國際留學(xué)生《有機化學(xué)》課程思政元素的挖掘*

宋 蕓，毛麓嘉，孔杜林，鐘 霞，高炳淼

(海南醫(yī)學(xué)院海南省熱帶藥用植物研發(fā)重點實驗室，海南 海口 571199)

隨著我國對外交流的日益增多以及綜合國力的不斷增強，來華留學(xué)生教育蓬勃發(fā)展。留學(xué)生作為一股特殊的力量，在“講好中國故事，傳播中國聲音”方面發(fā)揮著不可估量的作用。因此，在對來華留學(xué)生的課堂教學(xué)中，要充分挖掘各類課程所包含的“思政”元素，在教學(xué)中真正做到“潤物無聲”。使他們能夠接受良好系統(tǒng)的思政教育，培養(yǎng)“知華、友華、親華”的國際友人，更好地弘揚中華文化。

在《有機化學(xué)》課程中，有許多重要的化學(xué)反應(yīng)被冠以人名，以紀念首次發(fā)現(xiàn)或是對該反應(yīng)做出深入研究、取得突出成就的科學(xué)家，這也是給予化學(xué)家們最崇高的嘉獎和榮譽。本文主要以我國科學(xué)家名字命名的化學(xué)反應(yīng)為思政元素的切入點，潤物無聲地融入到相關(guān)章節(jié)的課堂教學(xué)中，使外國學(xué)生了解我國有機化學(xué)家對世界有機化學(xué)發(fā)展所做出的重要貢獻，彰顯文化自信。

1 Krische-涂永強醇α-烴基化反應(yīng)

該反應(yīng)泛指含α-氫的伯、仲醇在過渡金屬催化下與烯烴進行α-烴基化生成仲、叔醇的反應(yīng)。涂永強課題組[1]采用[RhCl(PPh3)3]與Lewis酸(BF3·OEt2)的協(xié)同作用，高選擇性地實現(xiàn)了含氧氫鍵和多種碳-氫鍵的醇分子中的α-位碳氫鍵的直接烷基化反應(yīng)(式1)。隨后，該課題組[2]進一步采用廉價易得且具有較強Lewis酸性質(zhì)的三氯化鐵催化醇α-位與烯烴的直接烷基化反應(yīng)(式2)。

(1)

(2)

2 李朝軍偶聯(lián)反應(yīng)

該反應(yīng)是指兩個不同的C-H鍵斷裂直接形成一個新的C-C鍵的反應(yīng)。

根據(jù)這一模式，李朝軍課題組[3]先后報道了叔胺α-碳與端炔在過氧叔丁醇和溴化亞酮催化下的氧化偶聯(lián)反應(yīng)(式3)；叔胺與硝基烷烴、叔胺與吲哚、叔胺與含活潑亞甲基化合物(式4)[4]之間的交叉偶聯(lián)反應(yīng)，并為此類反應(yīng)取名CDC反應(yīng)(交叉脫氫偶聯(lián)反應(yīng))。

(3)

(4)

3 陸熙炎-Trost-Inoue 反應(yīng)

該反應(yīng)是指炔酮或炔酯等貧電子炔烴在過渡金屬催化劑或三價膦的催化下異構(gòu)生成共軛二烯酮的反應(yīng)(式5)。

(5)

陸熙炎小組[5]首先報道了釕(II)催化下炔酮異構(gòu)化為共軛二烯酮的反應(yīng)。在后續(xù)研究中，該小組發(fā)現(xiàn)，銥(III)[IrH3(iPr3)2]是這個反應(yīng)更好的催化劑，如果反應(yīng)中加入催化量的叔膦，可降低反應(yīng)溫度到35 ℃。使用銥-三丁基膦作為催化劑，陸熙炎小組在80 ℃實現(xiàn)了炔酸酯的異構(gòu)化反應(yīng)。

4 麻生明末端炔不對稱聯(lián)烯化

該反應(yīng)是指兩個不對稱聯(lián)烯合成法：(1)在二苯基膦-1-萘/CuBr/ZnI2催化下的分步反應(yīng)，用于對映選擇性合成1，3-二取代α-聯(lián)烯仲醇和叔醇(式6)[6]；(2)CuBr2催化的基于(S)-α，α-二苯基脯氨醇(A1)或(S)-α，α-二甲基脯氨醇(A2)為手性胺的不對稱反應(yīng)(式7)[7]。該反應(yīng)底物普適性廣，常見官能團不需保護，可以快速高效構(gòu)建高對映純的官能團化或非官能團化的1，3-二取代聯(lián)烯。

(6)

(7)

