有机反应——多氮化物的反应及若干理论问题（第五版）

本书论述的Wittig反应，Diels-Alder反应，Grubbs试剂和烯烃复分解反应（Grubbs试剂见本书第五章新补充的内容），书中涉及的Suzuki反应，Negishi反应，Stille反应, Heck等等人名反应，以及维生素B12等复杂天然产物合成，酶催化，叶绿素，血红素，类胡萝卜素和维生素A，生物碱，前线轨道理论，化学反应中的电子转移理论，Fullerene烯，辅酶如NADH(NADPH)，光合作用、催化不对称合成等等内容都涉及到诺贝尔化学奖，读者可以参见本书附录。

前言
感谢读者厚爱，本书得以再版。
本书第四版出版发行后引起了关注，中国化学会的会刊《化学通讯》在2017年第五期第74页给广大化学家详细介绍了该书。2017年12月德国De Gruyter出版社曾对该书表示关注，这些鼓励使作者开始了新内容的补充。
如果时间允许作者会考虑着手把第五版翻译成为英文。
我们知道有机反应有四大类型，即氧化还原反应、离子反应、周环反应和自由基反应，本书第五版对这四种反应类型都作了深入论述。有机反应浩如烟海，一部专著难以涵盖。然而，矛盾的普遍性规律存在和体现于其特殊性之中，本书主要通过多氮化合物这个特殊侧面来尽可能多地论述有机反应的新思路、新策略、新概念、新试剂、新方法，以便能够对基础研究者和应用开发者都有所启发。
有机化学教科书一般首先介绍烃和卤代物，然后是醇、醚、醛、酮、羧酸、酯以及糖类等，这些类别包含的大量化合物都不含氮。含氮化合物的一个显著特点就是氮原子孤对电子可以作为电子给体。本书对多氮化合物如三唑、四唑、咪唑、吡唑、哌嗪、四嗪等都有专门论述，这些化合物都不稳定，在生物体内很容易参与代谢，大都具有一定的生物医学活性，这些多氮化合物的相关衍生物都可以作为各种各样的药物分子。因此，研究多氮化合物及其衍生物具有重要意义和价值。含氮的氰基、异硫氰基、叠氮基、重氮基、偶氮基等在构建复杂化合物合成方法学研究中一直处于重要的科学位置。
古代三国时期“曹冲称象”的故事实际上可谓是阿基米德定理的感性认识：物体所受到的浮力等于该物体所排开的流体的重量。阿基米德发现浮力定理远在我国三国之后，但我们一直没有把“曹冲称象”往理论的层面上升。非常明确的是：感性认识一旦上升到了理论层面，就会产生质的飞跃。
感性认识产生飞跃能够上升到理性认识，理论已经深刻地揭示了事物的本来面目，已经把握了事物的本质，思维是认识问题的关键，理论之树长青。然而一个伟大的科学理论绝不会不费功夫就轻易地产生出来。英国哲学家培根在《新工具》开篇指出，科学研究旨在对观察到的自然现象进行思考、理解与诠释。培根强调了在思考和理解基础上的诠释，成功地诠释就是要提出学说，甚至提出假说，关键是要发展理性思维，在理论上有所突破。如果不去深入做理论研究，就很难取得真正突破。
作者在几十年来带领博士生从事有机化学研究的实践中，一直非常重视和强调理论研究，鼓励学生对反应机理这个理论问题产生兴趣。所发表的研究论文，都涉及反应机理，而且需要用实验或者量化计算来证明所提出的机理是可以接受的。举例：证实苯乙烯衍生物与溶剂类分子的双官能团化反应属于自由基（游离基）历程。我们选择了苯乙烯与乙腈的反应，使用TEMPO作为捕获剂，捕捉到了反应过程中新生成的活性中间体游离基，用高分辨质谱检测到了TEMPO和自由基加合物的存在；发现非共轭烯烃不发生反应，因为非共轭体系不能有效地分散和稳定关键中间体自由基上的单电子；还通过氘代乙腈(CD3CN)的动力学实验，验证了α-C(sp3)—H键的断裂是该类反应速率的决定步骤；通过计算化学，进一步揭示了该反应的历程属于自由基机理。我们2013年就发现Wang反应是通过自由基接力机制进行的：叔丁基过氧化氢产生的自由基像接力棒一样，把其产生的自由基单电子传递到溶剂分子CH3CN甲基上的C(sp3)—H键，促使其均裂产生新的自由基，新生的自由基与苯乙烯衍生物再发生自由基接力，自由基单电子被接力传递到反应物苯乙烯衍生物中的苯环邻位，苯环邻位的单电子能够被苯环大π体系所稳定。使其显示出持久的自由基稳定性和反应活性，不易被猝灭，自身难于偶联，能够积累到有效反应浓度，这是Wang反应能够成功的先决条件。有了这些理论基础，我们才能够在苯乙烯衍生物与稳定溶剂类分子的双官能团化反应方面进行一系列拓展，发表多篇文章，我们认为只有长时间高度凝练集中到某个“点”上，才能够取得真正意义上的突破。
本书新增加的“不对称【3+2】环加成反应合成手性氮杂环化合物”中，立体定向合成含氮杂环化合物是目前有机化学的一个重要领域。在许多含氮杂环化合物的合成中，环加成反应提供了一个非常重要的策略。近年来，利用不同金属介导的手性有机催化剂进行不对称【3+2】环加成反应，为构建立体化学复杂氮杂环化合物提供了新的方法。环加成反应涉及1,3-偶极子与亲偶极子的反应，1,3-偶极子通常包含杂原子和四个π-电子，它们分布在三个原子上，如叠氮化物、重氮烷、一氧化二氮、腈亚胺、腈叶立德、腈氧化物、偶氮亚胺、偶氮氧基化合物、偶氮甲亚胺叶立德，以及硝基、羰基氧化物、臭氧等。像腈叶立德Ph-CN+—CH-2这样的1,3-偶极分子的HOMO为-6.4eV，缺电子烯烃CH2CHCHO的LUMO为+0.6 eV，因此这些1,3-偶极环加成反应的反应速率很高。例如【Co(NH3)6】3+，对称的6个配体NH3分子，促使Co(Ⅲ)空轨道通过杂化产生六个能量均等的空3d24sp3轨道, 是一个对称的八面体场。但是由于不对称配体的作用，配合物中的金属离子原来的八面体场发生了完全扭曲和严重畸变。进攻试剂在非对称八面体场的微环境中显示出很强的立体选择性，这是手性配体促进催化不对称反应的关键所在。
本书增加的“有机反应和天然产物全合成以及人工智能问题”中讲到，有机反应好比是研究单层楼构建的方法和技巧，而全合成好比是一座几十层高楼的建筑，有机反应是天然产物全合成的先导和根本。无论多少步反应，首先要考虑每一步的反应试剂、反应条件、反应介质、环境保护等一系列问题，重要的是ee%值的提高、手性保持、昂贵催化剂回收等问题。全合成需要采用尽可能短的合成路线和廉价原料，充分体现合成路线的艺术性和原子经济性原则，尽可能高产率、高纯度地得到每一步反应的产物。
第四次科技革命已经来临。这是继蒸汽机技术革命（第一次工业革命），电力技术革命（第二次工业革命），计算机及信息技术革命（第三次工业革命）以后的又一次科技革命。第四次科技革命研究已经渗透到了有机反应中。Cronin教授在Nature发表文章(Nature,2018,559：377), 认为机器人能够拥有人类化学家的“直觉”。他们开发了新的机器学习和算法控制的有机合成机器人，可以在完成一个实验后进行独立“思考”，决定下一步实验如何进行。机器人也可以独立自主地探索新有机反应。
本书还增加了“稀土催化有机反应”。稀土金属离子4f轨道不参与成键，呈现出高配位性。论述了稀土催化的插入反应、稀土催化的σ-键复分解反应及稀土催化的环化与开环反应，稀土催化的重排反应、稀土催化的氧化还原反应，特别是稀土催化的偶联反应。王乃兴课题组最新发现在稀土催化剂Y(OTf)3催化下，以二叔丁基过氧化物作为自由基引发剂，氮杂芳烃与醚类化合物能够直接发生偶联反应，该反应属于C(sp3)—H键的官能团化交叉脱氢偶联反应，具有原子经济性好，选择性强等优势。氮杂芳烃与醚还有硫醚均能得到C(sp3)—H键的官能团化产物。除链醚以外，环醚也可以有效地发生C(sp3)—H键的官能团化反应。
2019新型冠状病毒（COVID-19）引起了全球的广泛关注，本书特别增加了新的一节“新冠病毒(COVID-19)与高效安全的疫苗以及抗病毒药物”，对人们普遍关注的问题作了论述，同时说明了药物的抗药性等相关问题。
本书论述的Wittig反应、Diels-Alder反应、Grubbs试剂和烯烃复分解反应（Grubbs试剂见本书第五章新补充的内容）及书中涉及的Suzuki反应、Negishi反应、Stille反应、Heck等人名反应以及维生素B12等复杂天然产物合成、酶催化、叶绿素、血红素、类胡萝卜素和维生素A、生物碱、前线轨道理论、化学反应中的电子转移理论、Fullerene烯、辅酶如NADH(NADPH)、光合作用、催化不对称合成等内容都涉及诺贝尔化学奖，读者可以参见本书附录。
总之，本书第五版增补了不少新内容，并对2019年和2020年的新文献也有比较多的引用。相信对年轻学者和化学、化工研究人员的参考和利用价值会更大。
著书立说、多次再版并不断完善一部有益于青年和学人的学术著作绝非易事！尽管笔者倾注了大量心血，缺陷仍然难免，在此敬请广大读者指正为盼。

