有机合成步骤范文

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篇1

中图分类号：TV文献标识码： A

1 工程概况

立洲水电站坝址区位于四川省凉山彝族自治州木里藏族自治县境内博科乡下游立洲岩子至八科索桥2.4km的河段，电站采用混合式开发。拦河大坝为碾压混凝土抛物线双曲拱坝，坝顶高程2092.00m，坝体基本呈对称布置，泄洪系统由2个溢流表孔和1个中孔组成，引水系统布置于右岸，采用一洞三机联合供水方式，由进水口、隧洞段、调压井、压力钢管段及钢岔管段等建筑物组成。

根据立洲水电站大坝及进水口工程的施工总体布置，混凝土拌和及制冷生产系统布置在木里河右岸立洲大桥上游，位于立洲电站人工砂石加工系统外侧的河滩回填场地，距离坝址1.5Km，主要承担大坝、引水工程、部分洞室混凝土等工程的混凝土生产任务。

本混凝土生产系统设计生产总量约44.5万m3，其中碾压混凝土约31.2万m3，常态混凝土约为13.3万m3。根据施工总进度计划和工程实际施工要求安排，混凝土生产系统需满足高峰月浇筑强度为47430m3/月，碾压混凝土高峰月强度为40228m3/月，常态混凝土强度为7202m3/月的设计要求，设计生产能力为：常态混凝土260m3/h；12℃低温碾压混凝土生产能力为140 m3/h。为此，选用一座HL240-2S3000L型双卧轴强制式拌和楼和一座HZS90型拌和站，采用2×3双卧轴强制式拌和楼和HZS90强制式拌和站拌制常态混凝土和低温混凝土，要求夏季混凝土出机口温度控制在12℃以内，生产能力为140 m3/h。

2拌和及制冷系统方案比较

该系统由水电七局独立设计、施工和运行，设计时对混凝土拌和及制冷系统做了两个方案，并进行分析比较：

（1）方案一：传统性设计的生产工艺

根据混凝土生产系统布置特点及结合现场实际情况，方案一：使用胶带机（B1、B2）将砂石骨料运至系统内的骨料堆存场，然后通过料场地弄胶带机（B3）经胶带机（B8）和地弄胶带机（B4）经胶带机（B5）进入90站称量料仓，再经胶带机（B6、B7）分别向HL240-2S3000L拌和楼和HZS90拌和站供料，制冷车间布置于HZS90站称量料仓外侧，冰楼布置于HL240-2S3000L拌和楼内侧，片冰通过气力输送装置输送至拌和楼，冷风、冷水通过管路分别向各使用点供应，砼运输进场道路从系统场地中部通过，其它配套设施、结构根据场地状况相应建设，具体布置详见下图一。

图一

工艺特点如下：

优点：（1）混凝土生产所用粗细骨料不受砂石生产系统和系统内设备故障影响，能保证混凝土的正常生产和浇筑；（2）制冷量利用率可达90%以上。

缺点：（1）部分设备、设施布置于场地边缘，而该区域又为回填场地，因此安全性差；（2）系统设施、结构布置分散；（3）土建工程量大；（4）砼运输道路与分料卸料场地部分存在交叉，影响彼此工作和施工安全。本工程由于场地限制和地质状况，系统布置较为困难，如果采用此方案，其建设成本和运行成本都将增大。

（2）方案二：技改性设计的生产工艺

在保证系统结构设施符合生产要求条件下，我部对骨料储存结构、HL240-2S3000L拌和楼储料、称量及生产控制程序、制冷系统结构布置等进行了调整和优化。其结构为：使用胶带机（B1、B2）将砂石骨料运至骨料仓，然后通过骨料仓廊道胶带机（B3）经胶带机（B6）和廊道胶带机（B4）经胶带机（B5）分别向HL240-2S3000L拌和楼和HZS90拌和站供料，制冷车间布置于骨料仓正下游，冰楼布置于制冷车间外侧、骨料仓下游，片冰通过胶带机输送至骨料仓廊道口的小冰仓内，冷风、冷水通过管路分别向各使用点供应，砼运输进场道路从骨料仓上游侧通过，其它配套设施、结构根据场地状况相应建设，具体布置详见下图二。

图二

其生产工艺的优、缺点如下：

优点：（1）系统设施、结构集中布置于场地中央，且靠近里侧，安全性好；（2）系统布置紧凑，规模精简，且建筑特之间无交叉；（3）系统结构简单、运行维护方便；（4）制冷车间布置于骨料仓旁，风冷部分制冷量利用率较方案一高；（5）工程造价低，拌和站和拌和楼共用一个料仓，料仓除承担风冷作用外，还兼顾拌和站、拌和楼料仓，减化了HL240-2S3000L拌和楼进料层和储料层结构安装，胶带机长度也缩短，增加了小冰仓和胶带机保温结构，与采用传统工艺结构施工相比，工程造价降低约30%，同时也降低了后期系统的运行成本。

缺点：（1）骨料仓容量有限，骨料仓的料位在生产过程中随时变化，对骨料的预冷效果存在一定影响；（2）片冰部分制冷量利用率偏低。

经过以上经济技术比较后，拟采用方案二。

3实施方案的技术特点

（1）在工程实施中，由于该施工场地是沿木里河右岸边坡河滩回填而成，回填渣料又多为三、四类岩体，为保证重负荷类（储料仓、粉料储存罐等）和动载类（拌和楼等）设备设施的安全性使用，我部对混凝土拌和及制冷系统平面布置进行了较大的优化调整，即将骨料储存结构、制冷车间、冰楼、粉料储存罐、外加剂房、拌和楼（站）、地磅房沿1#施工道路侧布置，配电室、压缩空气站沿砼运输进出场道路里侧布置，进出场道路靠河侧布置，并按要求保证道路与边坡的安全距离；同时在进行拌和楼、粉料储存罐、骨料储存仓基础施工前，对其基础用岩石渣料换填，并用振动碾压实，再进行基础土建施工。（2）将传统工艺中的骨料暂存场与HL240-2S3000L拌和楼、HZS90拌和站的储料仓合三为一，并与制冷要求相结合，改建为一个集冷却和暂存功能的长方形钢筋混凝土料仓（长×宽×高：21m×6.3m×12.5m），总容积为1200m3；（3）将HL240-2S3000L拌和楼骨料称量装置分离，与HZS90拌和站骨料称量装置同安装于料仓廊道内，并对HL240-2S3000L拌和楼生产控制程序进行修改，即调整其骨料称量程序，加大其骨料称量提前量；（4）将制冷系统建安于骨料仓旁，片冰改气力输送为胶带机输送，运至骨料仓廊道口安装的小冰仓内，其称量装置安装于小冰仓下、B3（B4）胶带机上，并给廊道胶带机延出骨料仓廊道口段和HL240-2S3000L拌和楼、HZS90拌和站上楼胶带机安装保温结构。

4结 语

从2011年11月底建成投产以来，木里河立洲大坝及进水口土建工程混凝土拌和及制冷系统单班碾压混凝土生产最高为1800m3，小时生产能力为160m3，因此其平面布置通过以上优化调整，不仅减少了系统设施结构的施工工程量，加快了施工进度，而且保证了生产能力，满足了大坝等工程的混凝土浇筑施工。但也存在一些问题：如骨料仓总容积偏小，对系统内设备保证率要求高等。工艺改造可为今后受地形地质限制的类似拌和系统做参考。

篇2

在有机合成化学发展过程中，我们可清楚地看到人类的社会生产和生活的需求，以及有机化学理论发展的要求，都不断地推动着有机合成的发展。人类为了战胜疾病，保护农业生产，丰富人们生活的各个方面，就要药物、农药、染料、香料以及具有各种各样性能的新材料的合成生产。同时又为了有机化学、生物化学理论等学科的研究发展，也不断提出许多新奇分子的合成问题。二十世纪以来，许多天然有机物的发现，元素有机化合物的制备成功和变化多样的有机合成反应和技术的出现与完善，使有机合成化学已发展到系统逻辑的推理的阶段，而不是一味地类比于无机合成化学。现代有机合成，无论采用由原料定合成路线，或者以有机合成反应定有机合成方案以及应用逆合成分析等合成策略，有机合成路线设计已成为有机合成中的重要环节。有机合成艺术之美也正集中表现在有机合成路线设计中。人类的实践活动，无论是社会实践活动或是科学研究，都是按照美学规律进行的。在有机合成设计中，也遵守诸方面的美学原则，比如创新性原则，简洁美原则，和谐美原则，对称美原则以及科学美原则。在我们的实际工作中，无论是否注意到上述美学原则，但这是客观存在的，不容否认的。

一、有机合成设计中创新性认识的实现

伟大的发明家爱迪生说："凡是新的不平常的东西都能在想象中引起一种乐趣，因为这种东西使心灵感到愉快的惊奇，满足他的好奇心，使他得到原来不曾有过的一种观念。"有机合成研究出发点之一就是寻找新的有机合成反应、合成试剂、合成方法和技术，以及在实验室内合成出自然界不存在的新化合物。在有机路线的合成设计过程中，前人宝贵的成功经验，是我们学习借鉴的源泉，他们的精巧构思和设计技巧给我们以心灵的启迪。学习、消化和适当模仿前人的经验，用之于我们的合成设计中是不无脾益的。可使我们少走弯路，甚至还可以从中觅得一条实现理想合成设计的捷径。但是一味地墨守成规，则可能在设计中铸成大错。具有代表性的例子是1856年十九岁的美国化学家W・H・Perkin从奎宁的实验式出发，按照无机化学中的氧化反应模式企图合成奎宁。当时确定的奎宁实验式为C20H21N2O2（正确的奎宁实验式为C20H24N2O2）。Perkin注意到从煤焦油得到一种化合物C10H18N（2-丙烯基-对甲苯胺），于是他设计了奎宁的合成路线：2C10H18N+30C20H21N2O2+H2O.时至今日，我们当然清楚，2一丙烯基一对甲苯胺与奎宁是结构完全不同的两种物质。不可能从前者通过氧化反应再到后者。但是Perkin还是认真地作了实验，虽然他没有得到奎宁，但他却得到了一种紫色结晶物质，这也是人类的第一个合成染料，从此开创了煤焦油的化学工业。

