【化学与生活论文3100字】

化学与生活目录TOC\o"1-2"\h\u6301化学与生活 124374摘要 121181一、化学在生活中的作用 123141二、吗啡的发现与其结构的确定 313345三、吗啡药物机制 420099四、吗啡的合成 423430五、未来展望 626423参考文献 7摘要化学科学的发展伴随着人类日常生活，它几乎无处不在，比如衣、食、住、行。现在的人类生活能够五彩缤纷，很大程度上都是化学家不断探索的结果。化学科学在发展的过程中给我们生活带来了许多有利的方面，我们在认识它的过程中也有不足的地方，导致人类承受了很多伤害，总体来说利大于弊。因此我们如何认识和应用化学科学对人类社会的发展起到重要的作用，并且我们要学会正确的认识化学之美，把化学变为人类发展的工具，这需要我们对当代中学生进行正确的引导和教育。关键词：化学之美，吗啡，合理应用化学化学在生活中的作用化学是自然科学的一个重要分支，它是从微观和宏观的层面对物质的组成、结构和性质进行揭示以及变化规律进行总结的科学。人类通过化学的分析手段认识到了许许多多物质的结构，通过改变它们的结构获得了不同的用途，在这一认识过程中经历了曲折的认识过程，比如我们所收悉的吗啡，也就是“鸦片”的提取物，在谈到它现在都是邪恶的象征，应为有很强的成瘾性，因此对人类产生了很大的伤害，长时间的食用吗啡可能导致精神问题和记忆力减退，严重的后果会使人呼吸衰竭而死亡。它在刚发现的时候也是可以治愈很多疾病的良药，比如镇痛、止咳和疟疾等都有很好的药效，但是由于人类的认识不足，以及有一些不法商人在利益的驱使下，让治病良药变成了人人谈之色变的毒品，因此如何正确使用化学给人类带来的宝贵财富非常重要。手性在我们生活中普遍存在，它是自然的一种属性，在自然界的生命活动中离不开手性，比如生命必需的多糖、蛋白质、酶、和核酸等都是手性的生物大分子，所以手性对我们的重要性不言而喻。人们在认识手性化学的过程中也经历了很多黑暗的时刻，例如造成严重后果的“反应停”药物事件，沙利度胺(Thalidomide)是在人们对手性药物认识不足的上世纪用于减轻孕妇在怀孕期间的妊娠反应的一种药物，后面的研究发现，其中(R)-Thalidomide有镇静作用，然而(S)-Thalidomide却有很强的致畸性，它就是致使很多婴儿畸形的罪魁祸首。由于人们对手性化合物的认识不够，当时的手性药物发展给人类带来了很大的伤害，随着化学家们对手性的进一步认识和探索，逐渐掌握了它们的作用机制，它们现在也逐渐造福着人类社会。在很多手性药物里这种例子比比皆是，不胜枚举，所以合成光学纯的手性化合物成为了有机化学家关注的重点，如何高效的不对称合成单一构型的分子成了越来越多化学家共同追逐的目标。现在上市的药物中有超过百分之八十的药物分子是手性药物，通过不对称催化合成所需手性化合物是如今最经济高效的方法。在不对称催化合成方法学研究中，越来越多的具有挑战性的不对称催化转化不能被现有的手性催化剂有效地实现，因此开发新催化剂和新的反应策略成了化学家们关注的焦点。不对称催化合成大概可以分为不对称生物催化、不对称金属配合物催化和有机小分子催化合成三大类，近年来也兴起了很多小分子催化剂和金属配合物共同参与的协同催化以及光催化和电催化等新兴催化合成手段。手性化合物在医药、农药以及有机合成中间体等方面起着重要作用，其应用领域越来越广泛。二、吗啡的发现与其结构的确定在18世纪，一位名叫FriedrichWilhelmAdamSerturner的药剂师首先从罂粟籽汁中分离并提取了吗啡晶体。于是他继续进行实验，发现该物质易溶于酸性溶液，可能是一种弱碱，且较易结晶，并以希腊的梦神的名字——墨菲斯（Morpheus）将其命名为吗啡（Morphine）。吗啡（化合物1）是很久以前化学家从罂粟中发现的一种生物碱[1]。在十九世纪二三十年代，化学家JustusvonLiebig和HenriVictorRegnault分别确定吗啡的化学式为C34H36N2O6和C35H40N2O6。尽管两个化学式都不正确，但它们非常接近真实情况，考虑到当时的技术和知识，这也令人敬佩。1847年，AugustLauren通过尽可能排除水蒸气的条件下而制成了吗啡盐，经过仔细的计算，获得了正确的吗啡化学式C17H19NO3。RobertRobinson与JohnM.Gulland首先提出了二氢可待因的假设结构，然后Robinson根据他自己的大量实验结果，基于芳香化的化学原理提出了可待因的结构。