成环反应精简学习课程

1、成环策略A.有环体系的修饰有环体系的修饰 B.非环体系的环化非环体系的环化 单边环化单边环化 双边环化或多边环化双边环化或多边环化 第1页/共86页第一页，编辑于星期日：十五点 四十分。第一节 单边环化（分子内反应） 由于分子内反应引起的由于分子内反应引起的熵减熵减比相应的分子间反比相应的分子间反应小，因此，应小，因此，分子内反应通常比相应的分子间反应容分子内反应通常比相应的分子间反应容易进行易进行制约分子内反应的因素：制约分子内反应的因素：A.环的张力环的张力环的大小（环的大小（n） 3 4 5 6 7 10 15 环化速率环化速率 0.12 0.002 100 1.7 0.03 10-8

2、10-4第2页/共86页第二页，编辑于星期日：十五点 四十分。制约分子内反应的因素B.分子的几何构型分子的几何构型 分子的几何结构制约着分子中分子的几何结构制约着分子中反应中心原反应中心原子子能否有效的进行能否有效的进行轨道的交盖轨道的交盖C.同时形成双反应中心的要求同时形成双反应中心的要求 反应获得成功的先决条件是：反应获得成功的先决条件是：形成一个反应活形成一个反应活性中心所用的试剂和条件不能影响和破坏另一反性中心所用的试剂和条件不能影响和破坏另一反应中心应中心D.竞争性分子间反应竞争性分子间反应综合上述因素，成环的难易为：综合上述因素，成环的难易为： 53；64,7,8,9第3页/共86

3、页第三页，编辑于星期日：十五点 四十分。分子内反应成环 通过分子内通过分子内亲电亲电-亲核中心亲核中心相互作用形成碳环，是合相互作用形成碳环，是合成环状化合物的常规方法。成环状化合物的常规方法。 第4页/共86页第四页，编辑于星期日：十五点 四十分。一些分子内反应成环的例子合成：合成：第5页/共86页第五页，编辑于星期日：十五点 四十分。一些分子内反应成环的例子第6页/共86页第六页，编辑于星期日：十五点 四十分。一些分子内反应成环的例子第7页/共86页第七页，编辑于星期日：十五点 四十分。一些分子内反应成环的例子第8页/共86页第八页，编辑于星期日：十五点 四十分。第二节：双边环化Diels

4、-Alder反反应是应是共轭二烯共轭二烯同同烯类或炔类烯类或炔类生成生成环己烯环己烯类衍生物类衍生物的反应，是最重的反应，是最重要的要的六元环六元环合成合成方法。方法。Diels-Alder反应反应第9页/共86页第九页，编辑于星期日：十五点 四十分。Diels-Alder反应的机理分子轨道对称性守恒原理分子轨道对称性守恒原理认为：双烯体的认为：双烯体的HOMO与亲与亲双烯体双烯体LUMO相位相符相位相符；亲双烯体的；亲双烯体的HOMO与双烯与双烯体的体的LUMO相位相符相位相符。因此，它们以。因此，它们以同面方式同面方式加成，加成，新键的形成和原有新键的形成和原有p p键的衰减键的衰减协同进

5、行协同进行。第10页/共86页第十页，编辑于星期日：十五点 四十分。电子效应对Diels-Alder反应的影响双烯体电子密度越大，亲双烯体电子密度越小，双烯体电子密度越大，亲双烯体电子密度越小，D-A反应越容易发生；反之亦然。反应越容易发生；反之亦然。较稳定的共振式第11页/共86页第十一页，编辑于星期日：十五点 四十分。Diels-Alder反应的立体选择性Diels-Alder反应是反应是立体专一性反应立体专一性反应，生成的产物中，生成的产物中，双烯体和亲双烯体双烯体和亲双烯体构型保持不变构型保持不变第12页/共86页第十二页，编辑于星期日：十五点 四十分。Diels-Alder反应的内型