从上面例子中，我们可以看出，科学研究即需要认真的科学态度，也需要积极的进取精神。有创造，才有进步。我们若既能吸取前人的经验教训，在实际工作中又能充分发挥个人的聪明才智和创造才能，也许会发现新的有机合成天地。一个复杂结构的有机化合物合成与设计要经过许多已知的方法和步骤，经过大量的工作完成目标分子的合成。从有机合成角度来说，是有实际意义，但从有机合成方法上看，这项工作则显得平谈无奇。因此我们衡量一个合成与设计巧与拙，美与不美的一个重要标准是：在整个合成设计工作中是否创造性地应用了一些反应，创造性地解决了前人尚未解决的问题。

二、简洁美原则

在有机合成设计中，要遵守的一个重要原则，就是有机合成方案的简洁性。在实验室里实现一个复杂有机化合物的合成，往往要经过许多步骤的反应。若是合成方案繁杂，合成路线冗长，必然要增加原料或试剂的数量，延长合成周期，给我们的合成研究工作带来不必要的操作过程。简洁而实用的合成设计，不仅可使实验室的合成工作省时省料，最后还可获得较高收率的目际化合物。1902年Wi11statte设计了下列托品的合成路线，应用20余步合成反应在实验室中实现了托品的全合成。当时在没有出现Mannich反应之前。Willstatte的工作可算有机合成史上一个辉煌成就。但是从他的合成方法上看，20余步的合成反应却是令人生畏的。而在1917年Robinson创造性地应用Mannich反应，他认为在生物体内不可能存在如此复杂的托品合成法。在认真分析托品骨架结构分基础上，利用一步合成反应中同时进行两个Mannich反应，巧妙地构思了托品合成方法，从此托品合成方法就大大简化了。Robinson的托品合成方法是有机合成中最简单的、最精妙的，使人感叹不已。简化倾向是人知觉本身固有的倾向。在人类的活动中，无论是身体活动、生理话动、还是思维活动和实践活动，都是从繁到简、从粗到精，最终达到完美程度的过程。

三、对称美原则

对称性和潜在的对称性是一些有机化合物分子固有的特性。在有机合成设计中注重寻找目标分子的对称性具有重要的实际意义。若恰当的利用这一分子特性，往往可使合成工作大大简化，并且使合成设计路线具有收敛性。在Robinson托品合成法中，Robinson就是依据生源学说，利用托品分子骨架具有面对称性质，巧妙地将托品骨架分切成相同的两部分：他又认为这两部分可同时由Mannich反应来实现合成，因为在托品分子中只有一个氮原子，他认为两个Mannich反应必须发生在同一个有机胺上，如此首先选定了甲胺为托品合成的第一个原料。托品分子本身为环状结构，那么Mannich反应中的两个醛基处在同一分子内，带活泼性氢的亚甲基也在同一分子内，那么在一步反应中可发生对称的两个Mannich反应，随之而构成托品骨架（图1）。

在许多有机合成设计中，复杂的有机化合物分子结构不存在对称性。若在目标分子结构剖析中巧妙地利用对称美原则，也可使众多的合成步骤终途归一，大大简化合成方案。地衣酸具有两个苯并呋喃结构（图2）。

我们从地衣酸的结构可以看出，它不存在对称性，事实上我们知道有这样一种情况，环己酮和环己烯醇是两个共振结构式（图3）。

而地衣酸的分子结构以呋喃环中间划线切断，可得到类似前面情况的一对共振异构体：

B化合物和c化合物是共振结构式，而c则和A是相同的化合物，这样复杂的地衣酸则是由相同的两个化合物拼合而成，所以地衣酸的合成设计则极为简单。

四、和谐美原则

完成一个目标分子的合成设计，设计者所拥有的素材：原料、试剂、合成反应、合成方法以及实验条件都是零碎的、无序的。合成设计工作本身就要求对这些素材进行分析、加工、筛选和提炼，全面考虑各素材的特性，化学性质和它们相互之间的关系，使它们得到优化组合。这样既可以充分发挥它们的作用与功能，又可避免设计中各个合成之间的相互影响，避免有机合成副反应的发生。例如在实际的合成设计过程中，由原料通过有机合成反应构筑目标分子的碳胳是利用原料分子的官能团的化学反应，这是一方面的问题。而目标分子结构中官能团的建立又是另一方面的问题。很显然若能将上面合成设计中的两种需要结合起来，统筹考虑，使构筑目标分子时所需要的原料化合物分子的官能团既能满足合成反应中的需要，最终也可成为目标分子结构上的官能团，那么这将是最经济的，也是非常协调的，可大大减少实际的合成工作的范围。这就是合成设计中所特别遵守的和谐美原则。

五、科学美原则

合成设计所遵守的科学美原则要求，任何巧妙完美的有机合成设计，都必须依照有机化学理论的客观要求，并在现实科学技术条件下能在实验室里得以实现。合成设计不同于绘画者的艺术构思，对素材的提炼加工构思和布局的安排，虽然也符合一定的客观现实，但是其中都融合了绘画者个人的精神意识和超现实的艺术加工处理。而有机合成设计则是紧紧围绕目标分子，有机合成反应和方法，有机合成实验等方面，运用设计者高度的创造思维和才能，将有机合成设计中的素材和谐地完美地并且要符合有机化学理论地组合在一起，完成理想的有机合成设计的工作。综上所述，有机合成设计，作为一种高级的创造性思维，也离不开 美的本体，遵循美的规律，它是设计者有机化学知识和审美鉴赏力不断相互交融的统一过程。作为一个有机合成化学家，既具有高度的科学创造才能，又具审美的鉴赏能力，将会如虎添翼。对科学高峰的探索和对美的追求，可以获得全身心的解放和至美的乐趣。因此作者认为在自然科学研究领域中，也不要无视美的存在和作用，而以高度的审美鉴赏融会于我们的科学研究中，以创造出至善至真的科学成就，为人类的文明进步献身奉心。最后作者引用马克思的名言结束本文：社会的进步就是人类对美的追求的结晶。

参考文献：

[1]C.Schor lemmer，The Rise and Development of Organic Chemistry.Macmillan &Co.Ed.，1984：15

[2] 吴世晖.有机合成（M）.北京：高等教育出版社，1986.125-126

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DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.236

0 前言

通过有机反应使简单易得的原料，生成具有特定结构和功能的有机化合物的过程就被称之为有机合成，而狭义农药作为农业生产中为保证、促进农作物成长，所使用的杀虫、杀菌、杀灭农业相关一切有害生物的药物，属精细化工产品，将有机合成应用于农药生产中具有重要的作用。

1 取代反应

亲核取代反应和亲电取代反应是取代反应的主要分支，取代反应在农药中得到广泛的应用，例如由海湾公司研发的化学式为O-α-氰基亚苯基氨基-O，O-二乙基硫代磷酸酯的辛硫磷，其物理特性表现为黄色溶液，密度为每毫升1.176克，熔点在5至6摄氏度之间，化学特性为虽不溶于水但易溶于丙酮、芳烃等化合物，具有毒性，雄大鼠经口急性毒性LD502170mg/kg，对人、畜低毒，其杀虫谱广，击倒力强，以触杀和胃毒作用最为明显，防治鳞翅目幼虫效果较好，但由于其在光作用下不稳定，易分解，常用于地下治虫，当其作用于昆虫体内时会代谢成甲拌磷，对家蝇chE产生强烈的抑制作用，而作用于哺乳动物会水解为二乙氧基磷酸，在高选择毒性的作用下叶蝉、蚜虫、地老虎等农业虫害可以得到有效控制，合成流程中第二个步骤即亲核取代反应;而日本三公公司生产的哒菌酮，其纯品物理特性为白色结晶状固体，熔点在250.5至253.5摄氏度之间，在22至25摄氏度之间，其在每升水中可溶解0.74克，在甲醇中可溶解2克，在丙酮中可溶解3.4克，雄大鼠经口急性毒性LD5012000mg/kg，其主要通过对隔膜和菌丝的抑制作用，实现杀菌，所以农作物中的水稻、花生等在合理施用的情况下可以达到杀菌目的，其合成过程中第三个环节即亲电取代反应[1]。

2 加成反应

由亲核加成、亲电加成和加成消去三种反应构成的加成反应，在农药中间体合成的成环和新型杂环农药合成中得到广泛的应用，例如日本曹达公司生产的甲基硫菌灵，其物理特性表现为无色结晶状固体，熔点在172摄氏度，在22至25摄氏度之间，不溶于水，在每千克甲醇中可溶解29.2毫克，在丙酮中可溶解58.1毫克，除此之外，在环已酮、乙酸乙酯、氯仿等有机溶液中也可有一定溶解，雄、雌大鼠经口急性毒性LD5010000mg/kg，当其作用于植物体时，会迅速转化为多菌灵，使纺锤体形成受到严重阻碍，细胞分裂受限，所以对于稻瘟病、纹枯病、赤霉病、白粉病等常见农作物病害有明显的防治效果，其合成流程中第二个步骤即亲核加成反应;下文中的呋喃丹合成流程中的第三步骤即亲电加成反应;而日本农药公司和拜耳公司共同研发的戊菌隆，其纯品的物理特性为无色无味的结晶状固体，其熔点在128至132摄氏度之间，常温中每升水可溶解0.3毫克，在有机溶剂中可溶解，例如甲苯中每升可溶解20毫克，大、小鼠经皮急性毒性LD505000mg/L，其在防治水稻纹枯病、蔬菜花卉立枯死菌病等方面具有重要作用，在其合成过程中的第一步骤即出现了加成消去反应，加成后消去的为水分子[2]。

3 重排反应

重排反应中丙烯基乙烯基醚或丙烯基苯基醚的热迁移反应重排在农药中应用较为广泛，例如FMC公司生产的呋喃丹，其纯品物理性质表现为白色晶体，熔点在153至154摄氏度之间，每千克水中可溶解250至700毫克，在有机溶液中极易溶解，如丙酮等，雄、雌大鼠经口急性毒性LD5014mg/kg，大兔经皮急性毒性LD5010000mg/kg，其主要也通过触杀和胃毒发挥作用，主要防治刺吸和咀嚼口器的农业害虫，而对于昆虫可降低其乙烯胆碱酯酶的形成，对于棉花、玉米、马铃薯等农作物有明显的效果，其合成流程第二个步骤即重排反应。

