環(huán)化反應(yīng)與開環(huán)詳解

環(huán)化反應(yīng)與開環(huán)詳解演示文稿當(dāng)前1頁，總共100頁。優(yōu)選環(huán)化反應(yīng)與開環(huán)當(dāng)前2頁，總共100頁。主要講授內(nèi)容4.1成環(huán)概述與策略4.2非環(huán)前體的環(huán)化反應(yīng)4.3雙邊環(huán)化與環(huán)加成反應(yīng)4.4芳香族雜環(huán)的合成4.5開環(huán)反應(yīng)當(dāng)前3頁，總共100頁。4.1成環(huán)概述與策略Pericyclic

SummaryandTactics

當(dāng)前4頁，總共100頁。4.1.1

成環(huán)反應(yīng)概述

(Summary

on

PericyclicReaction)碳原子相互結(jié)合生成環(huán)狀化合物是自然界形成有機化合物的最基本現(xiàn)象。通過成環(huán)與開環(huán)反應(yīng)構(gòu)建分子的碳環(huán)、雜環(huán)骨架是有機合成核心內(nèi)容之一。1.環(huán)的特點

環(huán)具有閉合的分子骨架。2.環(huán)的分類

根據(jù)結(jié)構(gòu)，環(huán)可分為脂環(huán)和芳環(huán)兩大類。每一類中又可分為碳環(huán)和雜環(huán)、單環(huán)與多環(huán)等類型。當(dāng)前5頁，總共100頁。4.1.2

成環(huán)反應(yīng)策略

(Tactics

on

PericyclicReaction)一般而言，環(huán)系的建立可通過非環(huán)體系的環(huán)化或?qū)σ延协h(huán)的修飾來實現(xiàn)，這是成環(huán)的基本策略。1.非環(huán)體系的環(huán)化

非環(huán)體系的環(huán)化可能有兩種途徑：

一是通過一個非環(huán)前體分子內(nèi)反應(yīng)實現(xiàn)單邊環(huán)化。or式中+/-表示反應(yīng)包括離子反應(yīng)、自由基反應(yīng)和周環(huán)反應(yīng)。當(dāng)前6頁，總共100頁。

二是通過兩個或多個非環(huán)片段的分子間反應(yīng)實現(xiàn)雙邊或多邊環(huán)合前體單邊環(huán)化。

雙邊（多邊）環(huán)化一般通過雙（多）反應(yīng)中心化合物與雙（多）官能團(tuán)的結(jié)合來實現(xiàn)，可以是協(xié)同反應(yīng)或分步反應(yīng)。雙邊環(huán)化多邊環(huán)化當(dāng)前7頁，總共100頁。通過環(huán)修飾的方式環(huán)化包含了擴環(huán)和縮環(huán)的重排反應(yīng)以及環(huán)交換反應(yīng)。Example:2.已有環(huán)的修飾

Pinacol

重排擴環(huán)反應(yīng)當(dāng)前8頁，總共100頁。4.2非環(huán)前體的環(huán)化反應(yīng)CyclizationReactiononUncyclo當(dāng)前9頁，總共100頁。4.2.1

陰離子環(huán)化反應(yīng)

(PericyclicReactiononAnion)1.基本原理陰離子環(huán)化主要是指在環(huán)化反應(yīng)中涉及陰離子中間體的反應(yīng)。此類環(huán)化還包含了親核環(huán)化——含氨基、羥基和巰基等非陰離子親核中心的環(huán)化反應(yīng)。離子環(huán)化所涉及的反應(yīng)類型：

分子內(nèi)親核取代(SNi)反應(yīng)。當(dāng)前10頁，總共100頁。

1,2-加成反應(yīng)。

1,4-加成反應(yīng)。當(dāng)前11頁，總共100頁。親核試劑有效進(jìn)攻的立體要求：通過分子內(nèi)親核取代反應(yīng)或加成反應(yīng)成環(huán)，親核反應(yīng)的過渡態(tài)為了滿足軌道的有效重疊、達(dá)到成鍵的目的，不同雜化的親電中心，親核試劑有效進(jìn)攻的立體方位不同。最佳進(jìn)攻角度：a~180o

瓦爾登轉(zhuǎn)化

最佳進(jìn)攻角度：a~109o最佳進(jìn)攻角度：a~120o當(dāng)前12頁，總共100頁。陰離子環(huán)化立體和立體電子要求，在分子間反應(yīng)易于達(dá)到，而分子內(nèi)反應(yīng)由于受連接兩個反應(yīng)中心鏈長短的限制，兩反應(yīng)中心的最佳幾何排布并非總是得到滿足，從而影響環(huán)化反應(yīng)的難易。兩反應(yīng)中心滿足最佳幾何排布時環(huán)化反應(yīng)易于進(jìn)行，否則不易進(jìn)行。Example:當(dāng)前13頁，總共100頁。2.Baldwin環(huán)化規(guī)則環(huán)化反應(yīng)難易的影響因素：

