木德华如何在1954年打破化学界的禁忌,完成世界上最难的合成?

1954年,著名化学家木德华打破了化学界长久以来的禁忌,成功合成了被誉为「最复杂的有机化合物之一」的士的宁(Strychnine)。这一里程碑式的成就不仅展示了他超凡的合成技术,也为后来的科学研究奠定了坚实的基础。士的宁的结构与其合成过程都值得深入探讨,且不乏学术界对其背后故事的赞叹。

士的宁是从Strychnos ignatii的种子中提取出的生物碱,早在1818年,皮埃尔·约瑟夫·佩尔捷和约瑟夫·比恩梅对其进行了首次分离。

在1954年,木德华在他那仅三页的文章中,展示了他对士的宁合成的研究成果。这一过程并不简单,其合成需要多步骤,涉及多种化学反应。他的合成方法在当时被认为是自然界化合物合成的一个巅峰,显示了在分子层级合成的潜力。

木德华的合成过程首先从环II的合成开始。他利用费希尔吲哚合成法,将苯基肼和醛的衍生物反应,产生了2-维拉特基吲哚。这一反应中,维拉特基取代基不仅保护了2位的进步反应,也为最终士的宁的骨架提供了必需的组成部分。接着,他使用了一系列反应将最终产物逐步合成。

木德华在1963年的文章中提到,甲基鎓盐作为中间体,与氰化钠发生了亲核取代反应,进而产生了氢胺基的关键中间体。

士的宁的分子结构极其复杂,化学式为C21H22N2O2,包含七个环,包括一个吲哚系统以及碱性基团的复杂组合。这个天然化合物同时具有手性,并包含六个不对称碳原子。木德华的工作不仅推进了有机合成的边界,也使科学家重新思考有机化合物的合成策略。

在木德华之后,许多化学家也开始探索士的宁的合成方法。其中,马根斯、奥夫曼等人的工作显示出,士的宁的合成不仅局限于一种方式,而是可以透过多种途径完成的。这一点强调了合成化学的多样性和丰富的研究潜能。

「以士的宁的分子大小来说,它是已知的最复杂的物质之一。」这句话在木德华的著作中曾经被引用,进一步强调了士的宁在化学界的特殊位置。

反映在士的宁的合成上,木德华和其他科学家在数十年后的持续努力中,所突破的禁忌与偏见依然引人深思。不同的合成途径中,每一步都精细且具挑战性,而任何一个环的结合都可能影响最终产品的完整性和功能性。复杂性并不是合成化学的障碍,而是一项值得挑战并持续探索的领域。

今天,我们在追溯木德华的合成历程时,是否还存在需要挑战的禁忌呢?

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