4 氧化反应

氧化反应在农药中的应用虽不广泛，但作用非常明显，例如杜邦和拜耳公司联合研发的福美双，其纯品的物理特性为无色结晶固体，熔点在155至156摄氏度之间，在常温下每升水可溶解18毫升左右，在有机溶液中也有一定的溶解现象，大鼠经口急性毒性LD502600mg/kg，小鼠经口急性毒性LD502000mg/kg，其杀菌作用发挥的同时具有一定的保护作用，在土壤、种子处理的过程中得到广泛的应用，例如对大麦、玉米、水稻等农作物土壤及种子保护过程中应用可以有效的防治其出现炭疽病、立枯病等，其合成流程第二个步骤即氧化反应[3]。

5 偶联反应

自由基反应中的偶联反应在农药中并不常应用，以ICI公司研发的百草枯为例，纯品百草枯的物理性质表现为无色结晶固体，熔点为340摄氏度，常温中每升水可溶解620毫克，在有机溶剂中溶解难度较大，雄、雌大鼠经口急性毒性LD50911mg/kg，豚鼠经口急性毒性LD5058mg/kg，其主要通过触杀实现除草的作用，但值得注意的是由于百草枯在与土壤接触后其杀草活性将严重缩减，所以在茶、油菜等作物播前用于除草的效果较明显，如果在行间除草中应用，可治理对象应为玉米、大豆等土表上层作物，其合成流程第二个步骤即偶联反应。

6 结论

通过上述农药中有机合成反应的具体应用的介绍，可以发现有机合成在农药中得到广泛的应用，结合其物化特征确定具体的应用范围，可有效的控制农业病虫害，促进农业的持续发展，而农药的应用效果取决于科学使用，而并不是追逐量上的积累，否则其毒性将威胁人类的健康，由此可见有机合成应用于农药中可促进农药效果的提升，但不能盲目忽视客观规律。

参考文献：

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一、有机合成常用解题方法

1.正向合成分析法

此法是一种正向思维方法，其特点是从已知原料入手，先找出合成最终产物所需的下一步产物（中间产物），并同样找出它的下一步产物，如此继续，直至到达最终产品为止。

2.逆向合成分析法

其特点是从产物出发，由后向前推，先找出产物的前一步原料（中间产物），并同样找出它的前一步原料，如此继续直至到达简单的初始原料为止

3.正向、逆向合成分析法结合运用

先用“顺推法”缩小范围和得到一个大致结构，再用“倒推法”来确定细微结构。一般正向合成分析法主，逆向合成分析法为辅。

二、有机合成的常见题型

1.一个官能团“变”两个

参考答案：

2.“移动”官能团

3.基团的保护

例3.写出由物质A

【分析】 物质A在氢氧化钠的溶液下先取代，生成醇，醇氧化成醛，醛在催化剂下继续氧化成羧酸，但A物质中有碳碳双键，也容易被氧化，在氧化羟基之前，一定先与HCl的加成反应再氧化羟基。

参考答案：

4.官能团引入的顺序

例4.据《中国制药》报道，化合物C是用于合成抗“非典”药品（盐酸炎痛）的中间体，其合成路线为：

已知：

【分析】 由D物质看出氨基和羧基是邻位，所以甲苯先硝化，再氧化甲基，然后还原硝基。若甲苯先还原硝基，再氧化甲基，那么氨基也被氧化了。因此合成过程中一定要注意官能团引入的顺序和相互转化时的氧化和还原。

参考答案：

5.碳链的增长

【分析】 本题的有机合成题，要采用正向思维和逆向思维相结合的分析方法。由原料合成产物聚对苯二甲酸对苯二甲酯，由产物不难推出对苯二甲酸和对苯二甲醇缩聚反应制得。原料先水解对苯二甲醛，然后对苯二甲醛分别还原和氧化得到对苯二甲醇和对苯二甲酸即可。

参考答案：

三、有机合成遵循的原则

第一，起始原料要廉价、易得、低毒、低污染――通常采用4个C以下的单官能团化合物和单取代苯。

第二，尽量选择步骤最少的合成路线――以保证较高的产率。

第三，满足“绿色化学”的要求。

第四，操作简单、条件温和、能耗低、易实现。

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二、有机合成教学现状

我国大学教育不断发展，各高等院校化学系专业划分得更细，培养人才的综合素质更高。高等院校的有机合成课程是化学、生物、药学等专业的专业必修课之一，是最能体现绿色化学思想的一门课程。1998年中国科技大学首先把绿色化学单独作为一门课程[1]，现在开设绿色化学课程的高校越来越多，但是作为绿色化学课程最重要组成部分的绿色有机合成化学的教学发展缓慢。目前大多高等院校使用的教材没有根本性的改革，依然使用在传统教材基础上改版的教材，缺少绿色化学的思想。现行各种教材反映的内容只是从有机合成的合理性、简便性方面考虑，并没有注意反应的原料、催化剂、溶剂和最终产品是否无毒无害，反应过程中的废弃物是否尽可能少等绿色化学原则。Anastas等[2]提出12条关于绿色化学的原则，用来评价实验过程、生产过程、最终产物是否绿色，其中最基本的原则就是原子经济性原则；采用无公害的原料；无公害的反应条件；终产物环境友好。绿色化的有机合成化学教学正是我国教育发展最需要的教学，在教学中贯穿绿色化学的思想，让每个学生都有绿色化学与可持续发展的概念。绿色化学新技术在教学中的应用，能培养适合我国发展现状的绿色化学工作者，并为以后我国的可持续发展输送高素质的人才。

三、有机合成绿色化教学的策略

（一）贯穿原子经济性原则

在有机合成课程课堂教学过程中，会讲到许多基本有机反应，这时就应该培养学生绿色化学的思想，首先要在基本的合成反应中体现原子经济性原则。原子经济性就是反应分子中的原子全部进入最终产品，没有任何副产物[3]。原子经济性与有机合成反应产率不同，产率是目标反应产物的生成量和原料中某一组分加入量的比值。当原料和产物由几个组分组成时，某一产品的产率再高，它仍存在其它副产品，没有达到废物“零排放”的要求。例如，Wittig反应产率较高，一般可达80%以上，但Wittig试剂的较少部分被利用到产物中，其余都成为副产物。所以，Wittig反应的原子利用率低，原子经济性很差。可见，应使用产率和原子经济性两个概念作为评估标准，才能实现更“绿色化”，更有效的化学合成反应。

有机反应中最常见的主要包括4类：重排反应，取代反应、消除反应和加成反应等，重排反应和加成反应基本属于原子经济反应，而有些反应，如取代反应和消除反应的原子经济性则不一定高，另外，成键周环反应，如Diels-Alder反应，[2+2]、[3+2]环加成反应属于原子经济性的，而氧化-还原反应类型很多，不能用“原子经济性”来衡量，只是化学氧化还原反应一般有毒，而电氧化-还原反应对环境更友好。除了对这些学过的反应进行归纳总结外，还可向同学们介绍一些绿色新反应，如：Ene反应（双烯合成）类似Diels-Alder反应，反应通式为：

X=Y=C=C，C=O，C=S，N=O，N=N等。

金属复分解反应（RCM 反应）是一种过渡金属催化反应，反应通式为：

R=芳香基、烷基、芳香杂环；

R1=H，COOR，烷基

X=O，NCOOR，NTs，NSO2PH

DO（DEt）2，SO2PH，SO3PH，SOPH

EWG=吸电子基，如-COR，-CHO，-CN，-COOR

以上的各反应都是绿色化学的基本反应，在讲课的过程中就应该贯穿绿色化学的基本思想，让学生在对比中明白绿色化学的概念，让学生在今后的工作学习中都有绿色化学的概念，在合成某些产品时尽量用原子经济性来衡量整个反应过程。

（二）原料与产物无公害

1.尽量用无毒无害的原料

绿色化学基本原则中包括原料无公害，在设计有机合成实验时就应该寻找安全有效的反应原料，进而得到功效卓著而无毒无害的产品。例如：合成聚氨酯时，传统的方法一般要采用光气作为原料，而光气是可致命的剧毒气体。新的绿色化学合成方法则完全不使用光气，不仅消除了剧毒原料光气的使用，并且反应产生的副产物是水，对环境无污染，同时解决了两方面的问题，整个聚氨酯合成的实验更加接近绿色化学。

如：亚氨基二乙酸二钠的合成也可以改变原料，避免使用甲醛、氢氰酸紫等剧毒原料。

NH3+2HCHO+2HCN NCCH2NHCH2CN

由以上反应方程式可以看出，传统方法合成亚氨基二乙酸二钠的步骤要繁琐，要用到HCHO、HCN剧毒物质，还要用到NH3，并且产物不能转化完全，对环境的污染较大。新的合成方法简单，只需要在铜催化剂的条件下就能直接合成出亚氨基二乙酸二钠，副产物是H2，对环境的污染也较小。在讲课过程中可以将多种有机合成方法进行对比分析，找出最符合绿色化学标准的合成原料与产物，让学生充分的理解绿色化学的基本原则。在学生动手实践的过程中，要应用最绿色的有机合成方法，降低实验室对环境的污染与对学生身体的危害。

2.利用可再生资源为原料

在实验室教学过程中，利用可再生的原料可以减少对环境的污染并符合经济与环境的可持续发展。例如：用氧化法合成己二酸（ADA），传统方法合成已二酸的实验通常用致癌物质苯或苯酚作原料，在原料上就不符合绿色化学的标准，对学生的身体健康有一定的危害。新的合成工艺可以直接用葡萄糖合成出，并且葡萄糖能够通过植物的光合作用直接得到，使原料的成本降低，并且合成的工艺简化对环境污染减少。这种符合绿色化学标准的新合成方法可以应用在有机化学实验教学中。

3.设计更安全的产品

有机合成实验的设计阶段就应该考虑合成出产物是否有毒，尽量通过通过改变和修饰有毒物质的结构，消除其“致毒反应”[4]。例如：联苯胺是很好的染料中间体，但具有极强的致癌作用，可以对其分子结构加以改造，变为二乙基联苯胺，既保持了染料的功能，又消除了致癌性。

在设计具有特定功能的化学产品时，还应考虑它能否降解，要使其降解，也可通过在分子结构中入特殊功能团来促使其降解。通过水解或者光解使大分子结构变成可以生物降解的基团。

（三）研究安全有效的反应条件

在有机合成的基本反应中，除了考虑反应原料及产物的绿色化外，还要注意反应过程中所用的催化剂和溶剂的绿色化。通过催化剂与溶剂的改变，改善整个反应条件，使整个合成反应安全有效。

