文章编号:(1999)兰州大学有机合成化学研究综述黄飞跃,(兰州大学化学化工学院,甘肃兰州730000)简述了有机合成化学在有机化学学科中的地位和作用,通过回溯兰州大学有机合成化学领域科学研究的发展过程,展示了我校有机合成化学发展的主要成就,并以若干代表性的研究成果,揭示了兰州大学有机合成化学的研究水平及其在学术界的地位和影响,反映了40多年来兰州大学几代有机合成化学家积极追求科学真理的精神风貌。同时提出了我校今后一个时期里有机合成化学领域科学研究的发展方向。关键词:有机化学;有机合成;天然产物;生物活性;立体化学;手性中图分类号:62113文献标识码:有机合成化学是有机化学中研究范围很广的一个分支,是有机化学乃至整个化学学科中极富创造性的研究领域之一。长期以来,有机合成化学家利用天然资源或简单有机分子,通过一系列的化学反应合成了具有特殊性能或复杂结构的有机化合物。历有机合成化学在促进染料、药物、香料、合成纤维等大批工业的崛起中产生了巨大的影响,并成为向现代社会提供医药、农药、染料及各种有机材料的基本源泉。与日俱增的社会需求促使了有机合成化学的迅速发展,有机合成新试剂、新反应、新技术的不断涌现,推动了有机化学的发展,而有机化学的发展反过来又促进了有机合成化学的发展。

可以毫不夸张地说,有机合成化学是有机化学的中是有机化学中一个理论意义和应用价值的研究领域。有机合成化学已有上百年的历史。兰州大学有机合成化学的系统研究起步较晚,从50年代中期对非天然有机化合物的合成到70年代以后对生物活性天然产物的半合成、全合成,几代科学家经过数十年的不懈努力,先后完成有机合成化学研究课题50余项,在国内外重要学术刊物上发表研究论文500余篇,主要成果已接近或达到国际同期同类工作的水平,11次获得国级科技进步奖。卤杂环化合物的研究卤杂环化合物是一类结构新颖的有机化合物。早年合成环状碘钅翁盐采用重氮化法,该方法的缺点是原料较难制备,且仅局限于五员环状碘钅翁盐的合成。1956年黄文魁在国内开展碘杂环化合物的研究,合成环状碘钅翁盐的新方法——硫酸亚碘酰法,并用这种方法相继合成了20余种新的环状碘钅翁盐。这种合成环状碘钅翁盐的新方法具有原料易得、操作简便、产率高的特点。收稿日期:。作者简介:黄飞跃(19582)1994-。。

年代中期和70年代末期,黄文魁及其所的课题组先后研究了多种环状碘钅翁盐卤化物的热分解反应,不仅提供了一种合成22卤22′2碘代芳香族化合物的新方法,而且可以利用热解产物中含有的22位碘原子,用氧化关环法合成新的含卤环状碘钅翁盐。经过20多年的科学研碘杂环化合物研究小组陆续合成了46种含有不同取代基的五、六、七员碘杂环化合物,占同期国际上合成碘杂环化合物总数的一半。有关成果1966年曾被班克斯为“多价碘有机化合物”的综述中引用。通过进一步的研究,他们发现了碘杂环化合物的下列特性:有些环状碘钅翁盐在碱性条件下呈现鲜艳的颜色,提出了二苯并环状碘钅翁盐遇碱发生颜色反应的必要条件。在一定的反应条件下,环状碘钅翁盐分子中的碘钅翁官能团可不被破坏,从而提出了一条由较易制备的环状碘钅翁盐通过官能团转换制备较难合成的环状碘钅翁盐的新路线。某些3,62二烷氨基二苯并环状碘钅翁盐能与四氰基对醌二甲烷2A复合62二烷氨基二苯并环状碘钅翁盐具有降血压、抗心律失常和防辐射性能,并初步揭示了其构效关系。80年代中期,陈淑英、侯自杰等开展了碘杂环稀土配合物的研究,先后合成了近百种新的缔合盐型碘杂环稀土配合物,表征了其化学结构,同时对典型化合物进行了2射线晶体结构分析及生物活性测试,发现配合物的生物活性普遍高于其合成前体。

