有机化学教学福莫特罗合成案例应用

有机化学教学福莫特罗合成应用 　　　　案例教学法起源于 1920 年代，由美国哈佛大学商学院所倡导，是在教学过程中，运用事例激发学生学习兴趣，启发学生学习的一种教学。教育部《关于地方本科高校转型发展的指导意见（ 征求意见稿） 》中明确指出： 试点高校要创新应用技术人才培养模式，积极推行基于实际应用的案例教学。案例教学在有机化学教学中应用较少[1 -6],该方法对促进学生更快、更深理解和掌握理论知识有明显成效，能增强学生学习的兴趣和自信心，有利于应用技术人才的培养。有机化学是化学化工专业重要的基础理论课，其相关理论知识在医药、农药、石油化工、精细化工、材料等诸多领域得到广泛应用，在工业领域应用的案例众多。有机化学反应是有机化学最基本和最重要的，是药物合成的基础，在药物生产过程中得到广泛应用，如在福莫特罗的合成中应用了一些基础有机化学反应。 　　1 福莫特罗的合成方法 　　1. 1 福莫特罗的简介 　　福莫特罗（ Formoterol） 化学名称为 N -[2 - 羟基 - 5 -[1 - 羟基 -2 -[1 - （ 4 - 甲氧基苯基） - 1 - 甲基乙基〗氨基]乙基]苯基]甲酰胺，是日本山之内制药公司开发，1986年首次上市。福莫特罗是一种长效的选择性肾上腺素 β2-受体激动药，具有支气管扩张作用，还有抗过敏和抑制水肿的作用。用于治疗支气管哮喘、急慢性支气管炎、喘息型支气管炎、肺气肿等气道阻塞性疾病所引起的呼吸困难。 　　1. 2 福莫特罗的合成路线    　　福莫特罗有多种合成方法[7 -8],其中比较经典的合成方法（ 图 1） : 由 3 - 硝基 -4 - 羟基苯甲酸甲酯经过羟基保护、水解、氯化、甲基化、溴代、胺化、羰基还原、硝基还原、甲酰化和催化氢化等 10 步反应，得到福莫特罗。 　　2 福莫特罗合成作为有机化学教学案例的分析 　　2. 1 福莫特罗合成中的有机化学反应 　　福莫特罗由 3 - 硝基 -4 - 羟基苯甲酸甲酯出发经过 10步反应得到。第 1 步为羟基保护反应，苄氯在碳酸钾存在下与 3 - 硝基 -4 羟基苯甲酸甲酯（ 1） 发生亲核取代反应生成3 - 硝基 - 4 - 苄氧基苯甲酸甲酯（ 2） 以保护对位羟基。这一步的反应机理为亲核取代反应，由于 3 - 硝基 - 4 羟基苯甲酸甲酯结构中邻位硝基和对位酯基吸电子的影响，增强了酚羟基的酸性，碳酸钾与 3 - 硝基 - 4 羟基苯甲酸甲酯的酚羟基作用比较容易进行，生成其酚钾。酚氧负离子亲核性大于中性的羟基，对苄氯的苄位碳原子进行亲核进攻，生成 3 - 硝基 -4 - 苄氧基苯甲酸甲酯（ 2） .第 2 步为水解反应，碱性条件下水解后生成 3 - 硝基 -4 - 苄氧基苯甲酸盐，酸化后生成3 - 硝基 - 4 - 苄氧基苯甲酸（ 3） ,其反应机理为经典的加成- 消去的反应历程。第 3 步为氯化反应，采用五氯化磷进行氯化反应生成 3 - 硝基 - 4 - 苄氧基苯甲酰氯（ 4） .第 4 步为甲基化反应，由丙二酸二乙酯的格氏试剂衍生物进行甲基化得到 3 - 硝基 -4 - 苄氧基苯乙酮（ 5） .第 5 步为溴代反应，采用溴对甲基酮上的甲基进行溴代得到化合物（ 6） .第6 步为胺化反应，由苄胺的衍生物与化合物（ 6） 发生亲核取代反应得到化合物（ 7） .第 7 步为羰基还原反应，使用硼氢化钠对化合物（ 7） 的羰基进行还原得到化合物（ 8） .第 8 步为硝基还原反应，使用铁在酸性条件下对化合物（ 8） 的硝基进行还原得到化合物（ 9） .第 9 步为甲酰化反应，使用甲酸对化合物（ 9） 的氨基进行甲酰化反应得到化合物（ 10） .