1.寻找安全有效的催化剂

在常见的有机合成反应中所用的催化剂大多为硫酸、三氯化铝，三氟化石朋等酸性催化剂，这类酸催化反应都是在均相条件下进行，对设备腐蚀作用大，并且容易形成酸雾、废酸液污染环境，危害人体健康。目前解决的方法是使酸催化剂负载化或均相催化剂的多相化。在工业中可以采用的方法是用固体酸如酸性白土、混合氯化物、分子筛等代替液体酸，尽量减少酸雾的形成，并且通过一定的方法对固体酸回收，用该催化剂取代传统的三氯化铝，催化剂用量降为原来的1/10，废弃物氯化氢的排放量减少了3/4，而产率增大到了70%。

2.寻找安全有效的反应介质

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在高考化学考试中有机合成是必考点，在高中阶段学习的化学中对官能团进行的处理常常会对其他官能团产生影响，为了将这种影响消耗，我们在本文中就对高中阶段化学学习中几种较为常见的官能团进行保护和脱保护，保证在进行官能团分析中，不受其他分子的影响或者不对其他分子产生影响。

一、有机化学学习中有机合成官能团保护

有机合成中官能团的保护可以分成两种：①通过反映，将官能团转换成稳定状态，这种方法称之为反应保护。通过加入某种化学试剂将暂时不需要发生反应的官能团转化成稳定的状态，对其进行保护，防止其受到其他分子的影响或者对其他需要反应的分子产生影响，在需要该官能团时，再通过反应将其恢复；②采取合适的有机合成路线，对官能团进行保护，该种方法称为线路保护。对官能团进行保护要满足三个条件：①要容易引入保护分子；②引入的保护分子和官能团的反应要可以承受一定的反应条件；③将保护分子消除时，不能对其他分子产生影响。

在本文中我们对有机合成中几种较为常见的官能团的保护进行重点分析，其中有羟基、氨基、醛基、碳碳双键。

二、对官能团进行的保护

1.对羟基进行保护

羟基是活性基团，很容易被氧化，在一些反应中相应保留羟基，就要先对羟基进行保护，而羟基分为醇羟基和酚羟基。对羟基的保护我们以保护酚羟基为例进行保护方法说明。

例题1：香豆素是一类芳香族化合物，多存在于植物中， 其中大部分物质具有抗菌消炎以及光敏性的作用，这类芳香族化合物的核心结构是芳香内酯A， 分子式为C9H6O2， 经下列步骤反应后，转变为水杨酸和乙二酸。

回答化合物C的结构式，图中由B向C的转化有何目的？

我们对此题进行分析，A中有一个碳碳双键、一个苯环、一个内酯环，根据其产生水杨酸的特性，可以将A判断为酚酯，C，O分别和苯环上邻位上的C原子相连。在KMn4、OH-以及H3O+的条件下，B中的-CH= CH-COOH 转化为- COOH 和HOOC- COOH，进而形成水杨酸和乙二酸，但是在题中的合成路线中并没有按照提示中的线路进行，我们分析知道B中的酚羟基很不稳定，如果不采取一定的措施对其进行保护，在进行-CH= CH-COOH 氧化时，就会被破坏，所以在-CH= CH-COOH 氧化前对酚羟基进行保护，也就是图中的B转化成C的过程，在完成-CH= CH-COOH 转化后，对酚羟基的保护进行解除，使其恢复羟基的状态。

2.对氨基的保护

例题2：已知胺具有以下性质：（1）RNH2 + CH3COCl RNHCOCH3 +HCl；（2）RNHCOCH3 在一定条件下可发生水解反应。RNHCOCH3 + H2ORNH2 + CH3COOH

对硝基苯是化工原料中占有一定的比重，其合成路线为：

其中第一步的目的是什么？

从胺的性质中我们得知：- NH2转变为-NHCOCH3，-NHCOCH3再转变为-NH2，是对-NH2 进行保护，第一步则是对氨基进行保护。

3.对醛基进行保护

醛基在化学官能团中是很容易发生反应的活性官能团，对其进行的保护，主要采用的方式是进行缩醛或者缩酮反应，将其反应活性降低。

在干燥的氯化氢或者浓硫酸的作用下，一分子的醛可以和一分子的醇发生半缩醛反应，然后再和一分子的醇进行反应，形成稳定的缩醛。总反应式为：

缩醛CH3CH（OC2H5）2具有很强的稳定性， 但是在稀酸溶液中则容易发生，水解反应，生成醛：

例题3：柠檬酸是一种常见的酸，在我们吃的水果、喝的饮料中都会存在，而柠檬醛具有柠檬香味，有顺反两种异构体，柠檬醛的结构简式为（CH3）2C=CHCH2CH2 -C（CH3）= CHCHO，我们从柠檬醛分子中的碳碳双键加氢还原得到产物C的例子进行分析，对醛基的保护进行学习， 其有机合成反应路线为：

从该题进行分析，在对柠檬酸中的碳碳双键进行还原的同时，其中的醛基因为有较强的活性，所以也会被还原，所以在将柠檬酸中的碳碳双键还原之前，先对其中的醛基进行保护，以上的缩醛反应就是对醛基进行的保护，在碳碳双键还原后，可以通过水解的方式将醛基还原。

4.对碳碳双键进行保护

在有机合成中对碳碳双键进行的保护通常采用的方法是HX、X2、或者H2O，加成，在完成所需分子、官能团的形成后，再通过消去反应将碳碳双键恢复。

例题4：以1，4-二溴-2-丁烯为原料制备丁烯二酸（马来酸）有机合成反应路线为：

问题：第二步的反应目的是什么？第四步发生的反应类型为？

本题的思路很明显是有卤代烃――醇――（醛）――羧酸的反应线路，这是化学有机合成中最为常规的合成线路。在-CH2OH氧化成 -COOH的过程中，碳碳双键很容易被破坏，所以要对其进行保护，保护碳碳双键的方法就如反应线路先在第二步进行碳碳双键加成反应，在-CH2OH氧化成-COOH后，在第四步将碳碳双键还原，进行消去反应，所以第二步的目的是对碳碳双键进行保护，第四步中的反应类型为消去、中和。

三、小结

从以上有机合成中官能团保护和脱保护方法可以看出，在有机合成中对官能团进行保护和脱保护要在保护官能团的基础上不对其他基团和分子产生影响，官能团保护过程中要可以经受一定的反应条件，在对官能团进行脱保护中，被保护的官能团要很容易还原。

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绿色有机化学的初衷是想从源头上成功抵挡住污染。使人类在生活中，不使用、不生产有害物质，并且在后期也不用再处理产生的废物。真正做到从原料到产品的每一个步骤，每一种物质都是安全无害的。

一、绿色有机过程中的溶剂绿色化

1.超临界流体，这类流体的密度实际上是与液体相似的，但更确切的来说，这是一种拥有传质速率快，本身具备的一些物理性质又对温度等因素带来的影响极为敏感，且粘度和扩散速度又与气体相似的，温度和压力都在临界点以上的这样一种流体。这种流体在有机化学的应用方面能够很好的控制反应过程中活性，调控选择性，成功实现反应与分离能够具有一体化的模式。

2.超临界水作为超临界流体中的代表被广泛应用在反应中，因为超临界水本身具有对一些气体或是有机物的溶解能力，这是一般物质无可取代的。除此之外，超临界水同样具有通过改变一些物理性质来影响反应速率，提高选择性。例如可以通过改变密度、粘度和介电常数，以及调控温度和压力。绿色有机化学中，关于超临界水的反应有水解反应、氧化反应和重排反应。应用到现实中的有旧塑料的油化再降解。

3.离子液体，离子液体主要具有在热的条件下仍然保持较高的稳定性，且不易挥发，通过调节组成它的阴离子和阳离子可以达到调控溶解性的效果，其次，其酸度也可以通过调节成为强酸的特点。而在概念上，离子液体被定义为由阴阳离子构成的，在接近室温的环境中可以保持液态的液体。许多重要的有机化合反应都用到了离子液体这一介质。例如酯化反应、聚合反应、氧化还原反应和烷基化反应。将离子溶液作为反应中的介质，有利于加速反应的速率，使反应始终保持在一个温和的环境中。

4.水溶剂，水溶剂顾名思义就是将水作为有机反应中的溶剂。因为其本身具有的疏水效应对有机转化的整个过程是十分有利的。例如在经醛缩合反应、Michael加成反应、Diels-Alder反应和Mannish反应中，水溶剂就可以提高反应的速度和整体的选择性。另一方面，水本身作为一种安全无害且环保的物质，逐渐的成为绿色有机化学研究中的热点。水在化学反应的过程中，不仅作为一种溶液参与其中，它也会影响反应的进程。经过长期的研究和探索，我们发现水在某些极强的多元反应中具有加速反应的效果，并且具有易于分离的特点。

5.氯两相体系，这种体系是由两种溶剂构成的，它们分别是普通有机溶剂和全氟溶剂。通常的情况下，如果温度较低，全氟溶剂与其他的普通有机溶剂就很难相溶，在这种情况下就会形成氟相和有机相的两相体系。而此时如果外界的环境温度上升，全氟溶剂则可以很好的与普通溶剂相溶，我们将这种溶解度随着温度急剧上升的情况称为形成单一相。这种现象能够更有利于为有机反应提供均相条件。同时，随着反应的结束，温度的降低，体系也会自然的恢复到两相体系。

绿色化学中的氟两相体系的应用也有许多，其中也分为两种，作为有机反应介质和催化剂作用。作为催化剂参与的反应有，烯烃的氢甲酞化反应和硼氢化反应、Diels-Alder反应、烯丙位取代反应和氧化反应。而作为有机介质参与的反应有硝化反应、Swern氧化反应和Hosomic-Sakurai反应。

二、绿色有机合成中的催化剂绿色化

1.固体酸催化剂，固体酸催化剂是指金属盐催化剂，金属氧化物催化剂和分子筛和杂多酸催化剂的总称。并且其本身也具有活性高，选择性强，反应后的产物易于分离而且也可以多次循环利用，这体现了绿色化学的主旨。

2.金属催化剂，有机金属配合物催化剂、金属氧化物催化剂和金属Pd催化剂同属于金属催化剂。我们通过实验证明了金属催化剂能够提升催化的速率，使用浸渍法获取1%的的Pd/Mgo，这将作为反应中的非均相催化剂，将不同性质的醇氧化，我们可以发现此催化剂具有使反应条件温和的特点。

