎn)串也只能達(dá)到50%,而另一半異構(gòu)體只能作為副產(chǎn)品廢棄掉,造成低的原子經(jīng)濟(jì)性.近年來,報道了動態(tài)動力學(xué)拆分的方法”,即在反應(yīng)體系中加入另一種催化劑,可以催化異構(gòu)化反應(yīng),這樣,單一光學(xué)活性化合物的產(chǎn)率就可以達(dá)到80%~90%,化學(xué)合成的原子經(jīng)濟(jì)性有了很大的提高。其他還比如,不對稱活化(毒化)、不對稱放大、去對稱化反應(yīng)等新的觀念、方法和技術(shù)都是需要深入研究和發(fā)展的.至于新型手性催化劑的研制,更需要重視具有我國特色的新型手性配體和相應(yīng)的手性催化劑的研究和開發(fā)。

  2)注重總結(jié)規(guī)律,加強(qiáng)理論的研究和指導(dǎo)作用

  目前,有關(guān)的研究主要還是通過經(jīng)驗(yàn)的積累和反復(fù)的實(shí)驗(yàn)來篩選和發(fā)現(xiàn)優(yōu)良的手性配體、手性催化劑,以及新型的不對稱反應(yīng),因此,其發(fā)展的方向應(yīng)該是更多地注重總結(jié)規(guī)律,加強(qiáng)理論的研究和指導(dǎo)作用。

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