王乃兴
2021年3月18日于中国科学院理化技术研究所


第一版前言
本书对一些多氮化物的反应作了阐述，如一些多氮化物的缩合反应的历程，叠氮化物及其衍生物苯并氧化呋咱的主要反应，侧重介绍了一些多氮化物的重要反应；含氮化物与Fullerene【60】的化学反应涉及一些新方法，本书也作了介绍。多氮化物不仅涉及前景广阔的杂环化合物和一些新试剂、新反应、新方法，而且在生命科学领域占有重要位置。本书对NADH（NADPH）等生物活性分子及其模型分子的合成，NADPH与生物光化学等内容作了较为深入的描述，并概述了酶催化的有机反应。相信这些生物活性分子的有机反应会引起读者的兴趣。
研究有机化学中的一些理论问题，一直是化学科学的重要内容，涉及的范围很广。本书主要对有机反应中的溶剂效应，如溶剂对反应的定量理论，新的反应介质、离子液体、固相反应等作了说明；本书对有机反应中的相转移催化作用作了阐述，并对相转移催化的新进展如三相相转移催化、温控相转移催化、手性相转移催化剂等作了描述；本书对有机反应中的极性转换作用作了介绍，给出了一些新例证说明了其在有机反应中的应用。最后，运用前线轨道理论，对环加成反应的择向效应作了总结，介绍了微扰分子轨道法在有机反应中的应用。本书在各大节后均给出了主要参考文献，有利于读者进一步探讨。书中的主要内容是作者近几年来在国内外刊物上发表过的研究工作，较为新颖和前沿，本书作了修改和补充。
作者长期从事有机化学的研究工作，已在国内外核心期刊发表论文百余篇。本书结合作者多年来在国内和在美国的一些研究工作，主要筛选了作者在多氮化物的反应等方面的积累，整理出版本书，抛砖引玉，以期扩大读者的知识面，同时对有机理论的学习有所帮助，并在培养正确的思考方法上有所裨益。为便于读者阅读，作者对有关反应机理均加了箭头。由于水平有限，时间不多，书中难免有误，敬请多加指正为盼。在此，感谢国家自然科学基金（50272069）的资助。

