DA反應(yīng)的綜述

Diels-Alder反應(yīng)的綜述摘要：自從1928年Diels和Alder報(bào)道環(huán)戊二烯與順丁烯二酸酐的環(huán)加成反應(yīng)后，Diels-Alder反應(yīng)幾十年來一直吸引著有機(jī)化學(xué)家們的廣泛興趣。這個(gè)反應(yīng)為合成六元環(huán)化合物提供了一條簡單的途徑。不僅產(chǎn)率高，而且反應(yīng)的立體專一性和定位選擇性強(qiáng)，成為有機(jī)合成中一個(gè)十分重要的反應(yīng)。本文對Diels-Alder反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)背景、相關(guān)機(jī)理及應(yīng)用價(jià)值作一總結(jié)，使人們更好地了解Diels-Alder反應(yīng)。關(guān)鍵詞：Diels-Alder反應(yīng) 背景 機(jī)理 催化劑1. 發(fā)現(xiàn)背景：Diels-Alder（譯作狄爾斯-阿德爾）反應(yīng)，又名雙烯加成，由共軛雙烯與烯烴或炔烴反應(yīng)生成六元環(huán)的反應(yīng)，是有機(jī)化學(xué)合成反應(yīng)中非常重要的碳碳鍵形成的手段之一，也是現(xiàn)代有機(jī)合成里常用的反應(yīng)之一。反應(yīng)有豐富的立體化學(xué)呈現(xiàn)，兼有立體選擇性、立體專一性和區(qū)域選擇性等。狄爾斯阿爾德反應(yīng)是1928 年由德國化學(xué)家奧托迪爾斯（OttoPaulHermann Diels） 和他的學(xué)生庫爾特阿爾德（Kurt Alder）發(fā)現(xiàn)的，他們因此獲得1950年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。最早的關(guān)于狄爾斯-阿爾德反應(yīng)的研究可以上溯到1892年。齊克（Zinke）發(fā)現(xiàn)并提出了狄爾斯-阿爾德反應(yīng)產(chǎn)物四氯環(huán)戊二烯酮二聚體的結(jié)構(gòu)；稍后列別捷夫（Lebedev）指出了乙烯基環(huán)己烯是丁二烯二聚體的轉(zhuǎn)化關(guān)系。但這兩人都沒有認(rèn)識(shí)到這些事實(shí)背后更深層次的東西。1906年德國慕尼黑大學(xué)研究生阿爾布萊希特（Albrecht）按導(dǎo)師惕勒（Thiele）的要求做環(huán)戊二烯與酮類在堿催化下縮合，合成一種染料的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)他們試圖用苯醌替代其他酮做實(shí)驗(yàn)，但是苯醌在堿性條件下很容易分解。實(shí)驗(yàn)沒有成功。阿爾布萊希特發(fā)現(xiàn)不加堿反應(yīng)也能進(jìn)行，但是得到了一個(gè)沒有顏色的化合物。阿爾布萊希特提了一個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)構(gòu)解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1920年德國人馮歐拉（von Euler）和學(xué)生約瑟夫（Joseph）研究異戊二烯與苯醌反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。他們正確地提出了狄爾斯-阿爾德產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，也提出了反應(yīng)可能經(jīng)歷的機(jī)理。事實(shí)上他們離狄爾斯-阿爾德反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)非常近了。但馮歐拉并沒有深入研究下去，因?yàn)樗闹鳂I(yè)是生物化學(xué)（后因研究發(fā)酵而獲諾貝爾獎(jiǎng)），對狄爾斯-阿爾德反應(yīng)的研究純屬娛樂消遣性質(zhì)的，所以狄爾斯-阿德爾反應(yīng)再次沉沒下去。1921年，狄爾斯和其研究生巴克（Back）研究偶氮二羧酸乙酯與胺發(fā)生的酯變胺的反應(yīng)，當(dāng)他們用2-萘胺做反應(yīng)的時(shí)候，根據(jù)元素分析，得到的產(chǎn)物是一個(gè)加成物而不是期待的取代物。狄爾斯很自然地仿造阿爾布萊希特用環(huán)戊二烯替代萘胺與偶氮二羧酸乙酯作用，結(jié)果又得到第三種加成物。通過計(jì)量加氫實(shí)驗(yàn)，狄爾斯發(fā)現(xiàn)加成物中只含有一個(gè)雙鍵。如果產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)是如阿爾布萊希特提出的，那么勢必要有兩個(gè)雙鍵才對。直到1928年，狄爾斯與另一個(gè)學(xué)生阿爾德（Alder）在1,3-丁二烯和順丁烯二酸酐的研究中，發(fā)現(xiàn)共軛雙烯與含有雙鍵或三鍵化合物相互作用時(shí)，生成六元環(huán)狀化合物，提供了正確的雙烯加成物的結(jié)構(gòu)，并將其發(fā)表，這標(biāo)志著Diels-Alder反應(yīng)的正式發(fā)現(xiàn)。2. 相關(guān)機(jī)理：2.1 反應(yīng)機(jī)理Diels-Alder 反應(yīng)：含有一個(gè)活潑的雙鍵或叁鍵的化合物(親雙烯體)與共軛二烯類化合物(雙烯體)發(fā)生1,4-加成，生成六元環(huán)狀化合物：這個(gè)反應(yīng)極易進(jìn)行并且反應(yīng)速度快，應(yīng)用范圍極廣泛，是合成環(huán)狀化合物的一個(gè)非常重要的方法。帶有吸電子取代基的親雙烯體和帶有給電子取代基的雙烯體對反應(yīng)有利。