3.酶催化剂，酶曾被许多人认为是化学反应中一种快速且专一的催化剂，近年来，酶在有机化学中的应用日见广泛，人们已经将它高效立体且具有灵活选择性的性能应用在有机化合物的合成中了，此外，酶还具有水解活性高的特点。

三、绿色有机合成过程中的合成方法的绿色化

1.用物理方法来促进化学反应，物理中的光、电和热这三种要素在化学有机反应中占有重要地位，也是我们在绿色有机合成方面的研究方向之一。例如利用微波炉的微波来促进反应速率的例子比比皆是。微波辐射条件不仅可以提升有机反应中的反应速率，也能够提升产品的纯度。在Diels-Alder反应中，微波辐射技术就被成功应用。除此之外，还有加成反应和杂环化合物的合成也作用了此项技术。例如在进行Diels-Alder成环反应实验时，用100w的微波加热五到二十五分钟，产率可以高达79%到90%，而用普通的方式加热，三个小时内仅可产生25%到60%，除了产率高这一特点外，微波方式还具有高选择性和条件温和的特点。另外，除了微波技术，超声波的空化功能也可以减少废物的排放，降低能量的损耗。

2.串联反应，绿色化学提倡减少能耗，避免污染。但我们的实验过程中经常会遇到提纯或是分离一个分子的步骤过于繁琐，不利于经济和环保。因此，我们有必要考虑串联反应在有机化学中的应用，当前串联反应已经被应用在了不对称合成和杂环化合物的合成过程之中，串联效应针对光学效应的产物和分子具有特殊的优越性。

四、总结

绿色有机合成化学逐渐成为了人们生产、生活，化学学科理论和实际发展中的必然选择。随着时代的不断进步，绿色有机合成化学也是我国工业化领域的大势所趋，绿色化学除了要做到溶液绿色化，催化剂绿色化，合成方法绿色化之外，还行应用各项先进技术，将绿色化学发展到各个领域之中去，尤其是基因工程，细胞工程和微生物工程。同时引导一些新兴技术的发展，例如微波技术和超声波技术，达到绿色化学的多领域全面发展。

参考文献

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有机推断与合成是高考中有机化学考查的重点题型,要想做好此类,学生首先要掌握好书本的知识,掌握好各种官能团的特征反应;其次要掌握好各类物质之间的相互联系,也就是要建立系统的知识网络体系。近几年的高考主要考点有以下几个。

1.综合应用各类有机化合物(烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、乙醇、溴乙烷、苯酚、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、脂肪酸、甘油酯、多羟基醛酮、氨基酸、蛋白质等)的性质,进行推导未知物的结构简式,或是相关的问题。

2.组合多个化合物的化学反应,合成具有指定结构简式的产物。

一、有机物推断

(一)一般思路

1.顺(逆)推法。以有机物结构,性质和实验现象为主线,(逆)正向思维得出正确经验。如顺推法可图解为:

2.分离法。根据题意,分离出已知条件与未知条件,再据已知条件对未知条件一一求解。

(二)常用推断方法

1.通式推断法。具有相同通式的物质类别可以归纳如下:CnH:烯烃、环烷烃;CnH:炔烃、二烯烃、环烯烃;CnHO:醇、醚;CnHO:醛、酮、烯醇;CnHO:羧酸、酯、羟醛;CnHO:芳香醇、芳香醚。

2.化学反应环境联想法。环境联想可以分解为官能的特征反应,有机反应的条件,有机物的结构简式和分子组成的变化,等等。对于有机推断题首先要熟悉各种官能团的性质,其次对各类有机反应的条件要记牢。

(三)寻找解答有机推断题的题眼

题眼通常是我们所说的解题的突破口,教师应教会学生根据反应条件、根据组成和结构的变化,特别是官能团的变化等方面来寻找突破口。下面就是寻找题眼的具体的方法。

1.根据物质的性质推断官能团

如:能使溴水反应而褪色的物质含碳碳双双键、三键“―CHO”和酚羟基;能发生银镜反应的物质含有“―CHO”;能与钠发生置换反应的物质含有“―OH”;能分别与碳酸氢钠液和碳酸钠溶液反应的物质含有“―COOH”;能水解产生醇和羧酸的物质是酯,等等。

2.根据性质和有关数据推知官能团个数

如:―CHO2AgCuO;2―OHH;2―COOH(CO)CO

3.根据某些反应的产物推知官能团的位置如:(1)由醇氧化得醛或羧酸,―OH一定连接在有2个氢原子的碳原子上;由醇氧化得酮,―OH接在只有一个氢原子的碳原子上。

(2)由消去反应产物可确定“―OH”或“―X”的位置。

(3)由取代产物的种数可确定碳链结构。

(4)由加氢后碳的骨架,可确定“C=C”或“CC”的位置。

二、有机合成

(一)有机合成的实质

学生通过有机化学反应或题目提供信息,使有机物增长或缩短碳链,或碳链和碳环之间相互转变,或在碳链和碳环上引入、转换各种官能团,以制备不同有机物。要求学会设计有机合成题的正确路线和简捷的途径。首先分析要合成的有机物属于何种类型,带有什么官能团,与哪些信息有关。其次是根据现有原料、信息和有关反应规律,尽可能合理地把目标有机物解剖成若干片断;或寻找官能团的引入、转换方法,或设法将各小分子拼接衍变,尽快找出合成目标有机物的关键和突破点。

(二)有机合成遵循的原则

1.起始原料要一般为规定的原料(实际合成中要选用廉价、易得、低毒、低污染的原料),通常是四个碳以下的单官能团或单取代苯。

2.应尽量选择步骤最少的合成路线。为了减少合成步骤,应尽量选择与目标化合物结构相似的原料。步骤越少,产率越高。

3.合成路线要符合“绿色、环保”的要求。

(三)解题思路

1.正确判断需要合成的有机物的类别,它含有哪些官能团,与哪些知识和信息有关。

2.根据现有的原料、信息和有关的反应规律,尽量能合理地把目标化合物分成若干个片断,或者寻找官能团的引入,转换、保护方法,或者是设法将各个片断拼接衍变,尽快找出合成目标化合物的关键。

3.将正向推导和逆向推导得出的若干个合成路线加以综合比较,选择出最佳的合成方案。

其解题思路可简要列表如下:

(四)合成的具体方法

1.官能团的引入和转换

(1)碳碳双键的形成主要有:一元卤代烃在强碱的醇溶液中消去HX;醇在浓硫酸存在的条件下消去HO;烷烃的热裂解和催化裂化。

(2)碳碳三键的形成主要有:二元卤代烃在强碱的醇溶液中消去两分子的HX;一元卤代烯烃在强碱的醇溶液中消去HX;实验室制备乙炔原理的应用。

(3)卤素原子的引入方法:①烷烃的卤代(主要应用与甲烷);②烯烃、炔烃的加成(HX、X);③芳香烃苯环上的卤代;④芳香烃侧链上的卤代;⑤醇与HX的取代;⑥芳香烃与X的加成。

(4)羟基的引入方法:①烯烃与水加成;②卤代烃的碱性水解;③醛的加氢还原;④酮的加氢还原;⑤酯的酸性或碱性水解。

(5)醛基或羰基的引入方法:①醇的催化氧化;②烯烃的催化氧化;③炔烃与水的加成;④烯烃的臭氧氧化分解。

(6)羧基的引入方法:①醛的催化氧化;②苯的同系物被酸性高锰酸钾溶液氧化;③酯的水解;④肽、蛋白质的水解。

(7)酯基的引入方法:①酯化反应的发生;②酯交换反应的发生。

(8)硝基的引入方法:硝化反应的发生。

2.官能团的消除

消除不饱和双键和叁键,可以通过加成反应;经过酯化、氧化、与氢卤酸、消去等反应,可以消去羟基;通过加成和氧化可以消去醛基;通过水解可以消去酯基或是肽键。

3.缩短碳链的方法

(1)苯的同系物被酸性高锰酸钾溶液氧化。

(2)烷烃的催化裂化。

(3)烯烃、炔烃被酸性高锰酸钾溶液氧化。

4.成环(信息题)

(1)形成碳环:双烯成环。

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2011年，我正式成为山东大学有机合成专业的研究生。有机合成是有机化学的分支之一，学习课程主要有《高等有机化学》、《有机催化导论》、《有机化合物光谱分析》、《现代有机合成》等。学习范围大致分为两类，一为有机合成，如化学工业原料；二为基本有机合成，如化学试剂。此外，我们还必须掌握两种最基本的分析方法——正向分析法和逆向分析法，前者是从已知原料入手，找出合成所需的直接或间接的中间体，逐步推向合成的目标有机物；后者则刚好相反，将目标化合物倒退一步寻找上一步反应的中间体，而这个中间体，又可由上一步的中间体得到，以此类推，最后确定最适合的基础原料和最终的合成路线。

爱上有机化学

一开始，我只是把这个专业当做一项任务来学，不管是专业课还是实验，都感觉有些枯燥乏味，直到在一次有机化学课上，看上去有些古板的老师居然给我们讲了一个浪漫的故事。故事是这样的：有一个孤独的亲核试剂一直暗恋着一个碳原子。他希望有一天，这个碳原子会变成碳正离子，自己能够以SN1的机理去接近她。可是他等啊等啊，却什么也没有发生。终于有一天，当他决定直接以SN2的机理向碳原子表白时，他却发现碳原子对于已经连在她身上面的亲核基团非常眷恋，于是他退却了。

时间一点一点地过去，这个亲核试剂始终无法忘记碳原子。可是他对自己的亲核能力没有信心——他既没有替代已经连着的基团的信心，也没有代替基团之后，自己与碳原子形成一个稳定的分子的信心。他忽然觉得，碳原子和那些基团在一起更合适。她已经习惯了目前的构型了，如果发生SN2反应，碳原子的构型就必须翻转，他觉得不该为自己的那一点执著而让她发生改变。在接下来的时间里，孤独的亲核试剂只是注视着碳原子。有一天，一个不可抗拒的力量——一个分液漏斗，将他们永远地分开了。亲核试剂这才发现，原来机会只在方寸之间——逝去了的，永不再来。

万万没想到，化学粒子身上还隐藏着这么浪漫的爱情故事。在我为亲核试剂与碳原子的错过而唏嘘不已时，突然发现换一个角度看有机化学，原来很有意思。之前在我眼里那些冷冰冰的概念和实验，似乎在一瞬间都变得有感情了起来。这节课，让我开始爱上了有机化学。

