有機(jī)化學(xué)教學(xué)福莫特羅合成案例應(yīng)用
福莫特羅合成路線中應(yīng)用了有機(jī)化學(xué)教材中較多的知識(shí)點(diǎn)，下面是小編搜集的一篇相關(guān)論文范文，歡迎閱讀查看。
案例教學(xué)法起源于1920年代，由美國哈佛大學(xué)商學(xué)院所倡導(dǎo)，是在教學(xué)過程中，運(yùn)用事例激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方法。教育部《關(guān)于地方本科高校轉(zhuǎn)型發(fā)展的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》中明確指出：試點(diǎn)高校要?jiǎng)?chuàng)新應(yīng)用技術(shù)人才培養(yǎng)模式，積極推行基于實(shí)際應(yīng)用的案例教學(xué)。案例教學(xué)在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用較少[1-6],該方法對促進(jìn)學(xué)生更快、更深理解和掌握理論知識(shí)有明顯成效，能增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和自信心，有利于應(yīng)用技術(shù)人才的培養(yǎng)。有機(jī)化學(xué)是化學(xué)化工專業(yè)重要的基礎(chǔ)理論課，其相關(guān)理論知識(shí)在醫(yī)藥、農(nóng)藥、石油化工、精細(xì)化工、材料等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的案例眾多。有機(jī)化學(xué)反應(yīng)是有機(jī)化學(xué)最基本和最重要的內(nèi)容，是藥物合成的基礎(chǔ)，在藥物生產(chǎn)過程中得到廣泛應(yīng)用，如在福莫特羅的合成中應(yīng)用了一些基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)。
1、福莫特羅的合成方法
1.1福莫特羅的簡介
福莫特羅(Formoterol)化學(xué)名稱為N-[2-羥基-5-[1-羥基-2-[1-(4-甲氧基苯基)-1-甲基乙基〗氨基]乙基]苯基]甲酰胺，是日本山之內(nèi)制藥公司開發(fā)，1986年首次上市。福莫特羅是一種長效的選擇性腎上腺素β2-受體激動(dòng)藥，具有支氣管擴(kuò)張作用，還有抗過敏和抑制水腫的作用。用于治療支氣管哮喘、急慢性支氣管炎、喘息型支氣管炎、肺氣腫等氣道阻塞性疾病所引起的呼吸困難。
1.2福莫特羅的合成路線
福莫特羅有多種合成方法[7-8],其中比較經(jīng)典的合成方法(圖1):由3-硝基-4-羥基苯甲酸甲酯經(jīng)過羥基保護(hù)、水解、氯化、甲基化、溴代、胺化、羰基還原、硝基還原、甲酰化和催化氫化等10步反應(yīng)，得到福莫特羅。
2、福莫特羅合成作為有機(jī)化學(xué)教學(xué)案例的分析
2.1福莫特羅合成中的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)
福莫特羅由3-硝基-4-羥基苯甲酸甲酯出發(fā)經(jīng)過10步反應(yīng)得到。第1步為羥基保護(hù)反應(yīng)，芐氯在碳酸鉀存在下與3-硝基-4羥基苯甲酸甲酯(1)發(fā)生親核取代反應(yīng)生成3-硝基-4-芐氧基苯甲酸甲酯(2)以保護(hù)對位羥基。這一步的反應(yīng)機(jī)理為親核取代反應(yīng)，由于3-硝基-4羥基苯甲酸甲酯結(jié)構(gòu)中鄰位硝基和對位酯基吸電子的影響，增強(qiáng)了酚羥基的酸性，碳酸鉀與3-硝基-4羥基苯甲酸甲酯的酚羥基作用比較容易進(jìn)行，生成其酚鉀。酚氧負(fù)離子親核性大于中性的羥基，對芐氯的芐位碳原子進(jìn)行親核進(jìn)攻，生成3-硝基-4-芐氧基苯甲酸甲酯(2).第2步為水解反應(yīng)，堿性條件下水解后生成3-硝基-4-芐氧基苯甲酸鹽，酸化后生成3-硝基-4-芐氧基苯甲酸(3),其反應(yīng)機(jī)理為經(jīng)典的加成-消去的反應(yīng)歷程。第3步為氯化反應(yīng)，采用五氯化磷進(jìn)行氯化反應(yīng)生成3-硝基-4-芐氧基苯甲酰氯(4).第4步為甲基化反應(yīng)，由丙二酸二乙酯的格氏試劑衍生物進(jìn)行甲基化得到3-硝基-4-芐氧基苯乙酮(5).第5步為溴代反應(yīng)，采用溴對甲基酮上的甲基進(jìn)行溴代得到化合物(6).第6步為胺化反應(yīng)，由芐胺的衍生物與化合物(6)發(fā)生親核取代反應(yīng)得到化合物(7).第7步為羰基還原反應(yīng)，使用硼氫化鈉對化合物(7)的羰基進(jìn)行還原得到化合物(8).第8步為硝基還原反應(yīng)，使用鐵在酸性條件下對化合物(8)的硝基進(jìn)行還原得到化合物(9).第9步為甲酰化反應(yīng)，使用甲酸對化合物(9)的氨基進(jìn)行甲酰化反應(yīng)得到化合物(10).第10步為催化氫化反應(yīng)，在鈀炭的催化下進(jìn)行氫化反應(yīng)，除去氧上和氮上的兩個(gè)芐基，最終得到福莫特羅(11).