5 Stork-趙康-Wittig碘烯烴化

α-碘代或α-甲氧基葉立德的Wittig 反應(yīng)可用于烯烴、烯基碘或烯基甲醚的合成。α-碘代葉立德的Wittig反應(yīng)稱Stork-趙康-Wittig碘烯烴化反應(yīng)。

趙康小組[8]發(fā)展了從鏻鹽(1)出發(fā)立體選擇性“一瓶”合成2-碘代-2-烯烴(2)的方法，稱Zhao方法(式8)。

(8)

6 Ullmann-馬大為反應(yīng)

Ullmann縮合反應(yīng)通常指的是銅介導(dǎo)或催化的芳基鹵代物和氧、氮、硫、膦或碳等親核試劑間的交叉偶聯(lián)反應(yīng)。

馬大為發(fā)現(xiàn)，使用α-氨基酸作為配體能顯著加速銅催化氨基酸與芳基鹵代物間的偶聯(lián)，該偶聯(lián)反應(yīng)不僅可以在溫和的條件下(90 ℃)進行，而且氨基酸構(gòu)型得到了很好的保持(式9)[9]。

(9)

該課題組又發(fā)現(xiàn)脂肪胺、N-芳香雜環(huán)與芳基鹵代物的偶聯(lián)可以在脯氨酸和銅催化劑作用下實現(xiàn)；二芳醚化反應(yīng)可在90 ℃在N，N-二甲基甘氨酸和銅催化下實現(xiàn)。此外，銅/脯氨酸催化體系也可使芳基鹵代物與疊氮化鈉[10]、取代亞磺酸鈉[11]、丙二酸酯[12](式10)及β-酮酯在溫和條件下進行偶聯(lián)，分別得到芳基疊氮化合物、芳基砜和芳基取代的丙二酸酯及β-酮酯等。

(10)

馬大為在發(fā)展Ullmann縮合反應(yīng)中的貢獻主要有：(1)發(fā)現(xiàn)氨基酸配體在該反應(yīng)中的加速作用，并發(fā)展了構(gòu)型保持的手性氨基酸N-芳基化反應(yīng)；(2)草酸二酰胺配體的發(fā)現(xiàn)解決了廉價易得的芳基氯化物不能用于Ullmann縮合反應(yīng)的問題；(3)草酸二酰胺配體的發(fā)現(xiàn)提高了偶聯(lián)效率，降低了銅催化劑的用量。因此，以氨基酸或草酸二酰胺為配體的Ullmann 縮合反應(yīng)稱為Ullmann-馬大為反應(yīng)。

7 麻生明氧化

麻生明氧化指以氧氣(空氣)為氧化劑，九水合硝酸鐵、2,2,6,6-四甲基氮氧化合物(TEMPO)及其衍生物、氯化鈉或氯化鉀為催化劑，在室溫下把醇氧化為醛[13](式11)或羧酸(式12)[14]、把仲醇氧化為酮的反應(yīng)。該反應(yīng)底物普適性及官能團兼容性良好，烷基醇、芐醇、烯丙醇、炔丙醇、聯(lián)烯醇以及N-保護的吲哚醇均可被氧化為相應(yīng)的醛或酮。

(11)

(12)

8 史一安不對稱環(huán)氧化反應(yīng)

隨著手性藥物及手性試劑的發(fā)展，立體選擇性的對烯烴進行環(huán)氧化在合成方面具有重要意義。史一安教授利用果糖衍生的手性酮為催化劑，過硫酸氫鉀或雙氧水為氧化劑，完成了反式二取代烯烴、三取代烯烴、二烯、烯炔以及烯丙醇的高對映選擇性不對稱環(huán)氧化(式13)[15]。該反應(yīng)催化劑容易制備、適用范圍非常廣，已經(jīng)成為現(xiàn)代有機合成的重要工具之一。

(13)

9 黃鳴龍還原

黃鳴龍還原反應(yīng)是指對Wolff-Kishner還原反應(yīng)條件的改良。Kishner反應(yīng)是醛或酮的腙與氫氧化鉀和金屬鈉一起加熱生成烴類的反應(yīng)。Wolff反應(yīng)是縮氨基脲或腙及無水乙醇和金屬鈉置于封管中加熱生成烴類的反應(yīng)。而黃鳴龍[16]改良的方法為：醛或酮與氫氧化鉀或氫氧化鈉及水合肼在二縮乙二醇或三縮乙二醇等高沸點溶劑中回流反應(yīng)，生成相應(yīng)的腙，反應(yīng)過程中生成的水和過量的水合肼被不斷蒸出，最后再將生成的腙加熱到180～200 ℃生成還原產(chǎn)物(式14)。