王乃兴
2002年10月


第二版前言
承蒙读者厚爱，本书得以再版。
我敬劝翻阅此书的读者，不妨选读本书的几节或几章，您一定有所受益。
大家知道，化学是一门核心科学。由美国Brown T.L.等编著，Prentic.Hall.Inc出版公司出版的《化学——中心科学》（Chemistry：The Central Science）已出到第八版。北京大学徐光宪院士在《化学通报》2003年第一期上撰文提出，21世纪是信息科学、合成化学和生命科学共同繁荣的世纪；指出21世纪化学面临的一些难题，如化学反应的问题，结构与性质的定量关系，以及生命化学难题等。作者认为，在20世纪，化学已经为人类作出了不可替代的巨大贡献，如果说没有化学家解决化肥的问题，不知有多少人将会挨饿；如果没有化学家解决抗生素的问题，一个腮腺炎就会夺去一条生命。更不用说，化学为人们提高生活品位，乃至延年益寿作出的巨大贡献。合成纤维、合成塑料、合成橡胶曾极大地促进了生产力的蓬勃发展。
人类要生存和发展就要不断创造新物质。化学特别是合成化学是直接创造新物质的科学，所以徐光宪院士将合成化学与分离技术排在第一位。作者认为，有机合成化学与纯化学研究、精细化工、农林、材料、制药、生物化学和生命科学、医学、地学等诸多学科和领域都有着密不可分的渊源，希望有志于投身有机化学事业的年轻一代，酷爱这门神奇而又有活力的基础学科。
有机化学门类繁多，传统的教科书按照烃、卤代烃、醇、醚、醛、酮、羧酸、酯、糖类、萜类、甾族等等来分类，显然这些庞杂的化合物是不含氮的。关于化合物的命名，人们多从其结构特征和性质入手，还有一些属于音译等。作者1987年从事研究工作以来，从合成氮杂环硝基衍生物开始，到合成一些辅酶NADH模型分子和一些手性分子，在研究相关的多氮化物反应方面用去了一定的时间，有了一定的积累。本书选取了一些较为前沿的工作，内容上新颖一些，形式上面广一些，因此不像教科书那样系统和易读。作者选用多氮化物仅仅是一条主线，是把书中的主要内容串起来，并没有罗列大量的多氮化物的性质用途等，也没有涉及庞杂的杂环化合物，而只是给出了一些典型的反应，并对机理作了说明。在第二版的增补方面也只是增加了四唑、四嗪、生物碱合成、新的卟啉衍生物的合成等有特色的内容。
第二版的增补，首先是增加了全新的第7章“含氮化合物的手性合成有机反应”。手性合成代表了现代有机合成的前沿，作者目前也从事这方面的研究工作，由于本书涉及多氮化物，作者只能就含氮化合物在手性合成方面的相关内容给予概述。在新增的这一章最后，作者提出了一个观点，即手性只能靠引入和导入而来，只能由不对称中心转换而来，不能凭空产生。目前常用的四大类手性合成方法：天然手性源的手性合成，通过手性试剂的手性合成，通过手性助剂的手性合成，通过手性催化剂的手性合成。前两种靠引入，后两种靠导入。手性拆分常用结晶法，要用纯手性化合物来拆分，手性柱要有手性填料，酶法是因为酶本身有手性。对手性化合物认识的不断深入，表示人们已经进入了有机合成化学的一个新层次，向自然的本来面目逼近了一步。因为生命物质是有手性的，生命体对医药分子亦提出了手性的要求。
第二版增补了绪论部分，成为新的一章。系统地介绍了多氮化物在医药、功能材料、天然化合物方面的进展，重点介绍了其在医药方面如抗生素、抗病毒药物及抗高血压药物的进展。多氮化物在药物方面的内容极其丰富，可以说没有多氮化物，医药则所剩无几。当然并不是说因为含氮才会有疗效，而是从所含元素的角度来看，氮元素对太多的医药和生命物质实在是不可缺少的。进一步从有机化学的角度提出一些新理论来说明，为什么在一百多种元素中，氮对医药分子和生命物质必不可缺，这是一个新问题。Kern等用NMR观察了Cyclophilin A在催化过程中氨基酸骨架氮原子的运动，结果发现在酶骨架中有9个氮原子当酶与底物发生作用时会发生变化。DNA双螺旋结构中碱基配对时的物质载体是氮原子，生物体系中的超分子组装中氢键的形成少不了含有孤对电子的氮原子，这就说明了多个氮原子存在的重要性。许多多氮杂环衍生物有抗菌活性，其特殊杂环结构与功能的深层原因还需要大家进一步从理论上探讨，以便对分子设计有所启示。氮原子的一个显著特征就是其孤对电子可以作为电子的给予体。
第二版对原书的第5章(本书第6章)NADH（NADPH）等生物活性分子及酶催化有机反应，补充了不少新内容，主要是这方面发展太快了。第二版还增加了视觉光化学新的内容，因为生物光化学原本涉及光合作用、视觉光化学、游离基光化学等几个范畴。光合作用与NADH相关，视觉光化学也与NADH有关系，视觉光化学涉及物质的立体化学和能量变化，涉及细胞信号传输等更复杂的问题。作者认为，回答和解决生物光化学中的问题，最终还得依靠化学手段。
第二版在酶催化一节最后补充了酶催化的手性合成，并对原书第6章有机反应中的若干理论问题中的溶剂效应部分，补充了氟有机溶剂的专论，由于现代固相反应是利用载体进行相关的有机反应，这种新的反应方法使得反应中原料和副产物容易分离除去，是一门新的方法学，第二版做了专论。另外第二版增补了一些C60含氮衍生物合成方面的新内容等。
徐光宪院士把合成化学与其他两门科学作为共同繁荣21世纪的科学，是非常精辟的。在长沙2004年4月中国化学会第24届年会上，唐有祺院士对合成化学也寄予厚望，他认为整理天然产物将对合成化学起到很重要的作用，在这方面，20世纪最有影响的就是R．B．Woodward，维生素B12的合成正是其大手笔的写照，本书在绪论中作了介绍。哈佛大学的Y．Kishi于1989年在美国化学会志（J．Am．Chem．Soc.）发表了海葵毒素全合成的论文，美国Chemical & Engineering　News给予了极高的评价。海葵毒素是一种结构十分复杂的天然产物，分子式C129H223N3O54，有64个手性中心，可能的立体异构体是271个，立体专一地合成所需要的目标产物海葵毒素，其合成难度不言而喻。
有机化学制造新物质的方法就是有机合成。合成是要靠多步骤的有机反应来完成的，因此，有机反应是化学科学活的灵魂。有机反应中物质的组成、结构都在发生变化，有机反应又涉及能量的变化、设备条件、反应介质、环境保护等一系列问题，手性合成反应还要考虑到ｅｅ％值的提高、手性保持、手性催化剂回收等新问题。特别是，有机反应中复杂的化学变化应该是可知的，一些活性中间体的捕获，一些反应机理的提出，一些结构学说的发展等理论问题应该层出不穷。人们对有机反应的研究进一步丰富了结构化学、物理化学和物理有机化学以及分析化学的内容。
有机反应到底是怎样进行的？我们的肉眼看不见微小的有机分子在反应中的变化过程，扫描电镜等延伸了人们的观察能力，但是人们对于处于活动状态的分子以及活生生的分子（如生物体系中鲜活的分子）运动规律的认知，还非常之肤浅。我们虽然在实验手段极其有限的条件下作了艰辛的探索，但科学实验的实践活动永远不会停止在原有的水平上，人的认识的深化永远没有穷尽。华裔科学家李远哲教授曾设计出交叉分子束的实验手段，对化学反应过程进行过深入的研究，于1986年荣获诺贝尔化学奖。然而，各种更新的实验手段还需要人们去设计，去创造。
作者认为，要提高主观见之于客观的理论和观点的正确性，就要站得高一些，就要靠不断学习和深入研究来提高自己。实验是化学研究的最基本的东西，应该通过实验来进一步研究反应、理解反应，分析和解决一些理论问题。
本书名为有机反应，是因为各章都涉及有机反应的命题。书名用小标题限制到了一个侧面上来。应该说明，作者并不是专门从事多氮化物研究的，本书是在通过研究多氮化物这个侧面，有特色地论述相关的有机反应的新进展、反应中结构的问题等。书中提到的Wittig反应，Diels-Alder反应，维生素B12等复杂天然产物合成，固氮，酶，酶催化，叶绿素和血红素，类胡萝卜素和维生素A，生物碱，前线轨道理论，化学反应中的电子转移理论，相关化合物电子结构理论，Fullerene烯C60，辅酶如NADH（NADPH），光合作用、冠醚和超分子化学、催化不对称合成等内容都涉及诺贝尔化学奖（见本书附录）。本书涉及的相关生物医学活性分子、生物碱分子以及光合作用与视觉光化学等内容，都比较新颖。另外作者在书中多次提到了有机反应中的能量问题，多处对所提出的反应过渡态中间体的稳定性，从能量角度加以分析，因为有机反应能够发生的原因之一就是能量最低原理。书中大量内容是作者所从事过的研究工作，但不仅限于个人的工作，书中引用论述别人的工作都给出了文献出处，读者如能细读，能够得到一些裨益。另外，结合作者给出的大量文献信息，读者可以找到具体实验操作步骤和方法，做进一步深入的专门的研究。2004年8月，在兰州大学召开了第三届全国有机化学学术会，发表的论文涉及手性化合物内容的最多。可以看出，我国有机化学的国际水平在不断提高。
原书出版不到两年，现出第二版，虽增补了一些内容，但时间毕竟太少，能利用的时间也只有周末，特别是春节和“五·一”。由于著者水平有限，时间仓促，书中有误之处敬请读者指正。在此感谢国家863项目2003AA323030对我们科研工作的资助。