6、规则endo加成产物加成产物exo加成产物加成产物Alder “内型规则内型规则”主要产物主要产物第13页/共86页第十三页，编辑于星期日：十五点 四十分。内型加成和外型加成的确认endo加成产物加成产物exo加成产物加成产物主要产物主要产物第14页/共86页第十四页，编辑于星期日：十五点 四十分。Diels-Alder反应的内型规则内型规则说明反内型规则说明反应过程是应过程是协同协同的的Diels-Alder反应中反应中双烯体的相对构型双烯体的相对构型也也保持不变保持不变反反反反反反顺顺第15页/共86页第十五页，编辑于星期日：十五点 四十分。内型异构体和外型异构体的相互转变内型内型异构体和

7、异构体和外型外型异构体的相互转变异构体的相互转变endo加成产物加成产物exo加成产物加成产物第16页/共86页第十六页，编辑于星期日：十五点 四十分。内型规则的解释内型内型Diels-Alder加成过渡态中加成过渡态中HOMO-LUMO的的相互作用相互作用endo加成加成exo加成加成第17页/共86页第十七页，编辑于星期日：十五点 四十分。其它因素对Diels-Alder反应选择性的影响取代基、溶剂取代基、溶剂对对Diels-Alder反应中内型加成和外反应中内型加成和外型加成的比例也有影响型加成的比例也有影响Xendoexo75CH3C2H5PhH25356501006040第18页/共

8、86页第十八页，编辑于星期日：十五点 四十分。双烯体双烯体反应活性一般受取代基的双烯体反应活性一般受取代基的电子效应电子效应和和空间效空间效应应的影响的影响电子效应电子效应较稳定的共振式双烯体带有双烯体带有供电子取代基供电子取代基，反应活性提高，反应活性提高第19页/共86页第十九页，编辑于星期日：十五点 四十分。二烯的双键必须是二烯的双键必须是s-顺式构型才能参与顺式构型才能参与Diels-Alder反应反应S-transS-cisS-transS-cis凡是有利于形成凡是有利于形成s-cis构型的因素都能提高构型的因素都能提高Diels-Alder反应的反应的活性活性空间效应对双烯体的影响

9、第20页/共86页第二十页，编辑于星期日：十五点 四十分。常见的双烯体第21页/共86页第二十一页，编辑于星期日：十五点 四十分。亲双烯体乙烯型乙烯型和和乙炔型乙炔型衍生物是常见的亲双烯体。衍生物是常见的亲双烯体。亲双烯体带有吸电子取代基有利于提高反应活性亲双烯体带有吸电子取代基有利于提高反应活性相对速率第22页/共86页第二十二页，编辑于星期日：十五点 四十分。常见的亲双烯体第23页/共86页第二十三页，编辑于星期日：十五点 四十分。逆Diels-Alder反应Diels-Alder反应式反应式可逆的可逆的，在合成上也有很重要，在合成上也有很重要的应用。的应用。第24页/共86页第二十四页，

10、编辑于星期日：十五点 四十分。逆Diels-Alder反应第25页/共86页第二十五页，编辑于星期日：十五点 四十分。Diels-Alder反应在有机合成中的应用第26页/共86页第二十六页，编辑于星期日：十五点 四十分。Diels-Alder反应在有机合成中的应用第27页/共86页第二十七页，编辑于星期日：十五点 四十分。Diels-Alder反应在有机合成中的应用第28页/共86页第二十八页，编辑于星期日：十五点 四十分。Diels-Alder反应在有机合成中的应用第29页/共86页第二十九页，编辑于星期日：十五点 四十分。Diels-Alder反应在有机合成中的应用第30页/共86页第三

11、十页，编辑于星期日：十五点 四十分。杂原子参与的杂原子参与的Diels-Alder反应反应NSO2PhRRORRRRNRORRRSO2PhRRNSO2PhRRRRORRendoBoat TS第31页/共86页第三十一页，编辑于星期日：十五点 四十分。氮杂Diels-Alder反应常用的常用的Lewis酸：酸：第32页/共86页第三十二页，编辑于星期日：十五点 四十分。氮杂Diels-Alder反应合成四氢喹啉第33页/共86页第三十三页，编辑于星期日：十五点 四十分。电环化反应第34页/共86页第三十四页，编辑于星期日：十五点 四十分。电环化反应的理论基础第35页/共86页第三十五页，编辑于星

