08第八章 环化反应.ppt

王鹏山东科技大学化学与材料工程学院，第八章成环反应、环化、再连接操作的合成应用，王鹏，8.1成环战略，环系是有机化合物的重要组成部分， 其特殊结构将这种化合物的反应和性质纳入独特的环系建立中：如何建立新环和改进现有环是研究重点建立新环的方法：分子内环反应(Dieckmann缩合等)双边环化反应(D-A反应、电环化等)、王鹏、 8.2单边环化的分子内反应、单分子环化反应：具有分子内反应和分子间竞争的反应倾向，分子内反应环化，分子间反应受聚合物分子内环化反应是否容易发生的四个方面的限制：环张力分子的几何结构同时形成双反应中心的竞争性其他分子内反应环化反应的分类：阳离子环化、 阴离子环化、自由基环化、金属有机催化剂下环化和卡宾插入、王鹏、8.2单边环化的分子内反应阴离子环化原理：阴离子环化反应是主要涉及阴离子中间体的反应，这种反应是碳阴离子和其他阴离子涉及的亲核环化反应，例如酯基、氨基、羟基， 巯基等官能团反应的本质包括SNi反应(1或2 )、1，2加成或1，4加成等阴离子攻击的亲核反应。 王鹏，8.2单边环化的分子内反应，布尔文规则：受空间影响，在相同条件下，能否发生某种反应，反之用布尔文规则预测是否发生反应，布尔文规则，王鹏，8.2单边环化的分子内反应，布尔文总结立体和电子效应的影响。 许多环化反应被认为受三个因素的影响：环的大小：目标环大小的混合方式：攻击原子属于哪种混合型？ 断键方式：攻击原子攻击官能团的内侧还是外侧的外式(exo )电子变成小环，内式(endo )电子变成大环，电子向外侧流动，电子向内侧流动，王鹏，8.2单边环的分子内反应，Baldwin规则的应用： Baldwin的环化反应的预测可能会导致很多现象虽然可以预测反应前是否发生反应是由阴离子环化反应得出的结论，但对于阳离子和自由基的环化反应，也可以利用Baldwin规则很好地说明反应现象，王鹏，8.2单边环化的分子内反应， 违反Baldwin规则： Baldwin规则总结了已知的阴离子亲核反应机制，可能会发生违反Baldwin规则的反应，但机制可能完全不同，自由基和阳离子环应用Baldwin规则， 王鹏，8.2单边环化的分子内反应，其他的Baldwin规则违反例子：乙醇阴离子的环化规则： Baldwin的扩散，乙醇阴离子的环化规则，王鹏， 8.2单边环化的分子内反应追加参数：乙醇负离子的内式： enolendo，双键为内部乙醇负离子的外式： enolexo，双键为外部，例如：乙醇负离子的内式攻击，内式、外式、外式、王鹏，8.2边环化的分子内反应由于利用负离子的各种亲核反应进行环化，因此影响负离子产生的因素会影响这种环化反应。 例如，如果使用不含-氢的醛合成羟醛环，则可以得到高产率的环化产物，王鹏、8.2单边环化的分子内反应广泛应用于利用预制毂的烯醇负离子在敏感基团的存在下能够结合非碳负离子的阴离子环以及杂原子环系化合物的合成王鹏8.2单边环化的分子内反应、阳离子环化反应：利用阳离子中间体的环化反应也得到广泛应用，萜烯化合物与甾体的合成多数是在阳离子环化制备的阳离子中经常使用碳阳离子，由于其易于转位生成更稳定的化合物， 能够形成稳定的叔碳阳离子和其他稳定的阳离子的收率高，80%HOAc-H2O，叔碳阳离子已经处于稳定状态，未重新定位的王鹏，8.2边环的分子内反应，其他阳离子环例：稳定碳阳离子(与稳定基团相连)的环化反应，主要是亚胺离子、亚胺鎓离子的反应、不是叔碳阳离子但成为稳定环化的要求而未重新配置的亚胺中间体被附加在碳中心，王鹏、8.2边环化的分子内反应自由基环化反应：通过自由基反应得到环化生成物的环化方法与极性反应相比，自由基反应可以在中性条件下反应， 可以避免副反应和极性反应的差异，自由基环化一般以五元环生成物为主的自由基环化近年来受到关注，很多天然生成物的合成反应都是这种反应，王鹏、 8.2利用单边环化的分子内反应的有机金属化合物催化的环反应：钯催化环：常见的是分子内的Suzuki反应、Heck反应和Stille反应在金属有机催化剂下的亲电子环反应：金属有机催化剂的正离子首先与乙烯、乙炔等富电子基配位而活化， 然后发生分子内亲核反应的亲核体(多为杂原子)攻击活性体而形成杂环化合物的卡宾插入反应：重氮化合物用二价铑盐或铜盐得到卡宾，与此相应地进行(键或键) 5或六元环化生成物、王鹏、8.2边环化的分子内反应， 烯烃复分解反应：烯烃复分解反应不仅是合成新的双键化合物，也是合成含有双键的环状化合物的好方法，合成多数是在催化剂存在下的闭环复分解反应的反应过程：反应脱离乙烯后结束，王鹏，8.2单边环化的分子内反应， 