Chapter-2(4).ppt

Chapter2,Section3成环反应,2.1.1Diels-AlderCycleadditionreaction,Diels-Alder反应是最重要的成环反应，由于其功能强大才获得诺贝尔奖。顺式共轭二烯与一个双键化合物在光或热的催化下可以发生环加成反应，生成六元环化合物。,反应一般概述,该反应具有广泛的应用性和立体选择性，通过变化二烯体和亲二烯体可以合成许多种不同类型的产物。除碳之外其他原子也可以发生。二烯体只有顺式才可以发生加成反应。如果反式转变不成顺式，反应既不能进行。,2.1.1.1亲二烯体,亲二烯体有如下几种类型：单烯烃型：这种亲二烯体参与Diels-Alder反应最多。烯烃两端都可以带取代基，但推电子基迟滞反应，而吸电子基加速反应。一般的，不饱和醛酮酸酯腈都比较容易发生反应，吸电子基越多越强越易反应。四氰基乙烯就比丙烯腈反应快得多。,单炔烃,炔也可以作为亲二烯体发生D-A反应，反应特性与烯烃基本相同，两端的吸电子基有助反应进行，而推电子基不利反应进行。,杂亲二烯体,A羰基作为亲二烯体（主要是醛基，其他羰基空间位阻太大）。,B亚氨做亲二烯体,C氰基做为亲二烯体,D亚硝基做亲二烯体,E偶氮做亲二烯体,F氧气做亲二烯体,由于氧分子内有双键，所以，氧与双烯体的反应多数人认为是Diels-Alder反应，此反应是在光敏剂的存在下光催化反应，对于合成一些特殊结构的化合物特别有用。,常见的一些亲二烯体,无论什么样的亲二烯体，连有强吸电子基都有利于反应，反之，不利于反应。,2.1.1.2双烯体,双烯体要想能发生Diels_Alder加成反应必须具有顺式结构，或者在加热条件下能转变成顺式，否则，难以进行。与亲二烯体的情况恰恰相反，双烯体上最好连接有推电子基团，而吸电子基团制约反应。空间位阻影响和大。,无环二烯体,无环共轭二烯很容易反应。,含烯醇硅醚的二烯体,直接合成环己酮的一种好方法。,一些特殊的无环二烯体,环二烯体,上述环化合物很容易发生环加成反应，包括环上连有各种取代基，与前边讨论的一样，还上有推电子基加速反应，吸电子基迟滞反应。杂环吡咯一般不发生Diels-Alder加成反应，噻酚在剧烈的情况下才可以发生。蒽的9，10位很易发生DA反应，。,Diels-Alder反应是可逆的！所以，对于这个反应，由于加热后蒽可以重新还原回去，所以，有时候用来保护双键。,杂二烯体,凡是能形成共轭双键且具有顺式构型的二烯体都可以发生Diels-Alder反应。,2.1.1.3Diels-Alder反应的可逆性,事实证明Diels-Alder反应是可逆的，但在加热断裂时并不一定在原来生成健的地方断裂，有可能在其他地方断裂生成新的亲二烯体和二烯体。大量文章利用这一点来保护双键或制备其他一些反应物。,2.1.1.4Lewis酸对反应的催化,事实证明；Lewis酸对Diels-Alder反应有明显的催化作用。反应速度可以提高很多倍。据文献统计：1等摩尔的蒽、马来酸酐和三氯化铝在二氯甲烷溶液中，90秒钟就能定量生成加成产物，而没有催化剂需4800小时才能完成95。,2丁二烯和甲基乙烯酮在四氯化锡存在下室温反应1小时，就得到75的乙酰基环己烯。而如果没有催化剂则反应在此条件下就不能反应。以上两例足见Lewis酸的催化作用。,2.1.1.5Diels-Alder反应的区域化学,如果在二烯体的一端以及亲二烯体也有取代基，就有生成由于二者取代基造成的同分异构现象，研究在何种情况下同分异构体产物的多少称之为区域化学。比如下列例子：,研究证实：对于此类反应无论R1的电性如何，1，2产物即邻位产物是主要的，但随着R1的体积增大，1，3产物即间位产物比例增大，最后可以大到二者比例为1：1。,也就是说：对于1位取代或2位取代的二烯体无论其取代基电性如何，一般与单取代的亲二烯体包括炔类主要产物都是邻位或对位为主要产物。