(14)

相比Wolff-Kishner反應(yīng)，改良后的黃鳴龍反應(yīng)的優(yōu)點有：(1)使用廉價易得的水合肼代替無水肼，使用水溶性的氫氧化鉀或氫氧化鈉代替金屬鈉；(2)在高沸點溶劑中，無需封管，反應(yīng)在開放體系中進行；(3)反應(yīng)時間大大縮短。因此，Wolff-Kishner-黃鳴龍反應(yīng)操作方便、安全，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

10 陸煕炎[3+2]環(huán)加成反應(yīng)

該反應(yīng)是以聯(lián)烯酸酯或丁炔酸酯為C3合成子，以貧電子烯烴為C2合成子，在三苯基膦或三丁基膦的催化下，環(huán)合生成環(huán)戊烯衍生物。反應(yīng)存在區(qū)域選擇性，可以生成兩類雙取代的環(huán)戊烯(式15)。使用貧電子亞胺代替烯烴，類似的[3+2]環(huán)合反應(yīng)也能順利發(fā)生，生成二氫吡咯衍生物(式16)[17]。

(15)

(16)

11 Norrish-楊念祖環(huán)化反應(yīng)

該反應(yīng)是含羰基化合物在光激發(fā)作用下發(fā)生分子內(nèi)氫原子轉(zhuǎn)移/環(huán)化生成環(huán)醇的反應(yīng)(式17)[18]。當酮類化合物γ-碳上存在氫原子時，在光激發(fā)情況下發(fā)生1，5-氫遷移，γ-碳上氫原子遷移到羰基氧原子上，形成1，4-雙碳自由基中間體，然后偶聯(lián)生成環(huán)丁醇衍生物。這一過程后來被成功運用到各種環(huán)狀醇的合成。

(17)

12 陳德恒重排反應(yīng)

該反應(yīng)是指α-乙酰氧基乙酸乙酯在二異丙基氨基鋰(LDA)堿性條件下重排成2-羥基-3-酮酯。若用三甲基氯硅烷(TMSCl)或醋酐淬滅反應(yīng)，可捕獲其烯醇式而得到相應(yīng)的2，3-二取代-α，β-不飽和酯(式18)。此反應(yīng)的總體結(jié)果是分子內(nèi)混合式Claisen縮合反應(yīng)。由于α-乙酰氧基乙酸乙酯可由合適的羧酸與α-溴代乙酸酯反應(yīng)制得，陳德恒重排反應(yīng)可用易得的羧酸為初始原料構(gòu)建新的C-C鍵及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)骨架[19]。

(18)

13 Roskamp-馮小明反應(yīng)

重氮乙酸乙酯和醛在路易斯酸及手性配體催化下，伴隨著氫的遷移和N2的離去生成手性β-酮酯的反應(yīng)被稱為Roskamp-馮小明反應(yīng)(式19)。

(19)

馮小明教授以手性氮氧-Sc(OTf)3絡(luò)合物催化劑實現(xiàn)了首例催化不對稱Roskamp反應(yīng)[20]。該研究成果被編入Elsevier公司2011年出版的《Organic Syntheses Based on Name Reactions》(第三版)，并被冠名為“Roskamp-Feng反應(yīng)”。

14 張緒穆烯炔環(huán)異構(gòu)化

1，6-烯炔類化合物在膦配位的銠催化劑的催化下進行高區(qū)域選擇性不對稱環(huán)化異構(gòu)化生成五元雜環(huán)化合物(式20)。通過該反應(yīng)可以方便地實現(xiàn)烯烴和炔烴分子內(nèi)的不對稱環(huán)化，高效地構(gòu)筑一系列五元雜環(huán)化合物。

(20)

2014年，張緒穆教授[21]發(fā)展了首例手性銠催化劑催化的1，6-烯炔類化合物不對稱環(huán)化異構(gòu)化反應(yīng)，因其重要性被國際化學(xué)權(quán)威著作“Name Reactions”收錄，并被命名為“Zhang enyne cycloisomerization”。

15 結(jié) 語

留學(xué)生教育的實施不但可以促進我國教育事業(yè)的改革發(fā)展，還能夠進一步提高我國高校教育在國際上的知名度。在國際留學(xué)生《有機化學(xué)》課程授課中，對以中國科學(xué)家名字而命名的化學(xué)反應(yīng)的介紹和講授，可以將中國科學(xué)家的貢獻和科學(xué)精神進行傳播，對培養(yǎng)“知華、友華、親華”的國際友人發(fā)揮重要作用。