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有机化学的“炼丹”之苦

已有 2045 次阅读 2019-8-24 13:04 |系统分类:科研笔记

    我记得大学上《有机化学》第一节课在讲到有机反应的特点时,有一点叫“有机反应是比较慢”的,我在想这个慢是什么意思?当时没概念。

    从研究生到工作后,一直没有离开有机合成化学这个中心,做过不少有机反应,也有过公斤级和中试放大的经验,现在终于体会到“慢”的含义了,也更领悟到有机反应的“苦”。不记得有多少次加班加点,深更半夜才离开实验室,脑子里面还在计划着下一步该做什么。也不记得有多少次垂头丧气:十步的反应在第九步卡住了,文献上产率99%的反应我怎么做下来一点没产物呢?过了两遍柱子好像纯度还不是很好哎,今天都周四了,这周好像没做成一个反应……凡此种种,我想做过有机反应的人应该深有体会。

    一是时间长。一个有机反应,能在2小时内完成的是极少的,比如脱个保护基这种,其它的4小时也算快的,能在6小时内完成,也相当好了,这样可以当天完成,接下来做后处理。而很多反应需要12小时,24小时,隔夜反应是常有的事,这样1个反应至少要2天才有结果。

    二是副产物多。官能团不止一个,互相是并存和竞争的,产物也会可能会继续反应,这样反应体系里面就有很多个化合物了,你的目标产物能大于50%就可以算得上是主产物,该反应就是成功的了。所以目前反应方法学很多研究的是选择性问题。

    三是分离提纯困难。有机物性质相近,同一个反应的副产物可能连分子量都一样的,怎么剔除?这里就得请上我们法宝---柱子上场了,所有的有机化学实验室离不开这个法宝,过柱子也是有机化学家们的看家本领,如何快速高效地柱层析是合成速率的决速步。

    四是多步骤合成。现在很多的分子结构越来越复杂,软海绵素B的合成达62步。含有32个手性中心,拥有多达40亿个的异构体——但只有一个具有抗癌活性。[1]

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   五是结构鉴定不易。现代的分析技术已经有了核磁共振、高分辨质谱仪等等,但是对于结构复杂、手性中心多的分子还是要异常小心,学术界不乏结构鉴定错误的例子。 

   有问过做无机、材料等专业人的实验情况,其反应过程要简单的多,后处理和提纯的环节可能都直接略过。单这点来说,有机合成实验的确是比较“慢”和“苦”的。 

   中世纪的炼丹师们为了心目中的“仙丹”,估计也是在炉子前坐了九九八十一天。有机化学家们孜孜不倦,合成着新的未来。

 

参考资料:

1.       史上最长的两条有机合成路线 https://www.x-mol.com/news/723




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