王乃兴
于北京中关村新科祥园


第三版前言
化学在人类文明史上已经发挥了和正在发挥着越来越重要的作用。由美国Brown T.L.等人编著，Prentic.Hall.Inc出版公司出版的《化学——中心科学》（“Chemistry：The Central Science”)已经出版到第十版。自20世纪以来，合成化学已经为人类做出了巨大贡献，20世纪被人们称为三大合成（合成纤维、合成塑料、合成橡胶）的化学合成极大地促进了生产力的蓬勃发展。有机化学工作者合成了许许多多的有机化合物，极大地丰富和满足着人类社会的各种需求。现在，抗生素、抗病毒药物、心脑血管药物、抗肿瘤药物、许多维生素等复杂化合物正为人类健康发挥着巨大的作用。人工合成的天然产物如奎宁、维生素B12、万古霉素、海葵毒素等一系列里程碑式的重要天然产物已经改变了化学世界。在我国，人工麝香、人工牛黄等仿生合成极大地满足了人们的需求。另外，各种人工合成的先进功能材料也为人类社会做出了巨大贡献。
有机化学比较零碎，传统的教科书按照烃、卤代物、醇、醚、醛、酮、羧酸、酯、糖类等来分类，这些庞杂的化合物是不含氮的。作者从1987年从事有机化学研究工作以来，从合成氮杂环、苯并氧化呋咱衍生物开始，到合成一些辅酶NADH模型分子和含多手性中心的复杂分子等，在研究相关的多氮化物反应方面用去了不少的时间。
本书第二版于2004年出版以后，作者就着手积累资料并开始补充。第三版把从2004年到现在主要发表在国外核心化学期刊上(如J.Am.Chem.Soc.;Angew.Chem.Int.Ed.Engl.;J.Org.Chem.; Org.Lett.)的多氮化合物的新反应、新试剂、新方法、新理论作了系统深入的总结，特别是替换了第二版中一些较为陈旧的内容，删除了第二版的1.4节；4.10节, 5.5节等较为陈旧的内容，并且增加了一些最新内容，都是近几年来研究成果的总结和评论。相信第三版的学术水平和参考价值更大。
第三版在第3章增补了“3.3叠氮化物反应的新进展”一节，近几年来利用叠氮化物合成复杂杂环化合物和进行不对称合成的新方法层出不穷。钯催化的交叉偶联反应2010年荣获诺贝尔化学奖，引起了人们的极大兴趣，作者在第三版第4章补充了“4.13钯催化的交叉偶联反应”一节。氮杂环卡宾近几年来在有机合成化学中非常活跃，作者在第4章 “4.16 N-杂环卡宾(NHC)” 作了专门论述。美国Scripps研究所的Sharpless教授报道了一价铜催化的端基炔和叠氮化物的环加成反应(Click反应), 最近作者也发表了这方面的评论文章(Coordin. Chem. Rev.，2012,256：938～952)。Click反应没有副产物，可以用来合成许多三唑衍生物包括手性三唑衍生物。作者在第三版第７章第7.7节利用较大的篇幅论述了“Click反应和多氮手性化合物及手性催化剂”，并在第7章的7.5节和新增的7.8节，详细论述了有关手性的一些新问题。
多氮化物在国外也叫富氮化合物，涉及的研究领域很广。正如作者在第二版所说：如果没有多氮化物，医药则所剩无几。当然并不是说必须含氮才会有疗效，而是从所含元素的角度来看，氮元素对许多药物和生命物质实在是不可缺少的。多氮化物有几个特征，首先，多氮化物和叠氮化物、三唑、四唑等都不稳定，一些结构复杂的生物活性的多氮衍生物在体内也很容易被分解和代谢，从理论上讲，这些多氮衍生物位能较高，而分解产生的是能量较低的稳定的小分子，因此，多氮化物能够为生命体系提供一定的生物能。其次，生物活性的多氮衍生物在人体内往往容易成瘾。另外，多氮化物的一些官能团如氰基、硫氰基、异硫氰基、叠氮基、重氮基等在构建复杂化合物合成策略和方法中有着特殊的价值。
复杂手性化合物和天然产物的全合成是有机化学为民众健康服务的需要，有机化学制备新物质的方法就是有机合成。合成是要靠多步骤的有机反应来完成的，可以说，有机反应是化学科学的活的灵魂。
化学反应的本质是旧键的断裂和新键的生成。为什么旧键能够断裂新键能够生成？化学热力学从理论上做了很好的说明。但是在人工合成中，许多反应过程是由强的键生成弱的键，往往需要较为苛刻的反应条件。有人认为，这个世界上最伟大的有机化学反应就是大自然的光合作用。叶绿素的光合作用中，水分子中强的H—O键被断裂放出氧气，一种氧化能力较弱的NADP+辅酶的氧化态在多种酶的催化下，经过复杂的Z型多步过程，克服逆势，最终夺取水分子中的氧原子上的电子，把水氧化为氧气。这个H2O被氧化的复杂机制发生在光合作用中光系统Ⅱ(PSⅡ)中。光合作用中光系统Ⅰ(PSⅠ)生成具有手性还原能力的辅酶分子NAD(P)H, 而在光合作用的暗反应中NAD(P)H在诸种酶催化下把 CO2还原成为单糖。大自然创造出人工相形见绌的杰作。记得小时候在中学化学课堂上，化学权威张秦川老师把点燃的镁条插入盛有CO2的广口瓶中，火花四绽，CO2仅仅被还原为细小的碳粒。大自然以何等的奥妙和智慧，魔术般地用NAD(P)H把 CO2最终还原成糖？为此，第三版仍保留了原来生物光化学的部分。
有机反应到底是怎样进行的？人们的肉眼看不见微小的有机分子在反应中的变化过程，特别是人们对于生物体系中鲜活的分子的运动规律的认知还非常不足。化学家发现一些信号分子可以在细胞之间进行信号转导。人类的认知过程永远没有穷尽。希望年轻一代在实验过程中研究反应、理解反应，把实践过程中的感性认识上升到理论的高度。
大家知道，矛盾的普遍性存在于矛盾的特殊性之中。有机反应具有广泛的普遍性，而本书通过多氮化物这个侧面，试图通过特殊性来揭示其普遍性中的一些问题。应该说明，作者并不是专门从事多氮化物研究的，作者领导的团队是从事功能分子与手性化合物合成的研究组。
本书中提到的Wittig反应、Diels-Alder反应，维生素B12等复杂天然产物合成，酶催化，叶绿素、血红素、类胡萝卜素和维生素A、生物碱，前线轨道理论，化学反应中的电子转移理论， Fullerene烯，辅酶如NADH(NADPH)，光合作用、催化不对称合成等内容都涉及诺贝尔化学奖（见本书附录）。书中涉及的Suzuki反应、Negishi反应、Heck反应也于2010年获得诺贝尔化学奖。希望年轻一代能够从中汲取一些营养。另外作者在书中多次提到了有机反应中的能量问题，多处对所提出的反应过渡态、活性中间体的稳定性，从能量角度加以分析，能量最低原理也存在于一些有机反应中。书中一些内容是作者以前从事过的研究工作，书中引用论述别人的工作都给出了文献出处，结合作者给出的大量文献信息，读者还可以找到一些具体实验操作步骤和方法，做进一步深入和专门的研究。
读者可以看到，本书渗透和突出了许多物理有机化学方面的内容，在一些理论问题上下了一番工夫。
本书第二版出版已经8年，对浩如烟海的多氮化物有机反应进行评论和总结，是一项艰辛的工程。有利的一点是，作者受命兼职从2009年开始为中国科学院研究生院研究生讲述“有机反应”这门课程，几年来，为帮助研究生分析和解决有机反应中的理论问题并掌握一些重要的有机反应类型和新颖的有机人名反应，作者又做了辛勤的努力，也受到了学生普遍的好评，也悟出了一些应该增加的新内容。整理出版本书第三版能利用的时间也只能是周末和假日，由于水平有限，书中疏漏不足之处还敬请读者指正。在此感谢国家自然科学基金(21172227)和973子课题(NO.2010CB732202)对我们研究组科研工作的资助。