常用的親雙烯體有：下列基團(tuán)也能作為親雙烯體發(fā)生反應(yīng)：常用的雙烯體有：這是一個(gè)協(xié)同反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)，雙烯體和親雙烯體彼此靠近，互相作用，形成一個(gè)環(huán)狀過渡態(tài)，然后逐漸轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物分子：反應(yīng)是按順式加成方式進(jìn)行的，反應(yīng)物原來的構(gòu)型關(guān)系仍保留在環(huán)加成產(chǎn)物中。例如：正常的Diels-Alder反應(yīng)主要是由雙烯體的HOMO(最高已占軌道)與親雙烯體的LUMO(最低未占軌道)發(fā)生作用。反應(yīng)過程中，電子從雙烯體的HOMO“流入”親雙烯體的LUMO。也有由雙烯體的LUMO與親雙烯體的HOMO作用發(fā)生反應(yīng)的。反應(yīng)實(shí)例：本反應(yīng)具有很強(qiáng)的區(qū)域選擇性，當(dāng)雙烯體與親雙烯體上均有取代基時(shí)，主要生成兩個(gè)取代基處于鄰位或?qū)ξ坏漠a(chǎn)物：當(dāng)雙烯體上有給電子取代基、親雙烯體上有不飽和基團(tuán)如：2.2 催化劑參與反應(yīng)的機(jī)理在藥物、天然化合物、萜類化合物的合成中Diels-Alder反應(yīng)得到了廣泛應(yīng)用，對于Diels-Alder反應(yīng)中催化劑的應(yīng)用研究也十分深入，主要使用的催化劑多為路易斯酸和布魯斯酸，比如，金屬氯化物，碘化物，三氟甲磺酸鹽，烷基金屬化合物，BH，三氟化硼的乙醚溶液，二氟化芳基硼等。Ilshilna Y，Sait N等1991年在異戊二烯和順丁烯二酸酐的反應(yīng)中應(yīng)用AlCl作為催化劑在超臨界CO：的環(huán)境中，用FT瓜進(jìn)行了C=C，C=O的振動(dòng)趨勢追蹤研究，對產(chǎn)物NMR測量顯示，只有產(chǎn)物P生成，提出在超臨界CO：介質(zhì)中通過數(shù)據(jù)顯示，機(jī)理可能分為如下兩步，其中超臨界CO：的存在對反應(yīng)也有一定的影響，但并沒有提出確定的結(jié)論。自2000年以來，在Diels-Alder反應(yīng)中催化劑嗯唑硼烷廣泛應(yīng)用于合成倍半萜類化合物和大分子的藥物中間體中。這種手性催化劑對產(chǎn)物的立體結(jié)構(gòu)和區(qū)位活性點(diǎn)起著選擇性的作用，在手性硼烷的催化作用下，一系列，不飽和羰基化合物(不飽和的醛，酮，酯，醌，羧酸)與1，3-丁二烯，或戊二烯反應(yīng)生成環(huán)己烯類化合物，得到的對映體產(chǎn)率量大于90。2.3 Diels-Alder反應(yīng)有如下規(guī)律：（1）區(qū)域選擇性：反應(yīng)產(chǎn)物往往以“假鄰對位”產(chǎn)物為主。即若把六元環(huán)阿爾德反應(yīng)產(chǎn)物比作苯環(huán)，那么環(huán)上官能團(tuán)（假設(shè)有兩個(gè)官能團(tuán)）之間的相互位置以鄰位，或者對位為主。（2）立體選擇性：反應(yīng)產(chǎn)物以“內(nèi)型”為主，即反應(yīng)主產(chǎn)物是經(jīng)過“內(nèi)型”過渡態(tài)得到的。（3）立體專一性：加熱條件下反應(yīng)產(chǎn)物以“順旋”產(chǎn)物為唯一產(chǎn)物；光照條件下以“對旋”產(chǎn)物為唯一產(chǎn)物。3.小結(jié)與展望科學(xué)工作者研究了催化劑、水溶劑、離子溶劑、超臨界CO：溶劑Diels-Alderr反應(yīng)的影響，并在反應(yīng)速率、立體結(jié)構(gòu)和區(qū)位選擇性等方面開展了大量研究。我們對反應(yīng)機(jī)理有了初步的認(rèn)識(shí)，但是限于化學(xué)模擬本身的局限性，具體反應(yīng)環(huán)境的影響，我們?nèi)孕枰獙iels-Alder反應(yīng)的理論研究建立新的模型，采用新的方法，進(jìn)行深入探討。實(shí)驗(yàn)中對傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的應(yīng)用較多，但是綠色化學(xué)是學(xué)科發(fā)展的必然趨勢，目前研究已經(jīng)表明綠色的溶劑水、離子液體、超臨界CO：等的恰當(dāng)選擇，不僅能使反應(yīng)速率大大提高并且在立體選擇性上具有很大的優(yōu)勢，能定向生成預(yù)期產(chǎn)物。可以預(yù)期，在今后的綠色合成、定位合成藥物中間體、天然半萜類化合物以及在巨環(huán)分子化合物的合成中，Diels-Alder反應(yīng)將會(huì)因其高產(chǎn)率、過程簡單脫穎而出，發(fā)揮巨大的優(yōu)勢，體現(xiàn)它的價(jià)值。參考文獻(xiàn)：【1】胡維宏.有機(jī)化學(xué)：上冊.4版.北京：高等教育出版社.【2】林夢海量子化學(xué)簡明教程北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005【3】邢其毅基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)：上冊2版北京：高等教育出版社，1993. 【4】王碩文;汪清民;黃潤秋亞胺雜Diels-Alder反應(yīng)的催化劑期刊論文-有機(jī)化學(xué) 2003(10).【5】陳鴻章;王文峰;李俊篯Diels-Alder反應(yīng)軌道作用情況研究期刊論文-化學(xué)學(xué)報(bào) 2007(22).【6】 姚煥英.YAO Huan-ying Diels-