这方面的研究将碘杂环化合物从纯粹的有机化学研究领域推进到生物无机化学的新领域,不仅丰富了结构无机化学理而且对改进药物性能具有重要的参考价值。1990年以来,侯自杰的研究小组又将研究目标转向了溴杂环,取得了突破性的进展。迄今已完成了10余种新的溴杂环化合物的合成,并深入、系统地研究了溴杂环化合物与亲核试剂的反应,获得了一批在合成方法学上颇有价值的新发现。上述主要成果分获1978年全国科学大会奖、1990年甘肃省科技进步二等奖。三尖杉酯类生物碱的合成三尖杉属植物中含有多种生物碱。研究结果表明,其中三尖杉酯碱都具有抗癌活性。由于三尖杉属植物生长缓慢、资源有限,结构新颖的化合物1～5在天然植物中含量甚微,无法满足进一步研究的需要,所以探索其人工合成的途径就成为国内外有关科学家研究的一个重要课题。三尖杉酯类生物碱为酯类结构,按一般概念,只要将合成一定构型的边链酸与三尖杉碱经酯化即可获得预期产物。但70年代初至少有两个实验室试图用直接酯化的方法合成3,均未成1973年黄文魁首先提出采用分步接枝法将雷福尔马茨基eform反应用于三尖杉酯类生物碱的合成,并于同年9月报告了条合成3的路线。随后,黄文魁及其合作者进一步改进反应条件,使关键步骤的产率提高到60%～70%。

与国外比较,3的合成在时间、路线、产率、工作深入程度等方面均居地位。3的合成成功,为其它4种三尖杉酯类生物碱的合成提供了两条重要经验:可以把雷福尔马茨基反应作为合成这类生物碱的关键步骤。这两条经验后来在国内外合成设计中得到应用和推广。继3之后,该课题组又陆续实现了其它4种三尖杉酯类生物碱的合成,其中除了1是提供第三条路线外,其余均为首先或合成成功。此外,他们还先后合成了近20种异三尖杉酯碱类似物,并结合药理实验,研究其构效关发现了一些化合物具有引人注目的抑瘤活性。中国三尖杉酯类生物碱的合成研究居国际地位,兰州大学的研究小组为此作出了突出贡献。因此,先后获得1978年全国科学大会奖、1982年国家自然科学三等奖和1988年国家教委科技进步二等奖。固氮酶活性中心化学模拟物的合成70年代,固氮酶活性中心化学模拟物的研究受到了国际上许多科学家的重视。关于固氮酶活性中心的结构问题,中国化学家曾先后提出“福州模型”和“厦门模型”,以后发展成为“综合模型”。它们有若干相同的基本观点,下一步的工作是通过化学合成加以验证。可是具有这种结构的模型物,缺少类似的合成先例可资借鉴,因此合成研究是高度探索性的,需要新颖的想象力和大胆的尝试,这也是对化学家合成本领的严峻考验。

1978年,受全国生物固氮协作组主持人卢嘉锡教授的委托,黄文魁及其助手开始进行固氮酶活性中心化学模拟物的试探合成。经过一年的努力,获得了三种结晶产物。植物研究所固氮酶研究室和中国农 业原子能利用研究所的活性试验表明: 结晶 不仅能在硼氢化物存在下将乙炔还原成乙烯,而且与缺铁钼辅基的固氮菌突变种 UW 245粗提 物组合后, 能在生化条件下将乙炔还原成乙烯。 同位素示踪实验定性表明, 在上述两种条件下, 结晶 能将氮215气体转化成氮215的合成氨。结晶 可能是国内外已有化学模拟生物固氮研究中个具有上述活性的合成产物, 其精确结构经 2射线衍射测定证明属于新颖的二元金属笼包状化合物。 这一成果引起了国际同行的重视, 1979年获得科技成果一等奖和 福建省科技成果一等奖。 生物标志化合物的合成地质体中古生物的某些化学成分在长期埋藏条件下, 经过一系列的物理、化学变化 生物标志化合物已广泛应用于油源对比、原油成熟度的判断、研究沉积环境、古生态特征等领域。 但从油页岩及原油中分离出来的都是饱和烃类的复杂混合物, 利用一般的 化学、物理方法很难获得其中的单一化合物。