作者 王乃兴
2013年5月2日夜于中国科学院理化技术研究所


第四版前言
感谢读者厚爱，本书得以再版。
本书第三版出版以后，作者在研究工作中，积累了一些新的增补资料，特别是作者研究组近年来的研究取得了一些重要进展，对于提高本书(第四版)的价值具有很大意义。
首先，本书在第四版增补了新的第六章“游离基反应”，重点评述了作者研究组近年来在这方面取得的一些新的重要成果。
有机反应一般分为四大类型：氧化还原反应，离子反应，周环反应和自由基反应。离子反应历程比较常见，本书从第二章到第四章都有论述，作者在第四章第一节“有机合成中的氮杂Wittig反应”中，用箭头标注这类离子反应历程的地方就多达60个。长期以来，游离基反应被人们所忽视，本书前三版也没有对游离基反应展开过论述。一般来说光反应大多为游离基历程，通常光化学反应速率快，导致一些光反应难以控制，产物比较混杂，一些热反应的游离基历程也存在着收率不高等问题。人们对游离基反应往往产生误解，游离基反应的研究相对滞后。
近年来，游离基反应在有机合成新方法学研究中异军突起，一些游离基反应非常巧妙，反应条件温和，选择性好，收率高。通过一锅反应(one pot reaction)能够简洁地得到多官能团的复杂产物，而且反应物简单廉价，常见的金属盐也可以作为催化剂。新型游离基反应不仅为有机反应的发展做出了贡献，更为环境友好、原子经济性合成复杂化合物开拓了新生面。
作者领导的研究组从2012年就开始探索苯乙烯的高值转化反应，发现苯乙烯可以在催化条件下与脂肪醇、酮、腈类等一步反应得到双官能团化合物。苯乙烯与乙腈的转化反应无需任何金属催化剂，一步就得到可以用于药物中间体的双官能团化产物——酮腈类化合物。
苯乙烯与脂肪醇、酮、乙腈等的高值转化反应，从经典的离子反应历程角度看，似乎有些神奇，这些高值转化反应到底是通过什么机理进行的？以前我们提出可能的反应机理是游离基机理，最近，在机理研究方面，取得了重要的突破性进展，充分证实了苯乙烯与醇、酮、腈等的C—H键官能团化属于游离基历程。我们使用TEMPO作为捕获剂，成功地捕捉到了反应过程中生成的活性中间体游离基，捕获剂TEMPO和自由基形成了一种稳定的加合物，高分辨质谱检测到了加合物的存在。为了进一步验证游离基历程，利用非共轭体系的烯烃进行实验，发现非共轭烯烃不发生反应，因为非共轭体系不能有效地分散游离基的单电子；而苯环等共轭体系则能有效地分散相邻的游离基的单电子，该反应进一步支持了游离基反应的机理。我们还通过氘代乙腈(CD3CN)的动力学实验，验证了α—C(sp3)—H键的断裂是该类反应的速率决定步骤。另外，通过计算化学，从物理化学角度，通过能垒数据，进一步揭示了该反应的历程属于游离基机理。我们在苯乙烯与醇、酮、腈等的高值转化反应研究方面的论文，发表在一区国际刊物上。
大量文献报道了许多新颖的游离基反应，新型游离基反应已经成为一个具有很高科学水平和应用价值的合成化学里程碑。半个世纪前，高分子化学蓬勃发展，为人类提供了塑料、合成纤维、合成橡胶等不可缺少的物质，实际上这三大类材料合成的许多共聚反应过程本质属于游离基反应历程。今天诸多的社会需求，从各类药物到人们常用的化学日用品，从新材料到各个领域，都要依赖于有机合成反应的发展，而游离基反应可以缩短时间，而且具有很高的转化潜力。但是，作者认为，能够得到广泛应用并且具有普遍工业价值的游离基反应还有待于开发，大量报道的游离基反应需要较高的催化剂载量、高温、强酸以及强氧化剂等等，这些严重制约着游离基反应的工业应用，而且某些催化剂往往十分昂贵而不利于工业化。到目前为止，立体控制的游离基反应研究成果依然很少。作者认为，在工业化方面，与离子反应、氧化还原反应历程的其他有机反应相比，游离基反应还面临着一系列的问题需要解决。然而，游离基反应在应用开发方面才刚起步，新的路子会越走越宽广，作者相信：在有机合成化学中，游离基反应的未来必定具有广阔的前景。
其次，在第四版的第七章中，作者补充了花瓣状辅酶NAD(P)H模型分子及其荧光活性，基于第三版介绍的具有“盆状结构”的NAD(P)H模型分子，我们又设计和合成了具有三个吡啶酰胺结构的花瓣状NAD(P)H模型分子。花瓣状NAD(P)H模型分子没有封闭，这样既可以与金属离子进行有效的络合，而且在与脱氢酶的识别中会有很好的优势。花瓣状辅酶NAD(P)H模型分子具有非常强的荧光活性，在大量金属离子存在下，花瓣状NAD(P)H模型分子唯独对Fe3+具有选择识别特性。作者还补充了NAD(P)H模型分子在脱氢酶催化下的还原反应，我们把辅酶NAD(P)H分子在和相关脱氢酶结合进行不对称还原反应研究，为NAD(P)H模型分子的研究开拓了一个新生面。在脱氢酶催化下辅酶NAD(P)H模型分子对复杂化合物的不对称还原反应，对理解光合作用中暗反应在脱氢酶催化等条件下，辅酶分子NADPH把CO2还原为糖具有重要意义。把生物酶与辅酶NADPH分子运用到有机反应中进行深入研究，在化学生物学领域是一个亮点。
有机反应能不能控制？通过什么手段来控制反应，可控反应实际上与选择性反应具有异曲同工之妙，“控制”来得更为强烈一些。目前，区域控制，立体控制，催化剂控制等等已经取得了极大的成功。为此，作者在第四版第九章(9.6节)补充了“可控反应”一节。在这部分内容中，介绍了作者在动力学控制反应方面的最新成果。当前合成化学有两个重要方面：一个是复杂化合物和天然产物全合成；另一个是有机合成方法学研究。目前有机合成方法学研究主要表现在以下几个方面：(1)区域选择性，即一个反应底物有几个反应点，在特定的条件下，一个反应点发生主要反应，其他反应点发生次要反应或者不反应。(2)立体选择性，就是利用手性有机小分子催化剂或者金属手性有机配合物进行立体控制，可以得到ee%或de%较高的立体专一产物。(3)催化剂选择性，各种各色催化剂的大力开发，包括稀土催化剂的开发。许多反应，没有合适的催化剂就不会发生。就是同一反应物，不同的催化剂有时可以得到不同的产物。(4)交叉偶联反应，本书第4.13有详细论述。(5)C—H键活化，碳氢键活化反应通常发生在C—H键邻位没有氮原子和氧原子，或者没有苄基、烯丙基等略有活性的质子，一般指不活泼的碳氢键的反应。(6)C—H键官能团化，发生反应的C—H键邻位有氮原子和氧原子等，或者苄基、烯丙基等，可以看出发生反应的这些C—H键本质上就具有一定的活性或其质子具有微弱的酸性，正因为发生反应的这些C—H键多少有些活性，因此把这类C—H键的反应叫做碳氢键官能团化。近年来，发展较快的是碳氢键官能团化反应。(7)酶催化的仿生反应研究。(8)元素有机化学在新反应中的应用，例如有机硼化合物，有机磷化合物，有机硅化合物等，大量过渡金属有机化合物直接作为反应物。
本书介绍了一些药物合成，为什么药物与多氮化物如此密切？向药物分子中引入氮原子，可以显著提高药物的水溶性和细胞渗透性，从而增强药物与生物靶标的相互作用，可以极大地提高药效。目前世界上约95%的药物分子都含有氮原子，如何高选择性地构筑含氮高效药物，是新药研发领域的重要课题。药物分子中氮原子上的孤对电子为重要药物靶标，为酶类提供了一个结合位点，这是一个关键的科学问题。关于药物的研究，还有两个重要科学问题：第一就是毒性：是药三分毒，我们就是要筛选毒性最低的化合物，一些药物虽然高效，但毒性太大，往往受到限制。例如有时R基中的甲基取代丙基，其毒性也会降低，通过实验优化筛选不同R基，减低药物分子的毒性，是非常重要的工作。有的多氮药物分子，缺少一个氮原子就不行。一个简单却又复杂的常识会说明毒性的问题，例如，乙醇可以少量饮用，而把乙醇分子中的乙基换成为甲基，变成甲醇，饮用后则因毒性而导致失明。仅仅因一个CH2基团竟然会如此，说明生命体系是多么的精微。第二是生物利用度：一种药不能在胃里被胃酸分解掉，不能在胃液、血液中发生结构变化(如红霉素的内脂结构易于水解)，再如神经系统药，要能够通过血、脑屏障，达到药物的靶点，充分发挥药物的疗效，极大地提高其生物利用度，这就需要研究。多氮化物作为药物，分子结构不能太不稳定，否则，到不了药物靶点，一些极不稳定的多氮化物中的氮就分解成为稳定的氮气，释放出一点稳定化能而失去药效。
本书在绪论部分也论述了一些多氮的天然产物化合物，如茶碱、喜树碱等。植物天然产物来源广泛，丰富多彩，满足了人类的各种需求，特别为新药发现提供了复杂而又稳定的药物分子的化学结构，供人们开发和筛选。生化教科书告诉我们，光合作用是叶绿素通过吸收二氧化碳和水分子，在光的作用下，生成葡萄糖，然后葡萄糖缩水得到淀粉。实际上我们在食用小麦淀粉时，还会有一定量的植物蛋白质(例如从小麦面中出来的面筋)，蛋白质是由氨基酸生成的，植物吸收稳定的氮气分子，就能够把氮气分子转化成为氨基酸中的氮原子，茶树还能够把氮分子转化为生物碱，这些生化反应过程给人们提供了新思路。光合作用的产物并非单纯的葡萄糖，玉米的光合作用产物还有不少的油脂。果树的光合作用提供了维生素；橡胶树光合作用的产物提供了优质天然橡胶……，自然界是非常复杂的，各类天然产物包括海洋天然产物为我们提供了探索自然界的机遇。
作者把近几年来发表在国外核心化学期刊上的多氮化合物的新反应、新试剂、新方法、新理论作了全面系统的总结，特别是紧密结合作者领导的研究组的研究工作开展论述，对2016年的文献也有比较多的引用。第四版的学术水平较高，参考价值很大。
尽管作者做了很大的努力，缺陷还是在所难免，敬请读者指正。