催化剂：金属卡宾配合物(钌催化剂等)效果最好，采用最广泛的闭环复分解反应可得到五元和六元环，也可用于大环的合成，王鹏，8.3双边环和环加成六元环的合成：元环是结构上最稳定的环状结构，形成时应克服的阻力最小一般合成Diels-Alder反应为4阶段极性环中D-A反应最主要的六元环化合物的方法Diels-Alder反应： O.Diels和K.Alder发现的二烯体与亲二烯体协同反应得到的六元环化合物的反应也称为二烯合成，也称为环加成反应、王鹏、 Diels-Alder反应，典型的D-A反应：二烯体(s-顺式二烯)，亲二烯体马来酸酐，王鹏，8.3双边环化和环加成， 作为D-A反应特征的二烯体具有给电子基团有利于反应：亲二烯体具有吸电子基团有利：高立体选择性：选择反应选择取代基朝向环外侧的排列方式，降低，另外，反应中取代基的配置的相对关系在反应中也不变，王鹏，endo98.5%exo(1.5% ) 供电的二烯体和吸电的亲二烯体可以很好地反应，反应的立体选择性纯，以外式结构为主，8.3双边环化和环加成，王鹏，反应中取代基的相对配置一致，8.3双边环化和环加成，王鹏，区域选择性：二烯体HOMO系数大，亲二烯体LUMO系数大。 两个反应物的“轨道系数”最大的位置相互作用，使附加具有区域选择性。8.3双边环化和环加成、王鹏、分子轨道对称守恒原理：伍德沃德对天然产物的合成进行研究，发现只有取代基构型符合顺式的二烯体会发生电环化反应和D-A反应Hoffman，被称为伍德沃夫曼定律，8.3双边环化和环加成、王鹏、 8.3双边环化和环加成、da反应中的哈夫曼定律：二烯体提供HOMO电子，亲二烯体提供LUMO轨道。 根据保存规则，由于反应时碳链加热时使取代基顺向旋转，光照射时使取代基逆向旋转的光反应少，因此加热状态下的顺向旋转过程的顺向旋转的要求多，因此在二烯体中只有s-顺的二烯发生反应，配置固定而难以旋转时，s-逆式的二烯发生D-A反应D-A反应是四步环化即该步合成方法类似于D-A反应，是合成六元环的重要方法，鲁宾逊环是重要的合成应用，王鹏，近年来新的合成方法，该三元环的分解反应和环键反应共同作用，得到新的萘、蒽类结构， 合成芳香缩合环另外一个良好的方法，例如，在王鹏、五元环的形成、五元环是仅次于六元环的稳定的环状体系的合成时，一般也将3 2环加成3 2步环加成3 2环加成称为1，3双极子环加成，通过偶极子与乙烯、乙炔、酰亚胺等的亲偶极子的反应来形成环状结构双极体是烯丙基负离子等电气体，反应与D-A反应相似，王鹏、Trost的发展是通过D-A反应容易得到合成六元环反应，因此Trost使用三亚甲烷(TMM )和烯烃可以加成三二元环，三亚甲烷的形成主要使用2 2个环附加。 烯烃与烯烃的反应烯烃与累积双键的反应烯烃与碳杂原子之间的重键的反应通过轨道对称保存，在光下允许反应，Cu(I )盐催化这样的反应部分的反应可以在加热条件下进行，例如烯烃的环加成反应、王鹏、三元环的确立， 三元环的合成比四元环困难，常用卡宾等进行反应的其他方法得不到碳的三环化合物1 2反应： 1是卡宾，2是烯烃或共轭烯烃，得到环丙烷系化合物1 2的阶段环化：合成含有杂原子(多数为氧)的三元环， 一般用过氧化氢等氧化物制备环氧乙烷类化合物，王鹏山东科技大学化学与材料工程学院、多分子环化反应与建筑阻滞思想、大环化合物的构建一直是难点，也是吸引化学家们的热点。 根据建筑砌块思想与模板的合成方法，必要的大环结构、王鹏、模板合成法、模板是利用某分子(离子)自稳定结构与基质之间存在弱相互作用的特征进行控制合成，首先以大阳离子为模板：有机化学，2004，24， 16331636、王鹏、利用配位作用的大环合成、模板、基质弱相互作用氢键、吸电荷、配位作用等催化剂： Cl2(PCy3)2Ru=CHPh、烯烃的复分解反应、.ed.2003、42、228、王鹏、H2、Pd/C、 再加模具促进结晶，利用王鹏、建筑块思想合成大环，模具法使用模具作为反应惰性促进体，合成中除模具和基质作用点外，基质仅用末端基团反应，结构内部不参与反应。建筑物在建筑时只需连接建筑块(空心砖、钢架等)即可完成，化学家们使用这个名词BuildingBlock (建筑块)呼唤反应基质这一想法，在我们设计大环时，只要考虑反应方式和反应角度，就可以得到必要的环结构，王鹏，a c、c、分子间反应、建筑区块、二次建筑区块、二次建筑区块、王鹏过溴二氯甲烷、叔丁醇钾THF、n=1二分子缩合32%主产物、n=2三分子缩合9%、n=3四分子缩合6%、王鹏、，n=1二分子缩合32% n=4分子缩合4%，王鹏， 建筑块是分子，络