因此合成标样对比已成为鉴定生物标志化合物结 构既快速又准确的方法, 受到分子有机地球化学家的普遍重视。 我国关于生物标志化合物的合 成研究起步较晚。 1986年李裕林的课题组在国内开展这一领域的科学研究, 取得了丰 硕成果。 完成了甾烷类、42甲基甾烷类、开裂甾烷类、羽扇烷类及桉烷类5个系列共20余种生物标志化合物的合成和鉴定工作。 其中 (20S) 2甾烷类、开裂甾烷类、Χ2羽扇烷类及桉烷类的合成 为; 甾烷及42甲基甾烷类的全合成方法较国外有很大的改进。 系统、深入地研究了一些关键反应的反应机理和立体化学,发现: 1994- Journal House。 All rights 。 蒙脱土能有效地催化立体位阻很大的甾烷,从而成为合成重排甾烷类生物标志化合 物的有效方法; 某些甾体臭氧化物的立体专一性热分解重排反应;高效、高立体选择性的脱肟新方法。 该研究成果在一定程度上丰富了甾体和萜类化学的内容, 为提高我国有机地球化学的研 究水平作出了贡献, 1993年获得甘肃省科技进步三等奖。

大环二萜类天然产物的全合成 近30年来, 人们相继从动植物和海洋生物体中分离出一大类结构新颖、复杂、含十四员碳 环骨架的多官能团二萜天然产物, 即大环二萜类化合物。 生物活性实验表明, 该类化合物多具 有抗肿瘤、抑菌等生物活性。 1975年以来, 国外十几个研究小组陆续开展此类化合物的合成研 先后完成了20余种目标分子的全合成,并建立了多种环化方法。 但多数合成存在步骤多、所 用试剂昂贵、操作不便等缺点。 1987年李裕林课题组在先开展了大环二萜类天然产 物的全合成研究, 把具有生物活性的目标分子的全合成及有关方法学的研究作为工作重点, 短短的几年内就完成了20余种天然产物的全合成和合成方法学的重大改进,深入系统地研究 了合成过程中的关键反应。 主要成果包括: rene2C 2Isosa rcop l2A等的全合成。 改进了具有抗肿瘤活性的Sa rcop rene2A 砌块甲基异丙基酮及其衍生物的选择性碳-碳键形成反应、低价钛诱导的分 子内羰基偶合反应、酮与 在探索这类天然产物的不对称合成中取得了可喜的成果。本项目的研究引起了学术界的关注, 第四、第五届全国有机合成会议和第三届国际华人有 机化学研讨会分别特邀李裕林作大会报告; 1994年在《有机化学自然 科学学科发展战略调研报告》中将 rene2C 的全合成作为近几年国内全合成复杂天然产 物的例子加以引证。

该成果1995年获得国家教委科技进步二等奖。 黄酮类及二环倍半萜类天然产物的合成 黄酮类及二环倍半萜类化合物是两类具有复杂化学结构和显著生物活性的天然产物, 全合成及构效关系的研究,已成为近年来国际上的研究热点之一, 尤其是结构独特的双黄酮类 天然产物和具有很强生物活性的二环倍半萜类天然产物的研究引起了科学家的极大兴趣。 重点开展了合成方法的研究。他们首先选择具有典型结构特征的分子作为合成目标, 选用 简单、易得的起始原料, 创造性地运用一些关键反应, 从合成方法学上进行系统、深入的研究, 为许多化合物的合成建立了简便、有效的方法。 主要成果包括: 完成了40多种黄酮类和10余种二环倍半萜类天然产物的全合成,其中近20种黄酮类和 8种二环倍半萜类天然产物属合成。 通过生物活性测试, 筛选出一个昆虫拒食活性能与目 前好的拒食剂印楝相媲美的化合物。 从合成结构独特的双黄酮类化合物的关键碳-碳键形成的研究中, 发现了一种简便、 有效的3, 研究了二环倍半萜类化合物的某些关键的官能团转化方法和重排反应,发现了一些具 有重要学术意义的有效方法和立体选择性反应; 并且在探索结构复杂的二环倍半萜类天然产 物的不对称全合成中取得了一批重要成果。