作者 王乃兴
2016年12月

王乃兴，中国科学院理化技术研究所，担任国际本专业杂志常任审稿人，研究员、博士生导师，1993年入中国科学院化学研究所做博士后，1995年完成博士后研究留所并晋升副研究员。1996年赴美国从事博士后研究，在美国Rice大学(1998年全美排名第13)获Robert A. Welch 博士后奖学金和Extraordinary Ability Individuals (O-1-VISA)等。2000年回国入选中科院“百人计划”。目前，已经全合成了含四个手性中心的复杂的生物医学活性分子，用新方法合成了手性抗高血压的β受体阻滞剂和一些复杂功能分子，在美国Org. lett.和J. Phys. Chem.等核心国际科学刊物发表了多篇论文。到目前，已在国外和国内科技刊物上发表论文150余篇，专著三部，申请发明专利12项，获授权专利9项，担任国际本专业杂志常任审稿人。目前主要从事手性化合物和复杂分子的合成及方法学研究。担任中国科学院研究生院博士生导师，已培养毕业的博士生多名。部分在国外深造，部分在国内制药公司任高级研究人员或在国内高校工作，其中四人在读期间获得所长奖学金或其他奖项，有多人在美国做博士后研究，博士生唐石2008年7月获中国科学院一项冠名奖。

本书概述了多氮化物的研究进展，论述了相关多氮化物的反应问题，书中对大量叠氮化合物的有机反应作了系统深入的论述，对叠氮化物涉及的氮杂Wittig反应机理和应用也作了详细讨论；对多氮手性杂环化合物的不对称合成，三唑化合物以及苯并三唑、咪唑、吡唑、哌嗪、咪唑环番、四唑和四嗪衍生物以及卟啉衍生物、吲哚生物碱等均作了较为详尽的论述；并对含氮化合物与Fullerene【60】的化学反应及其进展作了论述。本书对辅酶 NAD(P)H与生物有机光化学的基本问题及其NAD(P)H模型分子的最新研究进展作了深入的描述，概述了酶催化的有机反应及相关酶催化的手性合成，详细论述了相关含氮小环化合物的手性合成方法等。
本书对近年来开展的新型游离基反应作了深入细致的论述，对有机反应中的溶剂效应和各种新反应介质、载体固相反应、诸多种相转移催化剂以及极性转换的作用等重要理论问题作了阐述。
本书还介绍了一些前线轨道理论，深入论述了微扰分子轨道法的应用。
本书增加了“不对称【3+2】环加成反应合成手性氮杂环化合物”和“有机反应和天然产物全合成以及人工智能问题”两章，并且补充了稀土催化有机反应和Grubbs催化剂和烯烃环化复分解反应等重要新内容。
本书对2019年和2020年的新文献有比较多的引用，许多论题曾是诺贝尔化学奖涉及过的内容，内容新，应用背景强，学术水平较高，参考价值较大。
本书可作为有机化学、材料化学、药物化学、精细化工和生物工程等专业师生及科研人员的学习参考书。

第1章绪论1
医药研究方面1
1.1多氮化物作为抗生素1
1.2多氮化物作为降压药5
1.2.1多氮化物作为中枢降压药5
1.2.2多氮化物作用于离子通道的药物6
1.2.3多氮化物作为利尿降压药7
1.2.4影响RAAS系统的药物8
1.2.5多氮化物作为α受体阻滞剂10
1.2.6β受体阻滞剂11
1.2.7β受体阻滞剂与信号转导理论14
1.2.8多氮化物作为其他几种重要的心血管药16
1.3多氮化物作为抗病毒药物21
1.4新冠毒病（COVID-19）与高效安全的疫苗以及抗病毒药物27
1.5药物的抗药性等问题31
功能材料方面31
1.6合成染料类31
1.7新型非线型光学材料33
1.8新型含能材料33
1.9电化学传感器34
1.10多氮化物作为新催化剂36
天然化合物方面37
1.11简介37
1.12维生素B1238
1.13相关天然生物活性分子40
1.13.1生物碱40
1.13.2辅酶NAD(P)H简介47
1.14几种多氮手性天然产物合成48