随机应变最重要

学习有机合成，就必须做大量有机合成实验。有机合成实验是一项系统性、逻辑性很强的实践活动。虽然实验本身很有趣，可以亲眼见证几种化合物变成一种全新的化学物，但实验背后却包括了选题、查阅资料、设计路线、实验、检测、得出结论一系列的过程，单纯靠书本知识指导实验往往会失败，因为实验遇到的情况是千变万化的，所以分析和应变能力显得尤为重要。

记得在做某次实验时，前几个月同样的实验都很顺利，时隔数月再做，反应三天仍有原料没反应完。我十分纳闷，明明工艺条件是完全一样的，重复了几次为何还是这样呢。我把书上的实验步骤又仔细浏览了一遍，确定完全是按照书上的实验要求做的。思来想去，不得其解。在导师的提点下，我仔细回忆了前几个月做实验时的条件，这才发现虽然实验都是在室温条件下反应，但前几月的温度相对现在要高许多，如果把反应温度升到当时的室温会不会有不一样的结果？带着疑惑，我尝试了一次，问题果然得到了解决。

还有一次，我接手另一名同学做了一个多月都没做好的项目。他在实验中的反应收率一直做不好（反应收率是指在化学反应或相关的化学工业生产中，投入单位数量原料获得的实际生产的产品产量与理论计算的产品产量的比值）。文献中所提供的温度是溶剂沸点温度约接近200度，虽然这个同学也严格控制反应温度，但是溶液回流始终不理想。因为当时这个化合物是比较新的一种类型，文献上的资料很有限，分析方法需自己建立，且这种化合物在各种溶剂中溶解度都不是很好，研究条件很麻烦。在导师的鼓励下，我尝试自己摸索实验方法，改变反应的条件，发现提高搅拌转速能增大反应收率。再经过两天的深入分析和实验，我最终找到最佳搅拌速度，使反应收率提高了近十个百分点。

菜鸟挑战高收率

我的第一份实习是一家知名的化工公司，协助技术研发工作。在学校的学习时，我一直很自信，而在公司里我却遇到了很多意想不到的问题，生产流程中，常常遇到坏的项目，坏的路线，常常会出现顾此失彼的情况，比如先要送个样，然后回来接着做反应，这时候老员工会突然问送样结果怎么样了，于是又得放下手头工作找编号，去办公室调图等等。一开始缺乏经验，我总是手忙脚乱。实习初期，让我印象最深就是在遇到问题时要多与组长、老员工、主任沟通，这样能让我少走弯路，在总结错误经验时，就能明白了真正的实验路线应该是怎样的。

随着项目越做越多，我接触到了不同的反应类型，很多是学校里上没有接触过的。有一次，我要做一个中间体工艺放大工作。这个工作的核心内容是技术攻关，即如何将一个非常复杂的化学反应优化放大，完成三百公斤旋光性对映体的生产。对于有机合成的研究生来说，这个工作充满了未知，不过从另一角度看，但如果能啃下这块硬骨头，将是对我能力的极大提高，于是我毫不犹豫答应了与部门技术指导一起参与这个项目。

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随着科技的发展以及人们对化学的合成、药物制作和材料科学方面的认识的提高，手性越来越受到人们的重视。要想获得光学活性物质，其有效的方法之一就是进行不对称催化，催化剂的合理设计与使用能够让反应的立体选择性得以提高。有机金属催化剂发生具有立体选择性的不对称反应是比较多样的，不过其反应需要的价格是比较昂贵，再加上回收套用以及残留金属处理问题限制了该有机金属催化剂在有机合成行业中的应用地位。

相比有机金属催化剂，其有机小分子催化剂则成为了更好的选择，有机小分子能够在温和的反应条件、对环境不造成危害条、较低成本条件下以及反应不存在残留金属等等条件下都能够发生，因此手性有机小分子催化剂成为了当前世界上诸多学者们研究的有机合成的对象，手性有机小分子从此便成为了在酶催化与手性金属络合物催化两者之后的第三个有广泛用途的手性催化剂，即手性有机小分子催化剂的黄金应用时期。

一、小分子催化反应分类

1.给体的活化——亲核性催化

利用手性有机小分子催化剂进行催化的过程中，让反应底物内的给体与催化剂进行反应，进而得到反应活性中间体，其亲核性要高于原有给体，即与受体进行反应的能力增高，该催化剂活化机制成为亲核性活化。

2.亲电性催化活化

亲电性催化活化反应过程中是让反应底物中受体与催化剂进行反应产生中间体，中间体的亲电性要高于原有受体，使得其与给体反应产生产物的能力增强。该类型催化以仲胺类化合物为主，结合受体得出亚胺离子历程，进而通过减小反应中心电子云的密度来使其更易接受亲核试剂的进攻。

二、药物合成方法

1.外消旋体拆分法

该方法需要有一定的溶剂才能进行，而且最主要的是拆分剂要想找到一个合适的是非常困难的。因此利用外消旋体拆分法的缺点就是需要先合成外消旋的目标产物才能进行不对称水解拆分来制备手性化合物，且其拆分收率最高不超过一半。

2.化学—酶合成法

当前在工业合成上使用广泛的合成法是化学-酶合成法，即利用纯酶或者微生物催化来完成一些合成反应内的主要步骤，而一般步骤则使用化学合成法，进而能够将两者的优点都体现出来。化学生物等学科开始相互联系与交融，使得生化合成法（化学-生物合成法）的优势逐渐体现出来，进而也确定了手性药物未来的研究方向。

3.酶催化手性药物合成法

该方法相比于化学法而言有着较强的立体选择性，其能够在温和的反应条件下进行，且有着较低的成本和污染，操作也简单易懂，其能够完成一些化学法不能进行的反应。不过生物催化剂需要较高成本投入，且选择底物方面要求较高。该合成法的优点为：反应条件温和、环境友好以及立体选择性较高。

4.不对称催化法

该合成催化法的优点为：经济性高、对映选择性高。工收化实现较为简单且能够进行手性增值，其是当前手性药物合成中前途最好的方法。其优点中优势最高的就是手性增值，利用量级的催化反应手性原始物质进而去进行立体选择生产，得到较多的手性目标产物。该过程无需使用过多手性试剂，但是可能会使用到一些较为昂贵的过渡金属，甚至是比过度金属概要归的手性配体，这也是不对称催化法受到限制的主要原因之一。因此我们应积极探索出其简单的手性配体的合成方法，进而能够将立体性与活性都高的催化剂筛选出来。

三、在药物合成中的应用——形成非共价键活化底物

小分子催化过程中，会出现一类催化剂，其与底物之间是通过分子间的微弱作用力进行作业而不是生成共价键来活化底物。这类催化剂主要为利用手性模板进行活化和氢键活化底物等等。

1.含有硫脲结构的手性催化剂

Pictet-Spengler 反应，在具有生物活性的四氢咔啉类衍生物的合成中，Lee 等用含硫脲结构的手性催化剂，催化 2-取代的吲哚乙胺与醛反应的不对称 Pictet-Spen-gler 反应，当催化剂硫脲氮上含有大位阻取代基时，效果比较好，ee 高达 95%，可能是大位阻限制了反应进行的取向，从而得到该构型的产物。

2.手性膦酸催化剂

手性磷酸是中等强度酸催化，其能够将一些酸用来催化进行不对称反应，其典型案例有：Friedel-Crafts 反应，手性膦酸可以催化多种类型的不对称 Friedel-Crafts 反应。在一种3-吲哚甘氨酸衍生物的合成中，康强等经过对手性膦酸催化剂的筛选及反应条件优化，发现高位阻的手性膦酸催化剂催化可以获得产物的 ee 达到了 87%。

3.不对称相转移催化

在手性小分子催化剂中，手性相转移催化剂是比较重要的，其也是利用与底物分子结合得到手性离子对的非共价键，进而来催化不对称反应。不对称相转移催化是比较重要的有机合成方法。当前主要的手性相转移催化剂有C2类手性相转移催化剂（Maruoka等设计合成）与金鸡纳碱衍生的手性相转移催化剂，其占有不对称有机合成中催化剂使用的重要地位，文章也是主要做该方面的研究工作。

本课题组同时将新合成的手性相转移催化剂利用于甘氨酸叔丁酯衍生物的不对称烷基化反应，利用新合成的催化剂对甘氨酸叔丁酯衍生物的不对称烷基化反应进行了初步探索，ee 中等到高等。

四、总结

目前小分子催化剂逐渐增多，使得化学反应和有机合成发生了质的变化。不过我们也应了解到其不对称小分子催化反应的缺点与不足也是比较多的，诸如催化剂利用率不高、催化反应应用范围不大等等，因此还需要我们的进一步努力和研究，研发出更多类型的高效多官能团的手性小分子催化剂，使得我们在药物合成中更多看到不对称小分子催化的身影。

参考文献

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[2] 周元清.手性双噁唑啉配体在不对称合成中的应用[J]. 广州化学. 2009（02）：32-34.