2.2合成福莫特羅有機(jī)化學(xué)反應(yīng)案例分析
福莫特羅合成所采用的反應(yīng)幾乎都是有機(jī)化學(xué)教材中基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，合成方法中反應(yīng)類型有親核取代、水解、鹵化、還原、酰化等反應(yīng)。福莫特羅合成路線中應(yīng)用了有機(jī)化學(xué)教材中較多的知識(shí)點(diǎn)。應(yīng)用了官能團(tuán)的保護(hù)，由于在3-硝基-4-羥基苯甲酸甲酯中羥基是活潑基團(tuán)，如果不保護(hù)起了，就會(huì)影響下面的反應(yīng)，可能會(huì)與酰氯發(fā)生副反應(yīng)。
在合成中采將其與芐氯發(fā)生親核取代反應(yīng)生成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的醚類化合物，這樣就不會(huì)影響下面的反應(yīng)，起到保護(hù)作用反應(yīng)，最后一步在鈀炭的催化下進(jìn)行氫化反應(yīng)，除去氧原子上的芐基，使芐氧基回到保護(hù)前的羥基，從而起到保護(hù)作用。第1步和第6步反應(yīng)都是鹵化物的親核取代反應(yīng)，鹵化物為底物，分別接受酚氧原子和芐胺衍生物的氮原子的進(jìn)攻，發(fā)生親核取代反應(yīng)。第7、8、10步反應(yīng)都是還原反應(yīng)，所用的還原試劑分別為硼氫化鈉、鐵和氫氣，在工業(yè)生成中，根據(jù)被還原的化合物結(jié)構(gòu)不同可以采用不同的還原劑。以上所應(yīng)用的知識(shí)點(diǎn)分別與有機(jī)化學(xué)教材中鹵代烴、羧酸及其衍生物、醛和酮、含氮有機(jī)化合物等章節(jié)內(nèi)容相關(guān)，可以在以上章節(jié)教學(xué)過程中引入此教學(xué)案例，分析合成福莫特羅中的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的學(xué)習(xí)。
在引入案例的過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)理論知識(shí)，采用不同的合成方法，設(shè)計(jì)出不同的合成路線，進(jìn)一步拓展學(xué)生的思路。通過在教學(xué)中引入福莫特羅合成中的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)案例，能夠使學(xué)生了解藥物生產(chǎn)的基礎(chǔ)是有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，強(qiáng)調(diào)了有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)用性，使學(xué)生對枯燥乏味的有機(jī)化學(xué)最基本和最重要的內(nèi)容有機(jī)化學(xué)反應(yīng)感興趣，從而提高教學(xué)效果。
3、結(jié)論
福莫特羅是由3-硝基-4羥基苯甲酸甲酯經(jīng)過羥基保護(hù)、水解、氯化、甲基化、溴代、胺化、羰基還原、硝基還原、甲酰化和催化氫化等10步反應(yīng)得到的藥物。在教學(xué)中引入福莫特羅合成中的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)教學(xué)案例，可以有效提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，增進(jìn)課堂教學(xué)互動(dòng)，提高教學(xué)效果，有利于應(yīng)用型技術(shù)人才的培養(yǎng)。
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