1.2　有机合成的目的和设计

1.2.1　有机合成的目的

有机合成是利用化学方法将简单的无机物或简单的有机物制备成较复杂的有机物的过程。早期的有机合成，主要是在实验室内仿造自然界中已存在的化学物质。同时，在分子结构上也达到了验证的作用。现在，人们已可以依据物质分子的结构与性质的关系规律，为适应国计民生的需要而合成自然界中并不存在的新物质。今后的发展趋势，不是盲目地研究合成新的化合物，而是设计和合成预期有优越性能的或具有重大意义的化合物。

因此，有机合成已经成为当代化学研究的主流之一。利用有机合成可以制造天然化合物，可以确切地确定天然化合物的结构，可以辅助生物学的研究以解开自然界的奥秘。利用有机合成更可以制造非天然的，但预期会有特殊性能的新化合物。事实上，有机合成就是应用基本且易得的原料与试剂，加上人类的智慧与技术来创造更复杂、更奇特的化合物。可以这样说：“有机合成是‘无中生有’” 。正如1965年诺贝尔化学奖获得者、有机合成大师的Woodward教授所说：“在有机合成中充满着兴奋、冒险、挑战和艺术” 。再进一步看，逻辑性的归纳和演绎在有机合成中，特别是在路线设计中，显得非常重要，甚至可以运用计算机程序来辅助合成路线的设计。

基本有机合成工业的任务是：从廉价易得的天然资源，如煤、石油、天然气或农副产品等，初步加工成一级有机产品，如甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、苯、萘等，再进一步加工成二级有机产品，如乙醇、乙酸、丙酮等。这些一、二级产品的生产称为“重有机合成工业” ，它的特点是：产品量大，质量要求稍低，加工相对粗糙，生产操作简单。

精细有机合成工业的任务是：以基本有机合成工业中得到的一、二级有机产品为原料，合成一些结构比较复杂，质量要求很高（即较精细）的化合物。其制备过程的操作条件要求严格，步骤较多，一次生产的量比较少但品种比较多。精细有机合成主要用在合成药物、农药、染料、香料等。这种合成的首要任务常常是合成路线的设计。

这两类有机合成工业对于国计民生都是缺一不可的。没有精细有机合成工业就没有满足人民生活需要的丰富多彩的有机产品；没有基本有机合成工业，精细有机合成工业也就没有根基。

1.2.2　有机合成路线设计

著名的有机合成化学家Still曾指出：一个复杂有机分子的有效合成路线的设计是有机化学中最困难的问题之一。路线设计是合成工作的第一步，也是最重要的一步。路线设计不同于数学运算，它没有固定的答案。但任何一条合成路线，只要能合成出所要的化合物，应该说都是合理的。当然，在合理的路线之间，却是有差别的。

要具有高的路线设计的能力，首先要有技术方面的能力，如对各类、各种有机反应的熟悉与掌握，对同一目的、不同有机合成反应在实用上的比较与把握，对各个步骤操作条件的实际掌握，对产品纯化和检测的能力等。但这还不够，还要有逻辑思维的能力，以致对各步有机反应的选择与先后排列能达到运用自如。要做好一个复杂化合物的合成，需要组织好众多的有机反应，以形成一个综合的，高效的合成能力。这种“战术” ，在合成化学中就叫“策略” 。例如，颠茄酮的合成有两条不同的路线，具体如下。

① 1915年诺贝尔奖获得者Willstatter，于1896年推出了一条颠茄酮合成路线，此路线前后经历了21步之多：

这一路线总的收率只有0.75%。尽管路线中每一步的收率均较高，但由于步骤太多，使总收率大大降低。

② 21年后的1917年，Robinson设计出了另一条颠茄酮合成路线，既合理，又简捷，仅用了3步，总收率达90%：

由此可见，一个好的思维路线，能设计出一条好的合成路线。