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关键词：有机化学实验；教学改革；实验教材

大学有机化学实验是为化学、生物等相关专业的学生开设的一门重要的基础实验课，它担负着帮助学生巩固所学有机化学理论知识和帮助学生了解有机化学知识实际应用的双重功能。此外，有机化学实验还能够起到锻炼学生的动手能力和培养学生的创新精神的作用，并使学生得到从事科学研究和产品开发等实际工作所需要的基本技能训练。

一、现有实验教材的不足

近年来随着科学技术的迅猛发展，大量的现代化仪器、新的方法引入到有机合成过程中，但全国大部分高校基础有机实验教学所采用的还是旧版的有机化学实验教材。这些教材是根据有机化学理论课程的内在逻辑和有机化学技术体系的系统性而编写的，具有全面性（包括了几乎所有的有机反应类型和有机化学实验所需的全部技巧）。再次，实验与实验之间缺乏联系，这与实际化学过程（包括化工生产、科学研究）中产物的合成需要多步来完成的情况不符合。而相应带来的主要问题有浪费药品（每个实验的原料都需购买）、环境污染（产品积累，必须向环境排放）、不利于学生实践能力的提高和科研素养的培养。

二、实验内容的改革

针对有机实验现有教材的不足以及现代科学技术对人才培养的要求，汕头大学理学院化学系有机教研室开展有机化学实验教学改革，主要就是根据实验课的功能性和针对现行教材的弊病，建立一本新的实验教材。

传统的有机化学实验一般分为基本操作、性质实验和合成实验三部分，其中较多时间花在基本操作和性质实验上，不利于学生实践能力的提高。新的实验教学内容对原来的课程进行重组整合，采用新的三部分的教学体系：先进行强化基本操作的实验，然后是多步骤的有机合成实验，最后到综合实验。循序渐进，使学生的有机化学实验技能和知识水平逐步提高。而以往教学内容安排较多的性质验证实验则集中成一次设计性的未知物鉴定实验，这样将单调的验证性实验变成探索性的设计实验，既提高学生的学习兴趣，又收到预期教学效果。

1.强化基本操作技能的训练

基础实验可以训练学生的基本操作技能，提高学生的动手能力，使其操作规范化，并养成良好的科学素养和实验室工作习惯。这个部分主要分成：有机物物理性质测定，包括熔点、沸点、折光率等内容；有机物分离、纯化技术，包括蒸馏、重结晶、升华、萃取等。而在实际的授课过程中，有机物分离纯化和物理性质测定正好可以结合在一起来讲授，如乙酰苯胺的重结晶及苯甲酸的升华产品，正好可以用来给学生训练如何测定熔点，而工业酒精的蒸馏产物也可以进行沸点和折光率的测定训练。通过这样的有机结合，学生既提升了兴趣，更强化了基本操作技能，为以后的合成实验和综合实验打下良好的基础。

2.多步骤的有机合成实验

多步骤的有机合成实验通过精心选择实验内容，体现完整性、绿色性、实践性的特点。

1）完整性

编排的教材尽量涵盖完整的有机化合物体系、反应类型和实验技巧，这样可以帮助学生对不同类型的化合物的制备和性质有足够的了解此外，在实验项目的选择上，力求在保持实验内容之间的逻辑关系和整体完备性的基础上，加强各个实验的独立性，避免对相同实验内容和技能的重复。

2）绿色性绿色性首先体现在微型化上，即在相同的实验方法、操作技术下，采用小容量仪器，减少试剂用量进行试验

微型化有机实验具有安全、减少污染、节约实验经费与时间等优点，是培养学生绿色环保观念的成功途径之一。其次，实验项目的选择上具有绿色性，把几个实验串成一个系列，前一个实验的产物为下一个实验的起始物。这样既可以减少购买原料的支出，又可以避免产物积累、丢弃所带来的环境污染。

3）实践性

实践性在于注重实验与应用现实之间的相应性，包括实验内容与化工生产实际之间的对应性和所训练的技能与生产现实需要之间的对应性。从内容上看，实验项目的选择上引入应用性实验。如从茶叶中提取咖啡因，它主要用作中枢神经兴奋药，而4-苯基-2-丁酮的制备，它具有止咳、祛痰的作用，可以作为治疗剂。此外，所设计实验步骤的连贯不仅加强所开设实验之间的内部联系，而且使实验过程更接近生产和科学研究的实际情况。做这类多步骤的综合性实验训练时，由于上个步骤的产物会直接影响下个步骤的反应成败，所以学生在思想上更加高度重视，操作起来更加谨慎认真，出现问题也能及时分析，认真总结经验教训，一般都能达到满意的效果。

3.综合实验

最后一个部分是综合实验环节，这个环节的特点就是在实验中引入如核磁共振仪、质谱、傅立叶红外光谱仪、紫外可见光谱仪等大型仪器来表征学生合成的产品。比如乙酰二茂铁的制备实验中，二茂铁和乙酸酐的反应产物存在单酰化和双酰化产物，还有没有反应的二茂铁？通过柱色谱分离后得到的不同颜色的溶液，如何来确定哪段溶液是自己所要的产物？这就需要仪器来进行

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一、精细有机合成实验中的安全隐患排查

黑龙江大学应用化学专业开设的精细有机合成实验面向本科四年级的学生开设，是专业必修课。课程实验项目有阿司匹林的制备、对乙酰氨基酚的制备、贝诺酯的制备、常压催化氢化合成氢化肉桂酸、高压水解制备对硝基苯酚、偶氮染料甲基橙的合成、对甲碘苯的合成、安息香的合成、二苯基乙二酮的合成、二苯基乙醇酸的合成、二苯基乙醇酸交酯的合成等十一个实验。经认真分析与排查，发现如下安全问题：常压催化氢化合成氢化肉桂酸实验中使用易燃易爆的氢气，同学不敢操作，实验中使用镍铝合金制备雷尼镍催化剂，该催化剂在干燥的情况下可发生自燃；高压水解制备对硝基苯酚实验中使用高压釜，易发生高温高压气体或液体灼伤以及高温釜体烫伤事故；十一个实验中很多实验都使用了有毒或易燃的原料及溶剂，且使用量较大；实验室使用老式加热套进行机械搅拌下水浴加热烧杯内的水易溅入电热套引起空气开关跳闸；学生安全意识薄弱，实验中易打闹嬉戏，一旦发生危险，也无法进行有效地自救与互救。

二、安全专项整改措施

针对以上在精细有机合成实验中发现的安全问题，实验室制定了以下安全专项整改措施：

1.加大安全知识宣讲力度

安全知识是实验顺利进行的必要保证。如氢气在空气中的着火极限为4%～75%，爆炸极限为9.5～65%。氢气的爆炸只有在同时具有以下三个条件才能发生：一是氢气与氧气同时存在于有限的空间内，二是氢气的含量在爆炸范围内，三是有火源引入。使用氢气的房间应禁止使用非防暴电器，通风良好。只要按操作规程仔细操作，防止氢气泄露，就不会出现着火及爆炸危险。雷尼镍催化剂遇空气会发生自燃，处理时务必缩短其在空气中暴露的时间，必须用无水乙醇对其进行覆盖，对其进行处理时沾有催化剂的滤纸等可燃物均须稀酸处理后才能丢弃。高压釜最好安装在单独坚固房间内，操作者隔离操作，由仪表观察压力和温度。对新出厂或放置一段时间再用的高压釜，使用前必须对整个装置进行试漏，用惰性气体或在釜内加一定量水，加热升温使釜内产生一定压力来检查是否漏气。同时也检查加热系统是否好用。高压釜实验中应注意釜盖与釜体结合紧密，所有阀门紧闭，升温后注意观察压力表压力变化及温度传感器工作是否正常，严禁再用外露的肢体接触高温釜体，只有在完全泄压后才能打开釜盖。在使用易燃液体时注意严禁接近明火或包括正在工作的电热套在内的高温物体。使用有毒或腐蚀性液体时应佩戴防护手套，使用完毕后手套应及时清洁。如遇有毒气体逸出的实验应在通风橱内完成。在实验室内严禁打闹，注意异常情况的发生。除实验室安全常识外，还在实验的过程中介绍了在化工产品生产厂家生产过程中需要注意的一些安全细节。

2.加强实验仪器的检修与换代

实验仪器状态是否正常直接关系到实验的成败乃至实验人员的安全。本实验室加大对实验仪器的检修力度，每次实验开始前都有专职人员进行设备检查，发现问题及时修理或更换，保证实验的正常进行。同时，实验设备使用时间过长，必定会影响其安全性。如高压釜的容器壳体如受到腐蚀性介质的侵蚀，强度减低或安全阀等附件缺失等，都有可能使容器在使用过程中发生危险。为解决老式加热套进行机械搅拌下水浴加热烧杯内的水易溅入电热套引起空气开关跳闸的问题，实验室购买了集热式磁力加热搅拌器，使用水或导热油进行加热。催化加氢实验室存在直接使用氢气钢瓶以及台套数不足问题，现已购入摇摆加氢反应器，氢气管线也正在铺设中，近期即可完工，保证了学生实验的安全。

3.进行安全防火培训

由于本校的初级有机化学实验均采用微量半微量实验装置，实验使用的有机化学易燃的药品及溶剂量均很小，且其使用的搅拌装置为电磁搅拌，当这些同学进入到精细有机合成实验室后实验的易燃的药品及溶剂量均相对较大，搅拌也变成了外机械式搅拌，操作步骤随之增加，发生火灾的可能性也随之增大。为此，我校安全科干事专程来实验室进行了防火培训。培训中针对实验室特点，着重介绍了火灾的五种类型及各类火灾所适用的灭火器： A类，指含有碳固体火灾。可选用清水灭火器、泡沫灭火器、磷酸铵干粉灭火器（ABC干粉灭火器）；B类，指可燃液体火灾。可选用干粉灭火器（ABC干粉灭火器）、氧化碳灭火器，泡沫灭火器只适用于油类火灾，而不适用于极性溶剂火灾。C类，指可燃气体火灾。可选用干粉灭火器（ABC干粉灭火器），二氧化碳灭火器。D类，指金属火灾，目前尚无有效灭火器，一般可用沙土。E类，指带电燃烧的火灾。可选用干粉灭火器（ABC干粉灭火器），二氧化碳灭火器。 在讲授原理的同时，还带领部分同学亲手使用了各种灭火器具扑灭模拟火灾，具有实战感。

三、实践效果

经过向我校连续四届已在生产企业就职的毕业生征求意见，均认为在精细有机合成实验中学习到的安全知识符合用人单位的实际工作环境，经过该课程培训的学生可直接进入工厂进行科研及生产活动，无需单独安全培训。本专业毕业的学生在拥有雄厚的精细化工基础知识和扎实的实验技能的同时，对化工生产中的安全事项也能熟知，用人单位也均表示愿为我专业培养的学生提供毕业前带薪实习乃至优先录取的机会，加强安全培训取得了良好的效果。

基金项目：黑龙江大学新世纪教学改革重点项目（2013B19）支持.