Robinson又根据此结构合理化了吗啡的结构。他表明吗啡的分子结构包含一个四环系统，他称之为“吗啡喃”，带有这种环系统的生物碱被称为“吗啡喃生物碱”。这十分令人惊讶，因为他是在光谱，晶体学和计算方法不可用而有机反应机理的理论仍待建立的时候完成了对吗啡结构式的确定。RobertRobinson于1939年获得骑士勋章，1947年获得诺贝尔化学奖[2]。图1吗啡的结构式三、吗啡药物机制吗啡的作用机制较为复杂，吗啡诱导的镇痛作用与多个系统有关。镇痛作用是源于脊髓背角系统被激活，它能够通过减少疼痛递质的释放抑制疼痛感觉信号向大脑传递。有证据表明，这一过程需要依赖于激活肾上腺素系统内的背角，这说明吗啡镇痛与肾上腺素系统有关，且可以通过添加激活肾上腺素系统药物来加强吗啡的镇痛作用。吗啡可以激活内源性脊髓上系统，该系统用以保护身体免受过度且非必要的疼痛刺激[3,4]。四、吗啡的合成在二十世纪五十年代Gates与Tschudi对吗啡的首次全合成，成功证明了Robinson的结构式为正确的。他们从2,6-萘二酚（化合物2）为原料出发。用化合物2先与苯甲酰氯在吡啶中反应，对一个羟基进行保护，再与亚硝酸钠反应得到含有亚硝基的化合物3，化合物3先氢化还原再氧化为萘醌结构，得到化合物4。二氧化硫与化合物4进行环加成，构建出邻二羟基结构，再使用二甲基硫酸酯对羟基进行甲基化，然后脱保护基，再重复之前的步骤生成萘醌结构，得到化合物5。化合物5与NCCH2CO2Et进行Michael加成反应，使用铁氰化钾在环上氧化出双键，再水解脱羧，得到化合物6。丁二烯化合物和苯并二酮化合物6在加热条件下可以进行分子间的Diels-Alder反应，得到Diels-Alder产物7，获得的Diels-Alder化合物的氰基在经过催化剂铜催化加氢还原反应后，紧接着与分子内的酮进行缩合环化反应，得到了类似天然产物吗啡（化合物1）的关键中间体化合物8。将关键中间体化合物8，进行黄鸣龙还原，使非酰胺键上的羰基还原为亚甲基，再使用碘甲烷使N原子进行甲基化，使用LiAlH4还原酰胺键上的羰基，得到化合物9。化合物9在预设条件下选择性脱除一个甲基，然后再对其烯烃进行氧化反应，得到酮类化合物10，酮类化合物10经过两步反应即加卤素再消除，消去后形成环内烯烃化合物，紧接着得到的产物用肼参与保护反应后形成腙类化合物，将得到的腙类化合物水解，可以得到空间构型与吗啡化合物相同的化合物11。对化合物11的环内双键用金属铂催化氢化还原，再对酮的邻位进行卤代，紧接着对羰基用肼进行缩合保护，之后在碱性条件下与酚羟基环化可以顺利得到含有苯并呋喃的五元环化合物13，把化合物13的羰基保护基在酸性条件下水解然后使用LiAlH4还原羰基可以高立体选择性的得到羟基化合物14。然后化合物14在吡啶盐酸条件下回流脱除甲基，最终以0.06%的总收率得到吗啡[5,6]。图2Gates的合成方法五、未来展望虽然人类在认识化学的过程中遇到了很大的挫折和挑战，但是在化学家的不断努力下，现在人们对化学科学有了新的认识，并且可以合理的应用在生产生活中，不仅可以治病救人，还可以丰富我们的生活。正确应用化学科学给我们创造的宝贵物质是非常必要的，如果我们利用不当，那将可能对人类产生灾难性的后果。如何让化学科学发挥更大的作用，不仅仅需要化学家的不断探索，也需要我们每一个人的参与，抵制不良用途，人人有责，人人参与，最重要的是从学生时代开始认识化学就需要正确的引导和教育，我相信化学科学一定会给人类社会带来更精彩纷呈的生活。参考文献KrishnamurtiC,RaoS.TheisolationofmorphinebySerturner[J].Indianjournalofanaesthesia,2016,60(11):861.Karolina,Brook,Jessica,etal.TheChemicalHistoryofMorphine:An8000-yearJourney,fromResintode-novoSynthesis.[J].JournalofAnesthesiaHistory,2017.[3]Lipp,Jim.Possiblemechanismsofmorphineanalgesia.[J].ClinicalNeuropharmacology,1991,14(2):131-47.[4]侯炳军,刘健.吗啡镇痛机制的研究进展[J].山东医学高等专科学校学报,2003,25(005):356-357.[5]GatesM,TschudiG.THESYNTHESIS