本项目的研究不仅对有关技术、合成方法学的发展产生了积极的影响, 而且在医药和植物 性有机农药的研究、开发及新型环境友好农药的创制等方面具有广阔的应用前景。 为此, 林应邀在第五届世界华人有机化学研讨会上作大会报告。该研究成果1996年获得甘肃省科技 进步二等奖。 四环二萜 三环二萜类天然产物的合成 萜类化合物往往是生物体中的有效成分。 1984年以来, 以潘鑫复为首的研究小组选择具有 生物活性的四环二萜、三环二萜类天然产物为研究对象, 开展化学合成、结构改造以及合成方 法学的科学研究, 创造了一批具有学术意义和应用前景的新成果。 711 赤霉素的合成 赤霉素 rellin 是一类产自霉菌Geb rella fu jik 其具有多种调节植物生长的生理活性,多年来一直是化学家、植物生理学家、药物化学家的研 究热点。 1984年潘鑫复等开始进行赤霉素类化合物的合成研究, 首先完成了赤霉素 GA 23 的立体选择性合成;并实现了一种自旋标记赤霉素衍生物和两类 14种)新的赤霉素衍生 物的合成。与此同时, 改进和发展了赤霉素 GA 环内酯开环法以及 KH 氧化条件等。这方面的工作国内赤霉素化学研究的空 潘鑫复曾两次应邀在国内外学术会议的大会专题报告中介绍了本课题研究的重要成果。

712 美丽红豆杉素 的全合成研究结果表明: 紫杉烷类二萜及其相应的生物碱具有明显的抗癌活性。 从生源关系考虑, 但是由于该类化合物在自然界含量甚微,无法满足进一步研究的需要。 90年代初期, 开展了此类化合物的合成研究,先后通过两条不同的路线完成了美丽红豆杉 合成。其研究结果不仅进一步确证了目标分子的化学结构, 而且创立了合成此类化合物的新方 713多氧芳香型三环二萜类天然产物的合成 多氧芳香型三环 二萜大多具有较强的生物活性,广泛存在于自然界, 尤其是一些 民间药用植物中。 随着天然产物化学研究的不断深入, 新的具有生物活性的多氧芳香型三环二 萜类化合物不断涌现, 引起了合成化学家的极大兴趣。 1993 年以来潘鑫复等通过对 ygma2 co 62Deh yd ro 22Α272d ih yd ro taxodo 二萜类天然产物的全合成研究,发展了一条合成多氧芳香型三环二萜类化合物的新 1994- Journal House。 All rights 。 路线。 该合成路线具有原料易得、步骤简捷、产率较高等特点, 已被成功地应用于多种此类化合 物的合成。

木脂素类化合物的合成 木脂素是自然界分布较广的一类具有特定结构的天然产物, 并以其显著的抗肿瘤、对血小 板因子拮抗等广泛的生物活性, 倍受有关科学家的重视; 同时由于此类化合物在自然界中含量 极其有限, 探索简捷、经济的化学合成方法便成为弥补天然产物不足的有效途径。 1995年以来, 潘鑫复的研究小组陆续实现了具有良好镇痛和降血清转氨酶 (SGP 的五味子甲素(de2 schizan acrop tanoid eolign s、具有良好抗肝炎的黄酮木脂素 等10余种木脂素类化合物的全合成,并在该类化合物的合 成策略、路线设计、方法学等方面取得了创造性的成果, 先后建立了3条适用于不同骨架的简捷 有效、条件温和、原料来源丰富的合成路线。 这方面的研究对于药物筛选和开发具有较高的学 术价值和潜在的应用前景。 藁本内酯及其类似物的合成藁本内酯及其类似物广泛存在于伞型科、菊科等植物中, 因其大多具有很强的生理活性, 长期以来一直受到人们的关注。 自从1960年藁本内酯的化学结构被确定后, 许多合成化学家都 试图对其进行人工合成, 但因合成中间体很不稳定, 一直未获成功。 1988年, 李绍白和他的合作 者对藁本内酯及其类似物的合成进行了系统的研究, 取得了重要进展, 先后合成了藁本内酯及 其类似物14个, 其中8个化合物的合成为。

主要成果包括: 通过四步反应,首先完成了藁本内酯的合成。 该化合物的合成路线简捷、成本低廉、纯 以三条不同的路线实现了32丁烯基苯酞的合成。其中一条路线仅有两步反应, 较国内 外已知的合成路线简单, 1998 年获国家发明。 利用锂-氨还原, 合成了化学性质很不稳定的 2芹菜乙素,为此类化合物的合 成提供了一种新方法。 合成了蛇床酞内酯及其它一些有意义的化合物。该成果1998年获得甘肃省科技进步三等奖。 兰州大学有机合成化学的科学研究涉及面相当广泛, 本文综述的仅仅是其中有代表性的 几个方面, 难免挂一漏万。 但是有一点是可以肯定的, 那就是兰州大学几代科学家经过40多年 的艰苦奋斗, 已经创造了一批具有较高学术水平的研究成果, 并使兰州大学有机合成化学研究 进入了一个新的发展时期。 今天, 结构复杂的高活性天然产物的合成依然是国际上的研究热 并以惊人的速度在发展,人们已经能够在较短的时间内合成结构非常复杂、特殊、张力很大 的化合物, 有机合成化学研究已经步入了一个崭新的阶段。 相对于当今世界有机合成化学研究 的水平而言, 兰州大学还存在较大的差距。 要缩小这种差距, 就必须根据自身的优势和特 结合已有的工作基础和条件,积极开展国际间的学术交流和合作, 不断追踪研究热点。