参考文献：

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中图分类号：Q554.9 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）003-078-03

漆酶是一种含铜的蛋白酶，通过夺取底物一个电子能够催化酚类、多酚类和苯胺氧化，通过电子传递将氧气还原成水。漆酶和漆酶介质体系在生物修复、纸浆漂白、纺织品生物整理和生物燃料电池等方面都有潜在的应用。值得注意的是，漆酶具有在官能团的氧化与将异源分子连接到新的抗生素衍生物之间执行快速精密的转化的功能，或者催化合成复杂天然产物的关键步骤，因此可用于有机合成领域。

1 漆酶的性质

1.1 生化特征

漆酶是含有四个铜原子并与三个氧化还原位点（T1，T2和T3）相结合的典型单体胞外酶。T1型Cu在氧化还原测试中呈现绿色，与还原性底物的氧化作用有关。三核簇（含有一个T2型Cu和两个T3型Cu）与T1位点相距12A，分子氧在此处被还原成水。

在不同的培养条件下，真菌合成漆酶会出现不同的同工酶。大多数漆酶都是单体蛋白，不同来源的漆酶其分子被不同程度的糖基化，平均分子量在60-70kDa，碳水化合物含量在10-20%，这有助于漆酶的高稳定性。通常与酶通过共价键相连的碳水化合物包括甘露糖，N-乙酰葡糖胺和半乳糖。氨基酸链含有包括N-末端分泌肽在内大约含有520-550个氨基酸。

1.2 生物学功能与工业应用

漆酶生物学功能包括孢子抗病性，色素沉着，选择性的催化木质素降解，腐殖质脱毒过程等。漆酶具有广泛的底物专一性，因此广泛应用与生物技术中。在小分子介质存在的情况下，漆酶能显著增强其底物专一性。通过使用漆酶介体体系可能扩宽漆酶工业应用的范围。例如，漆酶和漆酶介体体系已经应用于纸浆造纸中的脱木质素和生物漂白，发电站废水处理，纺织和染印工业中纤维素酶学修饰和染料漂白，酶法交联木质素材料生产中密度纤维板等。

在有机合成中，漆酶广泛用于官能团的氧化，酚类和甾类化合物的耦合，碳-氮键的构建以及复杂天然产物的合成中。

2 漆酶介体体系

漆酶与小分子如ABTS和HBT的结合不仅会具有更强的催化氧化还原能力，而且会扩大漆酶对底物的作用范围，并能够氧化氧化还原势能比其更高的化合物。此外，小分子介质作为电子载体，能够氧化木质素，纤维素或淀粉等生物高分子。由于氧化还原介质的作用，克服了阻碍酶与多聚物间的直接影响的空间结构的影响。

漆酶介体体系给生物技术和环境应用带来较高的效率。选择合适的介质在生物转化应用中是至关重要的。由于漆酶介体体系中底物通过不同的机制发生氧化，因此使用相同的前体时，不同介质的选择可能导致不同的终产物。介体自由基根据化合物的结构和有效的氧化还原势能执行具体的氧化反应。

尽管漆酶介体体系有较大的优势，但是以下两点阻碍了介质的使用：介体价格昂贵并会产生有毒的衍生物。在某些情况下，由于介质自由基的存在，漆酶在氧化介质时是不显示活性的。或者后者转化为无活性的化合物并失去充当介质的能力。因此寻找一种廉价高效、应用面广的介体将是LMS系统处理技术得以推广应用的关键。研究表明，一些真菌能自然合成天然的介体。例如苯酚，苯胺，4-对羟甲基苯甲酸，4-羟基苯甲基醇。最近，人们证明来自木质素降解过程中的酚类化合物（如乙酰丁香酮，丁香醛，香草醛，香草乙酮，阿魏酸，p-香豆酸）在染料脱色，多环芳烃的去除，纸浆漂白和沥青的去除中是高效的漆酶天然介体。

3 漆酶工程

迄今为止，很少有报道关于活性漆酶的晶体结构。根据已报道的漆酶结构，过去十年研究对具有催化活性的铜离子周围一些残基进行定点突变，以确定催化活性参数和真菌漆酶势能。收集在T1铜原子中心发生结构混乱的突变体是这些结构功能综合研究的结果之一。

在没有足够结构信息的情况下，分子定向进化能克服许多合理设计中的限制因素，并能显著增强有针对性的特征，例如耐高温和有机溶剂，提高催化活性及专一性等。Arnold等首次成功定向漆酶进化，通过定向进化在毕赤酵母中完成了耐热性漆酶的功能性表达：经过10轮实验室进化和筛选，总体酶活提高了170倍并具有更好的耐热性。

大多数漆酶在有机合成中催化转化必须发生在有机溶剂中。漆酶在高浓度有机助溶剂中会失去活性。Adinarayana Kunamneni等经过5轮定向进化在毕赤酵母中表达出一种耐热性漆酶，并能耐高浓度的有机助溶剂。这种进化的漆酶突变体能够抵抗大量与生物技术有关的浓度高达50%的可溶性助溶剂。固有的电化学漆酶特性如T1位和T2/T3位处的氧化还原势能，催化铜原子的几何和电子结构在体外进化过程中明显改变。通过形成更多的静电和氢键，一些突变体在蛋白质表面形成更加稳定的漆酶，此外，在转录翻译过程中，在加工区域突变体蛋白质折叠似乎被修饰。

除了随机突变和DNA重组外，利用通过饱和突变构建组合库和蛋白质结构的半经验研究也被成功运用。这一技术普遍运用在提高"热点"残基处酶学特性。它还可用来同时突变一些密码子，使残基进行所有可能的组合，通过评估获得最佳的相互作用和协同效应。

最近对毕赤酵母中表达的耐热性漆酶变体T2研究表明，将重组饱和突变体应用到L513和S510残基，突变体比野生型菌株提高3倍利用率，包括一个有益突变（TCGS510GGGG），由于它取决于两个连续的核苷酸的改变，该突变体不能通过传统的易错PCR技术而获得。

4 漆酶在有机合成中的应用

有机合成化学药品成本较高，反应步骤繁琐且反应物毒性较大。漆酶由于其广泛的底物范围且能将底物转化为不稳定的阳离子自由基并进一步进行非酶促反应，如聚合或水化，使得漆酶能应用于复杂聚合物和药物等的有机合成中。

4.1 漆酶的酶促聚合反应和聚合功能

漆酶或漆酶介体体系能直接产生聚合物使得通过漆酶酶促聚合反应引起广泛的关注。例如，运用漆酶的聚合能力，通过邻苯二酚单体合成聚合邻苯二酚。通过漆酶催化反应生产惰性酚类聚合物等。通过漆酶反应酶法制备聚合多酚由于无毒安全可以替代通常以甲醛为基础合成的化合物。

研究表明，漆酶诱导一种新型的4-羟甲基苯甲酸衍生物，3，5-二甲基-4-羟基苯甲酸和3，5-二甲氧基-4-羟基苯甲酸氧化聚合物。聚合作用参与单体中二氧化碳和氢气的消除，使得多酚氧化酶衍生物分子量高达1.84。

已经证实了一种新型的酶聚合反应体系，例如漆酶催化交联反应新的漆酚类似物来制备人造漆高分子薄膜。通过聚酚氧化酶和漆酶聚合得到的类黄酮素具有更好的抗氧化特性和酶抑制影响。

漆酶能诱导丙烯酰胺彻底的聚合，用于化学酶法合成木质素接枝共聚物。研究发现漆酶具有使木质纤维素复合物交联并赋予功能的潜力，漆酶能够用于纤维素的酶法粘附来制备木质纤维素复合材料，如纤维板。值得注意的是，漆酶在合成物制备期间能活化纤维板木质素。使用漆酶也获得了具有良好的机械性能且无毒性的合成粘合剂的板。另一种可能性是漆酶使木质纤维板功能化以提高纤维素产品的化学或物理性能。研究显示，漆酶能够将各种酚酸衍生物转移到牛皮纸浆纤维上，利用这种能力能将化学多功能化合物连接到纤维素表面，使得纤维素材料具有完全新型的特征，如疏水性或带电荷。

漆酶-TEMPO介体体系也被用来催化糖类衍生物甚至淀粉，支链淀粉和纤维素主要羟基的特定的氧化反应。最初用单糖或二糖（如苯基- -D-吡喃型葡糖苷）来检测该体系的效率，相应的吡喃型葡糖苷醛酸基被分离并表征。该化学酶法已经被用来实现水溶性纤维素样品的部分氧化和用于糖基化皂角苷，积雪草苷和一些天然葡糖苷的轻度氧化。

4.2 漆酶参与的有机化合物的氧化转化

漆酶在合成药物产品中具有重要的作用。可以4-甲基-3-羟基苯甲酸为原料通过漆酶催化反应合成有效的抗癌药物actinocin，也可运用漆酶氧化耦合长春质碱和文多林来生产治疗白血病的长春新碱。长春新碱在植物中含量减少，利用相对便宜且来源广泛的前体长春质碱和文多林来合成长春新碱是一种有效的方式。利用漆酶合成能使前体转化率达到40%。漆酶耦合也能合成一些新型化合物并显示出一些优良的特性，例如：抗菌能力。

由于抗肿瘤药物如丝裂霉素的大量使用或对新药物的研发，开发同时具有抗癌能力，抗过敏和5-脂肪氧合酶抑制活性的氨基苯醌新的合成路线一直受到人们的关注。漆酶已经被用来合成新的环孢素衍生物。通过漆酶/HBT介质体系催化氧化底物，将环孢素A转化为环孢素A甲基乙烯基酮。

儿茶酸能清除体内自由基，在预防癌症，慢性或心脑血管疾病方面有较好的的功效。经漆酶氧化后的儿茶酸，其氧化产物抗氧化能力显著提高。

国际上利用漆酶与活性自由基介质耦合合成激素二聚体或寡聚体衍生物也有所报道。Intra和Nicotra等人已经分别利用漆酶成功分离得到新的 -雌二醇激素和植物抗毒素白藜芦醇二聚体衍生物。在漆酶的作用下，桃柘酚，异丁香油酚或松柏醇能分别氧化生成新的二聚体衍生物，二聚体和四聚体衍生物混合物，当取代咪唑基被氧化时，能得到更加复杂的衍生物。这些新产品通常用于医药制造中。研究表明，漆酶催化芳香胺和脂肪胺N-耦合的作用下能将天然化合物3-（3，4-二羟基苯基）-丙酸成功衍生化。这种具有抗病毒功效的天然化合物3-（3，4-二羟基苯基）-丙酸衍生物在制药领域中越来越受到关注。最近，在氧气的存在下，利用漆酶催化p-对苯二酚和芳香胺发生核胺化作用形成相应的单胺或二胺醌。

5 结论

漆酶在有机合成中的应用展示了光明的前景，是替代化学氧化的优良选择。相信在将来，真菌漆酶将在生物催化转化木质纤维素；木索硫酸盐修饰改造生产乳化剂，表面活性剂和粘附剂；抗生素合成；高氧化还原性能生物电池多聚物合成等方面发挥更大的作用。同时，通过蛋白质工程进一步开发利用真菌漆酶，探索环境友好型介质满足工业应用，进一步克服漆酶的异源表达等重大障碍，需要众多科研工作人员的不断努力。

（南京师范大学泰州学院青年项目（Q201242）资助）

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