第2章多氮化物的缩合反应60
2.1多氮化物二氨基吡啶的缩合反应60
2.1.1二氨基吡啶与几种多硝基卤代苯的反应62
2.1.2溶剂效应63
2.1.3NaF的促进作用63
2.1.4紫外光谱吸收64
2.1.5小结64
2.2二氨基吡啶缩合反应动力学65
2.3二氨基吡啶衍生物的性能与结构理论67
2.4相关含氮功能材料的性能与结构69

第3章叠氮衍生物的有机反应71
3.1叠氮化物的结构理论71
3.2苯并氧化呋咱的结构和反应75
3.2.1苯并氧化呋咱的结构75
3.2.2苯并氧化呋咱的合成方法77
3.2.3苯并氧化呋咱的主要反应78
3.2.4苯并氧化呋咱衍生物的合成新进展79
3.2.5最新高氮苯并氧化呋咱衍生物的合成81
3.3叠氮化物反应的新进展83
3.3.1利用叠氮化物合成玫瑰树碱83
3.3.2利用叠氮化物合成氮杂螺环化合物84
3.3.3手性控制的叠氮基的不对称加成84
3.3.4通过叠氮化物合成β-多肽85
3.3.5利用叠氮化反应合成(2S,4R)-4-羟基鸟氨酸衍生物86
3.3.6羟基直接一步叠氮化反应88
3.3.7叠氮基环化合成吲哚衍生物88
3.3.8叠氮苯和4-叠氮基-1-氧化吡啶的光化学反应89
3.3.9叠氮连烯化合物的环化串级反应90
3.3.10由叠氮化物合成腈的新方法94
3.3.11无Cu(Ⅰ)催化的叠氮化合物Click反应95
3.3.12用叠氮化物合成四元环的β-内酰胺96
3.3.13烷氧基n电子和正电荷相互作用的立体扩环反应97
3.3.14叠氮化合物有机反应的区域选择性98
3.3.15手性氮杂Wittig反应100
3.3.16苯二氮杂艹卓类化合物的合成100
3.3.17三唑与腈的有机反应及咪唑环番102
3.3.18多氮化物的不对称开环反应104
3.3.19利用叠氮基还原合成(+)-负霉素105
3.3.20通过叠氮化合物进行C—H键胺化反应106
3.3.21利用叠氮化物合成氮杂环丙烷衍生物108
3.3.22新试剂FSO2N3与一级胺有效叠氮化109

第4章多氮化物的有机反应113
4.1有机合成中的氮杂Wittig反应113
4.1.1亚胺基膦的制备和应用113
4.1.2分子内氮杂Wittig反应在杂环合成中的应用115
4.1.3串联氮杂Wittig反应的杂环合成117
4.1.4氮杂Wittig反应的最新进展120
4.2双氮手性杂环的合成130
4.2.1咪唑烷130
4.2.2咪唑啉酮133
4.2.3吡唑烷和吡唑啉135
4.2.4手性哌嗪环的形成140
4.3三唑合成中的含氮化合物143
4.3.1叠氮基与重键的作用144
4.3.2氨基缩合和氨基与异硫氰酸酯加成145
4.3.3Hoffmann重排反应146
4.3.4其他反应类型147
4.3.5融合的双三唑合成149
4.4三唑衍生物的合成150
4.5多氮咪唑衍生物及咪唑环番152
4.6苯并三唑的有机反应156
4.6.1苯并三唑作为好的离去基团156
4.6.2促使质子离去156
4.6.3好的电子给体156
4.6.4苯并三唑与Wittig试剂的开环反应157
4.6.5快速真空热解法合成7H-联苯并【b,d】-氮杂-7-酮158
4.7多氮试剂——DBU159
4.8氮宾（Nitrene)及其单线态与三线态163
4.8.1氮宾的结构163
4.8.2氮宾的生成164
4.8.3氮宾的反应165
4.8.4活泼的铜氮宾168
4.9荧光与磷光现象173
4.9.1结构特征173
4.9.2荧光与磷光173
4.10重氮化物的结构和反应176
4.11四唑和四嗪的有机反应179
4.11.1四唑及其有机反应179
4.11.2双环四唑衍生物的合成181
4.11.3四嗪及其反应182
4.11.4手性四嗪化合物的合成183
4.12相关天然吲哚生物碱的合成反应及吲哚合成186
4.12.1Suzuki反应合成吲哚生物碱186
4.12.2Negishi反应合成吲哚生物碱188
4.12.3Stille反应合成吲哚生物碱189
4.12.4Heck反应合成吲哚生物碱190
4.12.5Tsuji-Trost反应合成吲哚生物碱191
4.12.6吲哚骨架的合成192
4.13钯催化的交叉偶联反应199
4.13.1钯催化的交叉偶联反应机理199
4.13.2新进展202
4.14烯烃环化复分解反应和Grubbs催化剂206
4.14.1引言206
4.14.2Grubbs催化剂的发展207
4.14.3Grubbs催化剂催化的烯烃复分解反应208
4.14.4手性Grubbs催化剂210
4.14.5羰基-烯烃关环复分解反应212
4.15卟啉衍生物的合成反应213
4.15.1卟啉衍生物的生物合成213
4.15.2卟啉衍生物的化学合成215
4.15.3聚卟啉的合成反应217
4.15.4耳坠型卟啉化合物的合成223
4.16生物圈和植物中的氮素225
4.17N-杂环卡宾（NHC）229
4.17.1N-杂环卡宾作为有机催化剂229
4.17.2N-杂环卡宾（NHC）催化的分子内环化反应230
4.17.3N-杂环卡宾（NHC）催化剂【Ni(NHC){P(OPh)3}】高选择性催化烯烃和醛的偶联反应231
4.17.4手性氮杂环卡宾-Cu(Ⅰ)催化共轭加成反应232
4.17.5氮杂环卡宾-Pd催化体系232
4.17.6氮杂环卡宾催化羧酸转化为吡喃酮233
4.17.7铜-氮杂环卡宾233
4.18催化的氮宾插入和Brnsted酸催化的串级反应234
4.18.1Au(Ⅲ)催化的氮宾插入234
4.18.2Cu(Ⅱ)催化N-对甲苯磺酰氨基甲酸酯的分子内反应235
4.18.3手性Brnsted酸催化串级反应236
4.19葫芦【6】尿多氮化物237

第5章含氮化物与Fullerene【60】的有机反应239
5.1Fullerene【60】的有机反应239
5.1.1加成反应——Fullerene【60】的主要反应方式239
5.1.2其他几种有机反应类型240
5.2Fullerene【60】与含氮化合物的反应243
5.2.1与叠氮化物的反应243
5.2.2与重氮化物的反应244
5.2.3与生物活性含氮化物的反应245
5.2.4与多氮化物的光化学反应245
5.2.5与小分子含氮化物的反应248
5.313C NMR谱和Fullerene【60】的衍生物252
5.3.16,6加成和6,5加成252
5.3.2五元环和六元环的磁异性255
5.4C60研磨与机械化学258
5.5机械力将分子由绝缘体“拉成”半导体258