后的一个时期里,兰州大学将继续以防病治病和促进植物生长发育为主线, 开展生物体内高活 性、低含量化学成分及其类似物的化学合成和构效关系研究, 希望有所创新, 在发展有机化学 理论、丰富有机化学内容的同时, 促进医药学、生物学等相关学科的发展。 致谢: 潘鑫复、侯自杰、李绍白、李卫东诸教授为本文提供了有关素材和宝贵意见, 谨致谢 tudie tero cyc lic com po und ingio 123～129。 iodo iumsa lt Scien 黄文魁。碘杂环化合物的研究 II。 62二2[二甲氨基 1957,23 438～446。 化学学 化学学报,1989, 47 328～332。 1996,26 1979,(12) 1171～1180。 脱氧三尖杉酯碱的合成及其立体异构体的分离鉴定 化学学报,1985, 43 161～167。 1983,41 648～653。 科学通报,1982, 27 (12) 160～163。 兰州大学学报 ieping, Yulin。 synth lavone emSo emCom 1988:1549～ 1550。 10 11 2Cem 686～689; Sc ience ina,1992, 35 257～261。

Yulin iangjun, ingYach eng。 synth 2Sarcop rahed ro 1993,34 (17) 2799～2800。 13 Yulin idong, tudie acro cyc lic iterp eno id irst synth 2Isosa rcop tal2A emSo 1993:2953～ 2956。 idong, Yulin。 acile synth 2Muk 2Cem low2va len itanium Ke cycliza emist ry 744。1994, 74115 iong Zh aom ing, Yang iong, Yulin。 effic ien icro udesm ane synth 2122Hyd ro xy2Α2C yp rone, 2122Oxo 2Α2C yp rone 232Oxo eude sm a24211 (13) 2D ien 2122O ic ac id rahed ro ry,1996, 2607～2612。 iong, Yulin。 irst syn th three iterp eno id rahed ro ry,1996, 2851～2861。

16 1994- Journal House。 All rights 。 17 iong Zh aom ing, Zho Gang,Yang iong, effic ien stereo co rolled syn th 2102ep i25Β 112dih yd ro xy2eude sm ane ry,1998, 1525～1530。 Β, 112d ih yd ro xyeude sm ane rahed ro 有机化学,1990, (10) 97～105。 uechao infu,Zh ang synth Synth icCom , 25 (21) 3413～3419。 unica uechao irst syn th salv icano rahed ro 1996,52 (32) 10659～10666。 exped synth 213,142d ih yd ro rop l28,11, 132Po do ca rp 212,132d ih yd ro rop l28,11, 132po do ca rp Synth Comm un, 1993, 23 (22) 3249～3254。

irst synth 2pygaeo rahed ro 2021 22 1994,35 423～424。 23 Zhao Yu ru ineco up ling 42dik Synth Comm un, 1997, 27 331～336。 吴安心, 2Deo xy sch iａnd 科学通报,1997, 42 617～619。 Shao ba angZh iw iaoping, conven ien appro ach fo synth 232buty li2 denp lidede Synth Comm un, 1997, 27 (10) 1783～1791。 24 25 Chem ica Resea rch rganic Syn zhouUn iver iqia (College emist ry emica nginee icle iefly de sc state impo role rganic syn th rganic ch em ica resea rch en ield en strep re2 sen ta lishmen statu rganic syn th icre sea rch aca2dem ic ircle reref lec ted, enth siast ic effo severa synth icch em ist resen ted。 ile,th fu2tu re chem ica resea rch rganic syn th repo Keyword rganic ch em ist ry; rganic syn th tura rodu iolo ivity; ste reo ch em ist ry; ch ira lity