,例1：,Lewis酸不仅可加快Diels-Alder反应本身的速度，同时也能改变异构体的比例，可以使选择性大大提高。,2.1.1.6Diels-Alder反应的立体化学,区域化学指的是发生Diels-Alder反应的两种原料生成产物的结构关系.即生成是邻位(1,2-位),间位(1,3-位)还是对位(1,4-位)?由于D-A反应通常都会产生手性中心，也就是有立体异构体现象。所以，Diels-Alder反应的立体化学就是对其产物的构型进行讨论。,A顺式规则,在加成产物中亲二烯体和二烯体两者取代基的相对立体化学构型可以保持下来。即具有反式取代基的亲二烯体生成反式加成产物，而顺式取代基生成顺式加成产物。,亲二烯体的顺反式加成产物结果,B内型加成规则,如果二烯体是个环形化合物，那么加成产物就是个双环。而这个双环产物也会产生异构体内型加成产物和外形加成产物。根据实验证明和理论计算，这一类Diels-Alder加成产物以内型产物为主，个别情况会发生变化。,2.1.1.7不对称Diels-Alder反应,Diels-Alder反应很容易产生手性中心，也就是说，该反应很多情况下会产生立体异构体。既然能产生立体异构体，那么使用不对称合成的手段和技术比如手性试剂诱导、手性催化剂催化等都可以导致立体异构体的不等量产生，这样的反应就称为不对称Diels-Alder反应。,A用手性试剂诱导,B光活性催化剂的催化,从目前发展看，成熟的方法就是用手性试剂的诱导。对于其他不对称合成最常用的光活性催化剂的催化已经正在研究开发，但结果不稳定。,2.1.1.8光敏Diels-Alder反应,截至目前，绝大多数DielsAlder反应都是加热反应，一般称为热反应。事实证明，许多化合物的该类反应可以通过光引发剂进行，一般称为光敏反应。热反应是协同反应，而光反应不是协同反应，所以，在产物的结构上有很大不同。热反应的顺式规则和内型加成规则都不能使用。所以，如果需要可以去查阅相应的文献。,2.1.1.9DielsAlder反应总结,1D-A反应的亲二烯体若连接吸电子基团有利反应，而推电子基团制约反应。2二烯体的1，4位取代基对反应影响较大，推电子基有利反应，吸电子基制约反应，空间位阻有较大影响。3无论是亲二烯体或二烯体都可以含有杂原子参与反应，通常以O，N原子为多。,4D-A反应是可逆反应，但将其产物加热并不一定按原路返回生成原来的底物。5通常情况下，DA反应是热反应，但部分化合物可以发生光敏反应，但结果与热反应有明显不同。6Lewis酸对D-A反应有明显的催化作用，不仅能加速反应且能改变加成产物异构体之间的比例，可以提高选择性。,7当亲二烯体和二烯体都带有一个取代基时，1位取代的二烯体容易生成邻位产物（1，2位是主要产物），而2位取代的二烯体则易生成对位产物（1，4位是主要产物）。8如果二烯体是环化合物，则顺式亲二烯体生成顺式加成产物，反式亲二烯体生成反式加成产物，且容易生成内型加成产物。,9温度对反应的选择性有一定的影响。10手性试剂和光活性催化剂可以使用该反应进行不对称合成。,2.1.2Dickmann缩合成环反应。,分子间的酯缩合反应称为Claisen酯缩合反应。而分子内的酯缩合成环反应则称为Dickmann反应。,由于受反应成环之身的动力影响，该方法一般仅应用于形成五元环和六元环。即通常只是用己二酸酯制备五元环和庚二酸酯制备六元环。七元环产率很低，四元环基本不能生成。如果使用丁二酸二乙酯则生成己二酮：,此方法也是制备六元环化合物的常用方法，而且由于环上带有易脱去的酯基和易转变的羰基，所以，很容易转变成别的有用化合物。,由于Dickmann酯缩合反应的必然负反应是分子间的酯缩合生成Claisen开链酯缩合产物,所以，通常在实验操作时，一般把酯的浓度降低以尽量避免分子间的缩合发生，提高产率。,2.1