第10 步为催化氢化反应，在钯炭的催化下进行氢化反应，除去氧上和氮上的两个苄基，最终得到福莫特罗（ 11） . 　　2. 2 合成福莫特罗有机化学反应案例分析 　　福莫特罗合成所采用的反应几乎都是有机化学教材中基础有机化学反应，合成方法中反应类型有亲核取代、水解、卤化、还原、酰化等反应。福莫特罗合成路线中应用了有机化学教材中较多的知识点。应用了官能团的保护，由于在 3- 硝基 - 4 - 羟基苯甲酸甲酯中羟基是活泼基团，如果不保护起了，就会影响下面的反应，可能会与酰氯发生副反应。 　　在合成中采将其与苄氯发生亲核取代反应生成化学性质稳定的醚类化合物，这样就不会影响下面的反应，起到保护作用反应，最后一步在钯炭的催化下进行氢化反应，除去氧原子上的苄基，使苄氧基回到保护前的羟基，从而起到保护作用。第 1 步和第 6 步反应都是卤化物的亲核取代反应，卤化物为底物，分别接受酚氧原子和苄胺衍生物的氮原子的进攻，发生亲核取代反应。第 7、8、10 步反应都是还原反应，所用的还原试剂分别为硼氢化钠、铁和氢气，在工业生成中，根据被还原的化合物结构不同可以采用不同的还原剂。以上所应用的知识点分别与有机化学教材中卤代烃、羧酸及其衍生物、醛和酮、含氮有机化合物等章节内容相关，可以在以上章节教学过程中引入此教学案例，分析合成福莫特罗中的有机化学反应，激发学生学习兴趣，启发学生进行有机化学反应的学习。 　　在引入案例的过程中，可以引导学生根据所学理论知识，采用不同的合成方法，设计出不同的合成路线，进一步拓展学生的思路。通过在教学中引入福莫特罗合成中的有机化学反应案例，能够使学生了解药物生产的基础是有机化学反应，强调了有机化学反应的应用性，使学生对枯燥乏味的有机化学最基本和最重要的内容有机化学反应感兴趣，从而提高教学效果。 　　3 结论 　　福莫特罗是由 3 - 硝基 -4 羟基苯甲酸甲酯经过羟基保护、水解、氯化、甲基化、溴代、胺化、羰基还原、硝基还原、甲酰化和催化氢化等 10 步反应得到的药物。在教学中引入福莫特罗合成中的有机化学反应教学案例，可以有效提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，进一步激发学生的学习兴趣和积极性，增进课堂教学互动，提高教学效果，有利于应用型技术人才的培养。 　　参考文献 　　[1]秦 川，荣国斌。 有机化学教学中加强案例教学[J].化工高等教育，2006,23（ 2） : 84 -85. 　　[2]汤洪敏。 案例式教学法在有机化学教学中的应用探索[J]. 教育文化论坛，2010,2（ 5） : 83 -85. 　　[3]何耀纲，蒋福华。 药学专业有机化学案例教学探讨[J].新课程研究，2010,5（ 9） : 45 -47. 　　[4]冯培华，陈明华。 有机化学教学中案例教学运用举例[J]. 黔西南民族师范高等专科学校学报，2008,22（ 3） :115 - 118. 　　[5]李公春，孙 婷，吴长增，等。 有机化学教学案例： 尼美舒利合成中的有机化学反应[J]. 河南化工，2013,30（ 5） : 60 -61. 　　[6]李公春，鞠志宇，吴长增，等。 奥美拉唑合成中的有机化学反应 - - 有机化学教学案例[J]. 考试周刊，2013,7（ 36） : 150 - 151. 　　[7]周学良，项 斌，高建荣。 药物[M]. 北京，化学工业出版社，2003: 401 -403. 　　[8]赵冬梅，郭秋明，张雅芳，等。 富马酸福莫特罗的合成路线图解[J]. 中国医药工业杂，2001,32（ 7） : 335 -336.