12、期日：十五点 四十分。Woodward-Hoffmann 规则第36页/共86页第三十六页，编辑于星期日：十五点 四十分。4n体系的分子轨道注意：HOMOLUMO基态：第37页/共86页第三十七页，编辑于星期日：十五点 四十分。Woodward-Hoffmann 规则规则: 4n电子体系电子体系加热顺旋加热顺旋、光照对旋光照对旋第38页/共86页第三十八页，编辑于星期日：十五点 四十分。4n+2体系的分子轨道注意：基态：HOMOLUMO第39页/共86页第三十九页，编辑于星期日：十五点 四十分。Woodward-Hoffmann 规则规则: 4n+2电子体系电子体系加热对旋加热对旋、光照顺旋光

13、照顺旋第40页/共86页第四十页，编辑于星期日：十五点 四十分。第41页/共86页第四十一页，编辑于星期日：十五点 四十分。电环化反应在有机合成中的应用第42页/共86页第四十二页，编辑于星期日：十五点 四十分。电环化反应在有机合成中的应用第43页/共86页第四十三页，编辑于星期日：十五点 四十分。电环化反应在有机合成中的应用HHhvHHHH全顺式全顺式环癸五烯环癸五烯的电环化反应：的电环化反应：光照时生成光照时生成顺顺旋关环旋关环产物产物反反-9,10-二氢萘二氢萘加热时生成加热时生成对旋对旋关环关环产物产物顺顺-9,10-二氢萘二氢萘第44页/共86页第四十四页，编辑于星期日：十五点 四十

14、分。卡宾对烯烃的加成第45页/共86页第四十五页，编辑于星期日：十五点 四十分。卡宾的结构第46页/共86页第四十六页，编辑于星期日：十五点 四十分。卡宾的产生第47页/共86页第四十七页，编辑于星期日：十五点 四十分。卡宾对烯烃的加成反应第48页/共86页第四十八页，编辑于星期日：十五点 四十分。Simmon-Smith反应第49页/共86页第四十九页，编辑于星期日：十五点 四十分。Simmon-Smith反应第50页/共86页第五十页，编辑于星期日：十五点 四十分。扩环反应在合成中的应用第51页/共86页第五十一页，编辑于星期日：十五点 四十分。卡宾及类卡宾反应的应用第52页/共86页第五

15、十二页，编辑于星期日：十五点 四十分。第三节 杂环化合物的合成第53页/共86页第五十三页，编辑于星期日：十五点 四十分。含一个杂原子的杂环化合物第54页/共86页第五十四页，编辑于星期日：十五点 四十分。含多个杂原子的杂环化合物第55页/共86页第五十五页，编辑于星期日：十五点 四十分。一、含一个杂原子的五员杂环1 1、呋喃类的合成、呋喃类的合成A.A.1,4-1,4-二羰基化合物二羰基化合物为原料为原料脱水剂：脱水剂：硫酸、氯化锌、乙酸酐硫酸、氯化锌、乙酸酐或或五氧化二磷五氧化二磷第56页/共86页第五十六页，编辑于星期日：十五点 四十分。合成实例第57页/共86页第五十七页，编辑于星期日

16、：十五点 四十分。B.a a-卤代羰基化合物为原料1 1，3-3-二羰基化合物二羰基化合物和和a a- -卤代羰基化合物卤代羰基化合物在在碱性条件碱性条件下作用下作用第58页/共86页第五十八页，编辑于星期日：十五点 四十分。合成实例第59页/共86页第五十九页，编辑于星期日：十五点 四十分。合成实例第60页/共86页第六十页，编辑于星期日：十五点 四十分。2、吡咯类化合物的合成A.A.1 1，4-4-二羰基化合物二羰基化合物和和氨或伯胺氨或伯胺作用作用第61页/共86页第六十一页，编辑于星期日：十五点 四十分。合成实例第62页/共86页第六十二页，编辑于星期日：十五点 四十分。B. a a-

