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人类历史上离不开草药和来自天然产物的提取物，它们用于治疗多种疾病。19世纪，化学家主要从天然产物中分离和提取纯的化合物，得到临床有效的活性成分，如吗啡（Morphine）、古柯碱（Cocaine）和奎宁（Quinine），这些源自天然产物的活性成分含碱性的氨基官能团，因此可与酸形成水溶性盐。其他的生物碱活性成分包括秋水仙碱（Colchicine）、咖啡因（Caffeine）、阿托品（Atropine）、毒扁豆碱（Physostigmine）、东莨菪碱（Hyoscine）和茶碱（Theophylline）。这些活性成分需注射给药，同时存在许多不良反应，有的甚至危害患者生命。于是化学家开始合成天然活性成分的类似物，试图改善它们的临床性质来发现新药。这样的类似物被定义为半合成药物，因为它们衍生于天然产物而不是通过简单的起始原料经全合成得到，这也导致先导化合物（Lead compound）的概念出现。19世纪，全合成化合物开始作为药物进行试验。化学家成功发现了全身麻醉药和巴比妥类药物，从而证明天然产物并不是药物的唯一来源。
一个多世纪以来，合成在药物发现中发挥了关键作用。20世纪上半叶，通过对人工合成的化合物和天然产物作为先导化合物进行研究，合成了大量的类似物。这期间在局部麻醉药和阿片类似物的合成方面取得突出进展。参与人体生物化学的重要的神经递质和激素也被鉴定，如肾上腺素、甲状腺素、雌酚酮、雌二醇、孕酮、可的松、组胺和胰岛素等。这些内源性化合物中的活性物质被作为先导化合物被进一步研究，使得抗哮喘药、避孕药、抗炎药和抗组胺药等被发现。这期间取得最大进展的当属抗菌药物领域，磺胺类药物是第一批上市的合成抗菌药，其先导化合物是市售合成染料百浪多息。20世纪40年代，随着真菌代谢物青霉素被成功纯化，临床证实比磺胺类药物更为有效。人们意识到真菌可能是有效的抗生素的来源后，开展了真菌培养液的全球性广泛研究，鉴定了许多临床有用的抗微生物药物，20世纪中叶是抗生素研究的黄金时期。
从20世纪60年代至今，随着人类对药物与靶标分子相互作用的逐步了解，以及包括化学和生物学在内的科学技术的革命性进展，使得药物发现进入了合理药物设计的阶段，促进了药物设计和合成的发展。在这一时期，抗溃疡药物、肾上腺素β受体阻断剂和抗过敏药物的研发取得重大进展。这些进展与理解药物在分子水平上是如何起效的，以及某些化合物有效而另一部分化合物则无效的推测理论相关，具有靶向作用的药物合成方法开始突显。
分子遗传学的发展使得人类基因组学序列分析的进一步发展，蛋白的结构和功能被进一步分析鉴定，用作潜在的新的重要靶标。例如，近年来已经证实酪氨酸蛋白激酶是新型抗肿瘤药重要靶标。类似的，病毒基因组图谱测序使得病毒特异性蛋白结构何性质被进一步鉴定，其可用于新型抗病毒药的新的靶标。高通量筛选和高内涵筛选加快了潜在药物的筛选试验。在化学方面中，X射线晶体学和核磁共振波谱技术使科学家能够研究药物的结构、它们与分子靶标的作用机理。分子模拟软件用来帮助人们了解药物是如何与靶标作用位点相互作用的。各种新的合成方法不断涌现，使得合成化学家制备小分子药物更加得心应手。使用机器人系统开展的组合和平行合成使得到大量的化合物成为可能。
药物化学家经常忽视的另一点是药物的合成最终必须经得起放大规模生产时成本的考验，要使得它在经济上是可行的，这也是研究生产工艺过程的化学家们需要解决的问题。
一个优良的药物合成反应应具有下面几个特点：反应条件温和、操作简便、反应收率高。温和的反应条件是指合成反应在常温、常压、常规溶剂的环境中就可以顺利完成。
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学和清洁化学等，它们表达的是同一个概念。绿色化学是用化学的技术和方法减少或消除那些对人类健康、社区安全和生态环境有害的原料、溶剂、催化剂、试剂、产物和副产物等的使用和产生，是拒绝使用有毒有害物质、不产生废物、废水，无需“三废”处理，从源头上防止污染的环境友好的化学。绿色化学不仅可以从源头上解决环境污染问题，还可以大大提高经济效益、节约能源和资源，是人类社会可持续发展的需要。具体地来说，这些绿色化学的原理和概念包括原子经济性、手性合成、环境友好的“洁净”的反应介质。
有机合成反应是药物合成的基础。目前，已经研究得比较清楚的合成反应有1000多个，其中广泛应用的反应有200多个。即使是同一反应，其合成方法也不止一个，但研究过程一般是查阅文献、设计合成路线、实验和总结。
查阅文献是进行药物合成的首要工作。通过认真、细心地查阅文献，要弄清目标分子哪些是已知的，哪些是未知的，研究的方法和动向如何，做到对研究对象心中有数。这样做一方面可帮助我们设计合成路线，另一方面可以避免在研究工作中走弯路，借鉴前人的经验进行改良与创新，节省人力、物力，又快又省地达到预期目标。
设计合成路线是在查阅文献的基础上，对所获资料认真分析研究，根据实际条件制定出合理的合成路线。一个好的路线设计，不仅要熟悉有机化学的理论知识和有机反应，还要考虑实现的难易，包括原料的来源、反应的安全性等问题，这样设计出来的合成路线实现的可能性会大一些。逆合成分析法是进行药物合成设计的重要方法，特别是对复杂分子的合成有很大帮助。
实验是对合成路线设计正确与否的唯一检验标准，通过实验达到预期目的，证明合成路线设计合理可行。在进行合成实验时，应注意采用绿色的合成理念，采用新技术、新方法来提高收率，节约成本。一个好的合成工作者，往往也是一个好的合成路线设计者。实验工作既辛苦又费时，没有科学的态度和奋斗精神是万万不能完成的。
实验总结就是把研究的结果以科学的态度和方法再分析研究，经归纳综合最后以文字的形式展现出来。例如，采用的合成路线是什么，合成中应注意什么问题，哪些是成功创新的，还有哪些问题需要解决等。通过总结可为他人或自己继续研究提供经验，有机合成的发展是永无止境的。
本教材内容包括十一章，按照药物合成反应的类型，包括官能团的引入、官能团的转化、碳骨架的形成与转换及逆合成分析等顺序进行编排，教学侧重点倾向于反应机理及其在药物合成中的应用。