第6章不对称【3+2】环加成反应合成手性氮杂环化合物260
6.1Cu(Ⅰ)催化的【3+2】环加成合成三唑衍生物261
6.2不对称1,3-偶极环加成反应合成手性氮杂环化合物263
6.2.1无金属和Ag(Ⅰ)介导的对映选择性【3+2】环加成263
6.2.2Cu(Ⅱ)、Cu(Ⅰ)和Au(Ⅰ)介导的对映选择性【3+2】环加成266
6.2.3Ni(Ⅱ)和Sc(Ⅲ)介导的对映选择性【3+2】环加成268
6.3不对称非1,3-偶极【3+2】环加成反应合成手性氮杂环化合物269
6.3.1钯(0)催化不对称【3+2】环加成反应269
6.3.2Rh(Ⅰ)-催化的分子内不对称【3+2】环加成271
6.3.3Sc(Ⅲ)、Ti(Ⅳ)-催化的不对称【3+2】环加成272
6.4小结276

第7章游离基反应277
7.1碳氢键官能团化278
7.1.1碳氢键活化和碳氢键官能团化278
7.1.2C(sp3)—H和C(sp)—H的偶联反应279
7.1.3C(sp3)—H和C(sp2)—H的偶联反应281
7.1.4碳氢键官能团化小结282
7.1.5烯烃衍生物的游离基C—H键双官能团化282
7.2作者研究组近期发展的游离基反应285
7.2.1选择性的镍或锰催化的交叉脱羧偶联反应285
7.2.2苯乙烯在催化条件下与脂肪族醇反应287
7.2.3苯乙烯在催化条件下与酮反应288
7.2.4苯乙烯与乙腈的游离基反应及其历程验证289
7.2.5苯乙烯与开链醚一步反应合成双官能团化产物292
7.2.6苯乙烯衍生物与溶剂类分子的双官能团化与Wang反应总结293
7.3光化学反应295
7.3.1概念295
7.3.2光反应用于选择性C—H键官能团295
7.3.3光化学反应中的几个重要问题296

第8章NAD(P)H等生物活性分子及酶催化有机反应301
8.1NADH模型分子的合成301
8.1.1概述301
8.1.2一些C2对称的NADH模型分子的合成303
8.1.3NAD+模型分子的还原研究305
8.1.4同位素效应和空间效应306
8.1.5线粒体呼吸和生物电子传递中的NADH308
8.1.6NAD(P)H及其模型分子的研究进展311
8.1.7花瓣状NAD(P)H模型分子及其荧光活性317
8.1.8NAD(P)H模型分子在脱氢酶催化下的还原反应319
8.1.9NAD(P)H参与脱氢酶催化的还原反应进展320
8.1.10辅酶NAD(P)H研究的科学意义325
8.2NADPH与生物有机光化学331
8.2.1概述331
8.2.2光合作用中的NADPH332
8.2.3光合作用与NADPH小结336
8.2.4海洋和细菌的光合作用337
8.2.5光合作用的进一步探讨339
8.2.6光合作用中的叶绿素f的研究进展344
8.2.7视觉光化学345
8.3卟啉衍生物和类胡萝卜素衍生的大分子350
8.3.1卟啉衍生物350
8.3.2类胡萝卜素衍生物352
8.4有机反应中的酶催化354
8.4.1概述354
8.4.2酶催化与有机反应354
8.4.3手性合成中的酶催化361
8.4.4酶催化的不对称C—H官能团化363
8.4.5红茶发酵中的酶催化反应365
8.4.6小结367

第9章小分子含氮化合物和手性合成问题370
9.1概述370
9.2氮丙啶的结构特征372
9.3氮丙啶作为手性底物373
9.3.1简介373
9.3.2氮丙啶的合成375
9.3.3氮丙啶的亲核开环376
9.3.4小结377
9.4氮丙啶作为手性助剂378
9.4.1概况378
9.4.2作为手性助剂的C2对称氮杂环380
9.4.3氮丙啶的合成382
9.4.4氮丙啶的烷基化反应383
9.4.5氮丙啶辅助的醛醇缩合反应386
9.4.6Michael反应和氮丙啶的移除391
9.4.7新法手性氮丙啶合成392
9.4.8小结393
9.5氮丙啶的手性合成新方法及开环反应396
9.6手性合成的基本方法402
9.6.1手性402
9.6.2手性合成的几种方法403
9.6.3手性拆分的几种方法405
9.7Click反应和多氮手性化合物及其手性催化剂408
9.7.1Click反应408
9.7.2多氮化合物手性催化剂410
9.7.3叠氮手性化合物416
9.7.4展望417
9.8一些手性新问题419
9.8.1升华与自动光学纯化问题419
9.8.2非手性化合物晶态下的光学活性420
9.8.3金属-有机框架结构手性催化剂的探索420
9.8.4不对称现象及其模拟421
9.8.5利用手性氢键和不对称电子自旋进行立体控制423

第10章有机反应与天然产物全合成以及人工智能问题424
10.1有机反应与天然产物全合成的关系及其特色424
10.2海洋天然产物西松烷二萜衍生物425
10.3全合成策略和有关反应步骤427
10.4西松烷二萜衍生物合成的拓展430
10.5有机合成反应与人工智能432
10.5.1人工智能与有机反应432
10.5.2人工智能与全合成433
10.5.3计算机预测不对称催化剂的选择性434
10.5.4人工智能准确预测偶联反应434

第11章有机反应中的若干理论问题437
11.1有机反应中的溶剂效应437
11.1.1概述437
11.1.2溶剂对反应的定性理论437
11.1.3溶剂对反应的定量理论439
11.1.4溶剂的疏水性尺度和溶剂化作用441
11.1.5溶剂效应的新探讨442
11.1.6溶剂效应中的新问题443
11.1.7溶剂效应中的OH-π非键作用444
11.1.8水及其混合物作为反应介质445
11.1.9液体二氧化碳作为反应溶剂446
11.1.10离子液体作为反应介质446
11.1.11传统的固相有机反应447
11.1.12有机“王水”449
11.1.13溶剂手性诱导有机反应450
11.2固相合成反应进展451
11.2.1传统固相反应的新进展451
11.2.2载体固相反应简介452
11.2.3载体固相反应进展453
11.3水和全氟溶剂的溶剂效应459
11.3.1水溶液独特的性质459
11.3.2水在有机反应中的溶剂效应461
11.3.3全氟溶剂的溶剂效应464
11.4有机反应中的相转移催化作用471
11.4.1引言471
11.4.2机理472
11.4.3应用473
11.4.4三相相转移催化剂475
11.4.5温控相转移催化剂476
11.4.6手性相转移催化剂478
11.5有机反应中的极性转换作用483
11.5.1极性转换的概念483
11.5.2极性转换在有机反应中的应用484
11.6可控有机反应490
11.6.1底物控制491
11.6.2试剂控制491
11.6.3保护基控制492
11.6.4动力学控制493
11.6.5立体控制494
11.7稀土催化有机反应500
11.8环加成反应的择向效应509
11.8.1影响环加成择向效应的因素510
11.8.21-4；2-1规则及其应用510
11.8.31-4；2-1规则运用举例511
11.9不对称的【4+2】反应的应用513
11.10一个真正有价值的绿色有机反应515
11.11微扰分子轨道法的应用517
11.11.1共轭烃的芳香性518
11.11.2化学反应的Dewar活性指数519
11.11.3离域能对亲核反应的作用521
11.11.4π电子密度对亲电取代反应的作用523
11.11.5NBMO系数激发能的贡献523
11.11.6杂原子取代奇交替烃总π能对性能的关系525
11.11.7杂原子取代奇交替烃的电荷分布527
11.11.8共振结构的计数529
11.11.9非键轨道系数对键参数的作用530
11.11.10共振结构数对反应性能的定量探讨531
11.12理论揭示本质532

附录历届诺贝尔化学奖得主535