17、氨基酮和酮缩合a a- -氨基酮氨基酮与含有与含有活泼亚甲基的酮活泼亚甲基的酮进行缩合反应，得到吡咯类化进行缩合反应，得到吡咯类化合物。合物。第63页/共86页第六十三页，编辑于星期日：十五点 四十分。吡咯合成实例分析第64页/共86页第六十四页，编辑于星期日：十五点 四十分。吡咯合成实例分析第65页/共86页第六十五页，编辑于星期日：十五点 四十分。3、吲哚类化合物的合成吲哚吲哚及其相关物，是杂环化学中非常重要的研究领域。吲哚及其相关物，是杂环化学中非常重要的研究领域。吲哚单元存在于很多单元存在于很多天然产物天然产物结构中，是具有众多药理活性的结构中，是具有众多药理活性的生物碱生物碱。植物生

18、长调节剂植物生长调节剂第66页/共86页第六十六页，编辑于星期日：十五点 四十分。Fischer合成法将将醛醛或或酮酮的的苯腙苯腙与与酸性催化剂酸性催化剂，如，如BF3, ,ZnCl2等加热，可等加热，可用来合成用来合成吲哚类吲哚类化合物化合物第67页/共86页第六十七页，编辑于星期日：十五点 四十分。Madelung合成法邻酰胺基甲苯碱性邻酰胺基甲苯碱性条件下，条件下，加热环合加热环合，可以制备吲哚衍生物，可以制备吲哚衍生物第68页/共86页第六十八页，编辑于星期日：十五点 四十分。Bischler合成法a a- -羟基羟基或或a a- -氯代酮氯代酮在在酸催化酸催化下，同下，同芳香胺芳香胺

19、反应得到吲哚反应得到吲哚第69页/共86页第六十九页，编辑于星期日：十五点 四十分。Reissert合成法邻硝基甲苯邻硝基甲苯在碱存在下，同草酸二乙酯缩合得邻硝基在碱存在下，同草酸二乙酯缩合得邻硝基a a- -酮酸酮酸酯。将硝基还原，同时发生环化得吲哚衍生物。酯。将硝基还原，同时发生环化得吲哚衍生物。第70页/共86页第七十页，编辑于星期日：十五点 四十分。应用实例NOMeEtZnCl2150oCNEtMe80%NHNEtAcOH90oCNHEtNH2+PhOPhBrH+NHPhPh90%80%第71页/共86页第七十一页，编辑于星期日：十五点 四十分。应用实例NO2CH3OCH3CO2EtC

20、O2Et+EtOKNO2OCH3CO2EtO1.KOH2.H+NO2OCH3COOHOFeSO4/NH3(l)100oCNH2OCH3COOHO-H2ONHOCH3COOH-CO2230oCNHOCH3第72页/共86页第七十二页，编辑于星期日：十五点 四十分。二、含一个杂原子的六员杂环1.1.吡啶吡啶及其衍生物的合成及其衍生物的合成尼古丁尼古丁吡哆醇（维生素吡哆醇（维生素B6）第73页/共86页第七十三页，编辑于星期日：十五点 四十分。吡啶及其衍生物的合成策略路线路线A路线路线B第74页/共86页第七十四页，编辑于星期日：十五点 四十分。Hantzsch合成法（路线A）b b- -酮酸酯酮酸

21、酯或其他活泼亚甲基化合物在或其他活泼亚甲基化合物在氨氨存在下，同存在下，同醛醛缩合缩合羟醛缩合羟醛缩合迈克尔加成迈克尔加成第75页/共86页第七十五页，编辑于星期日：十五点 四十分。Hantzsch合成法第76页/共86页第七十六页，编辑于星期日：十五点 四十分。Hantzsch合成法第77页/共86页第七十七页，编辑于星期日：十五点 四十分。吡啶及其衍生物的合成羟胺羟胺与与1,5-1,5-二羰基化合物二羰基化合物反应可得吡啶衍生物反应可得吡啶衍生物第78页/共86页第七十八页，编辑于星期日：十五点 四十分。吡啶及其衍生物的合成乙酰丙酮乙酰丙酮和和醋酸铵醋酸铵的反应（路线的反应（路线B）第79页/共86页第七十九页，编辑于星期日：十五点 四十分。2、喹啉类化合物的合成奎宁奎宁氯喹氯喹第80页/共86页第八十页，编辑于星期日：十五点