重视原子经济性，实现绿色合成
2020-05-29 · 绿色化学 · 百灵威授权转载
化学合成是化学科学的核心和基础，为人类社会进步做出了巨大贡献。如合成农药的发明，解决了世界人口的粮食问题；各种合成抗生素和药物的发明，大大提高了人类的健康水平；各种新材料的合成，不断提高人们的生活水平……
如何提高合成反应效率、减少废物产生、保障健康和环境安全，成为新时代下的挑战。中科院有机所的科学家们建议：合成反应的原子经济性应予以高度重视，催化剂应使反应过程更加经济、节能和环境友好，应更强调资源的3R（即减量、回收和再利用）。
有机合成中的原子经济性（Atom Economy）
原子经济性是由Barry Trost提出的对反应效率的一种衡量标准，已被列入绿色化学的十二原则。原子经济性追求减少反应物原子的浪费，计算公式为：
值得注意的是，原子经济性与反应产率不同，它既考虑了所需产品，也考虑了所有使用的试剂和副产物。以下是一些达到高原子经济性的例子：
异构化
在钌催化作用下，炔丙醇氧化还原异构化为α,β-不饱和羰基，有效实现催化对映选择性全合成。
加成反应
在水性介质中，添加烯丙醇至炔烃形成γ,δ-不饱和酮和醛。
将伯醇立体选择性添加至烯烃，为经典格氏反应提供了高原子经济性的例子。
C-H键的直接转化
在过渡金属催化和氧化剂存在下，两个不同的C-H键通过交叉脱氢偶联反应可直接生成C-C键。比如，(NH)-吲哚和四氢异喹啉即通过该偶联反应转化为生物碱。
无保护基团的合成
在有机合成中，因广泛利用官能团的保护-去保护作用，增加了合成步骤，降低反应效率。据研究，在水中通过铟介导的烯丙基化反应可高效合成(+)-3-deoxy-D-glycero-D-galacto-nonulosonic acid (KDN)。
串联反应
串联反应是指一系列连续的分子内反应得到最终产物，也是绿色合成的重要组成部分。比如，钯催化的串联反应在一步中产生了多环。
生物催化
生物催化通常具有较高的反应效率和选择性，各种催化剂（如酶）也已得到越来越多的应用。
参考文献：
- 中国科学院上海有机化学研究所. “合成我们的未来”. http://www.sioc.cas.cn/kxcb/kpwz/201101/t20110130_3069701.html
- Li, Chao-Jun, and Barry M. Trost. "Green chemistry for chemical synthesis." Proceedings of the National Academy of Sciences 105, no. 36 (2008): 13197-13202.
