具体描述
The aim of this book is to help people performing routine operations in Organic Synthesis in a laboratory. This book, the first one in a series, focuses on the oxidation of alcohols to aldehydes and ketones. Probably, this is the most important routine operation in Organic Synthesis.
《有机合成中的绿色催化策略》 内容简介 本书深入探讨了现代有机合成领域中日益重要的绿色催化技术，重点聚焦于如何以环境友好、原子经济和高选择性的方式构建复杂有机分子。全书内容紧密围绕当前化学研究的前沿热点，旨在为从事精细化学品、药物分子、新型材料研发的科研人员、研究生及工业界的工程师提供一份全面且实用的参考指南。 第一部分：绿色化学基础与催化原则 本书首先从绿色化学十二原则的视角出发，回顾了传统合成方法中存在的环境挑战，如高能耗、大量化学计量试剂的使用以及有毒溶剂的依赖性。在此基础上，详细阐述了催化在实现可持续合成中的核心地位。 原子经济性与E-因子： 深入分析了如何通过提高反应的原子经济性（Atom Economy）来减少废物产生。书中引入并详细计算了不同反应类型（如加成、消除、取代和重排）的E-因子（Environmental Factor），并提供了优化工业流程以降低该指标的具体案例分析。 催化剂的分类与设计理念： 系统性地介绍了均相催化、多相催化、酶催化和光催化四大类催化体系的适用范围、优势与局限性。特别强调了催化剂设计的核心目标：提高活性（Activity）、增加选择性（Selectivity）和延长寿命（Longevity）。 第二部分：高效过渡金属催化体系 过渡金属催化是现代有机合成的支柱之一。本部分着重介绍了近年来在C-H键活化、交叉偶联反应和不对称催化中取得突破性进展的几种关键金属催化剂体系。 钯催化的精细调控： 详细剖析了Buchwald-Hartwig胺化、Suzuki-Miyaura偶联以及Heck反应的最新进展。着重讨论了新型配体（如磷配体、N-杂环卡宾，NHC）对催化循环的调控机制，特别是如何利用电子和空间效应来降低催化剂负载量，实现更温和的反应条件。 镍催化体系的复兴与应用： 鉴于镍资源相对丰富且成本较低，本书对镍催化在C-C、C-N键形成中的应用进行了深入的案例研究。内容包括镍/有机小分子协同催化、以及在底物普适性方面超越钯催化的实例，例如使用廉价的烷基卤化物作为偶联伙伴。 贵金属的替代方案（铁、铜、钴）： 探讨了如何利用地球储量丰富的铁、铜、钴等金属替代钯、铑等昂贵金属。详细介绍了铁催化在自由基生成和还原性偶联中的独特作用，以及铜催化在Click化学和C-H键官能团化中的高效率应用。 第三部分：生物催化与酶工程 生物催化以其无可比拟的区域选择性、立体选择性和在水相中操作的潜力，被视为实现终极绿色合成的关键技术。 酶的固定化与反应器设计： 阐述了如何通过共价键合、吸附、包埋等方法对脂肪酶、氧化还原酶（如脱氢酶、单加氧酶）进行高效固定，以提高其在工业环境下的稳定性和可回收性。并结合连续流反应器（Flow Reactor）设计，展示了生物催化剂的规模化应用潜力。 酶工程与理性设计： 介绍了利用定点突变（Site-Directed Mutagenesis）和进化（Directed Evolution）技术来“定制”酶的特性，使其能够适应非天然底物或极端反应条件（如高底物浓度、有机溶剂存在）。重点分析了如何通过酶的改造来提高对特定对映体的选择性。 氧化还原酶在复杂分子合成中的应用： 提供了利用醇脱氢酶（ADH）和脂肪酸氧化酶等，对天然产物或药物前体进行高度选择性氧化还原转化的实例，避免了使用有毒的金属氧化剂。 第四部分：非传统介质与可持续反应工程 本部分关注反应环境的革新，即如何通过改变溶剂和能量输入方式，从根本上减少对传统有机溶剂和加热的依赖。 水相有机合成： 探讨了在水相中进行有机反应的独特优势，包括疏水效应（Hydrophobic Effect）对反应速率和选择性的提升。并介绍了水溶性催化剂和表面活性剂在水相偶联反应中的应用策略。 深共熔溶剂（DESs）与离子液体（ILs）： 详细介绍了DESs和ILs作为可回收、低蒸气压的绿色溶剂体系的物理化学性质。分析了它们作为反应介质和催化剂载体的双重作用，并展示了其在萃取、分离和催化反应中的成功应用案例。 光催化与电化学合成： 重点介绍了利用可见光作为清洁能源驱动的有机反应。涵盖了光氧化还原催化（Photoredox Catalysis）的机理，如单电子转移（SET）过程，以及电化学合成如何替代化学计量氧化剂或还原剂，实现更清洁的电子转移过程。 结论与展望 全书最后总结了当前绿色催化面临的挑战，如催化剂的稳定性、真实工业化过程中的成本效益分析以及新型催化剂的筛选效率。并展望了人工智能（AI）和高通量筛选技术在加速新型绿色催化体系发现中的巨大潜力。本书旨在激励读者将这些先进的绿色化学原则和技术融入到日常的化学研究与工业实践中，推动可持续化学的进步。
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