環(huán)的大?。河纬森h(huán)的鏈上原子數(shù)目。

受進(jìn)攻原子的雜化情況：sp3雜化(tet);sp2雜化(trig);sp2雜化(dig)。

斷鍵方式：內(nèi)式(endo)電子向“環(huán)”內(nèi)“流動”，形成較大的環(huán)；外式(exo)電子向“環(huán)”外“流動”，形成較小的環(huán)。當(dāng)前14頁，總共100頁。常見環(huán)化反應(yīng)方式的描述：當(dāng)前15頁，總共100頁。

Baldwin環(huán)化反應(yīng)規(guī)則：受進(jìn)攻原子的雜化情況斷鍵方式欲形成環(huán)的大小三元環(huán)四元環(huán)五元環(huán)六元環(huán)七元環(huán)tet(sp3)exo有利有利有利有利有利endo不利不利trig(sp2)exo有利有利有利有利有利endo不利不利不利有利有利dig(sp)exo不利不利有利有利有利endo有利有利有利有利有利

Baldwin在總結(jié)非環(huán)前體環(huán)化反應(yīng)的立體和立體電子效應(yīng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了判斷和預(yù)測非環(huán)前體單邊環(huán)化反應(yīng)的“有利”或“不利”的Baldwin環(huán)化反應(yīng)規(guī)則。表8.1Baldwin環(huán)化反應(yīng)規(guī)則當(dāng)前16頁，總共100頁。Baldwin環(huán)化反應(yīng)規(guī)則討論：Example:2-氨基-4-甲叉戊二酸甲酯在堿中反應(yīng)

Baldwin環(huán)化反應(yīng)規(guī)則是許多實驗驗證的一般規(guī)則。未形成通過分子內(nèi)Micheal加成的環(huán)化產(chǎn)物當(dāng)前17頁，總共100頁。

Baldwin環(huán)化規(guī)則預(yù)測的“不利”的環(huán)化反應(yīng)并非完全不能進(jìn)行，只是比較困難，通常比競爭反應(yīng)慢。Example:3-苯基-1-(1-羥基環(huán)己基)丙烯酮的環(huán)化

酸性條件下形成陽離子中間體，環(huán)化方式變成有利的5-exo-trig，其本質(zhì)仍然遵循Baldwin環(huán)化規(guī)則。當(dāng)前18頁，總共100頁。

硫及第三周期的其它元素作為親核中心往往可進(jìn)行一般情況下不利的5-endo-trig環(huán)化反應(yīng)。

原因：

因為硫的原子半徑較大，C-S鍵鍵長較長，而且硫原子空的3d軌道可以從雙鍵的p軌道接受電子，3d軌道與p軌道的這種成鍵相互作用要求的角度為a≤90°而不是109°，所以內(nèi)式環(huán)化在幾何上比較容易滿足成鍵要求。當(dāng)前19頁，總共100頁。

Baldwin環(huán)化規(guī)則不僅對親核環(huán)化有效，也適用于自由基環(huán)化反應(yīng)和陽離子環(huán)化反應(yīng)。Example:自由基環(huán)化

Example:陽離子環(huán)化

當(dāng)前20頁，總共100頁。

Baldwin環(huán)化反應(yīng)規(guī)則拓展：

Baldwin環(huán)化規(guī)則可以拓展到以烯醇負(fù)離子為親核體的環(huán)化反應(yīng)中。環(huán)化反應(yīng)參數(shù)的描述：

烯醇負(fù)離子以內(nèi)式(enolendo)進(jìn)攻

烯醇負(fù)離子以外式(enolexo)進(jìn)攻當(dāng)前21頁，總共100頁。烯醇負(fù)離子環(huán)化反應(yīng)規(guī)則：表8.2烯醇負(fù)離子環(huán)化反應(yīng)規(guī)則

受進(jìn)攻原子斷鍵的雜化情況與方式成環(huán)方式6-7-enolendo-exo-tet有利3-5-enolendo-exo-tet不利3-7-enolexo-exo-tet有利3-7-enolexo-exo-trig有利6-7-enolendo-exo-trig有利3-5-enolendo-exo-trig不利Example1:3,3-二甲基-6-溴-2-己酮環(huán)化

100%當(dāng)前22頁，總共100頁。Example2:3,3-二甲基-5-溴-2-戊酮環(huán)化

100%Example3:碘促進(jìn)的2-(2-環(huán)己烯基）丙酸環(huán)化反應(yīng)

碘鎓中間體當(dāng)前23頁，總共100頁。3.陰離子環(huán)化陰離子環(huán)化是最常用的成環(huán)方法，碳負(fù)離子、氨基、羥基等親核試劑發(fā)生親核環(huán)化生成碳環(huán)或雜環(huán)化合物。有利的環(huán)化反應(yīng)方式：

5-exo-tet

5-exo-trig

6-enolexo-exo-tet

陰離子環(huán)化反應(yīng)討論：Example1:碳負(fù)離子活性中間體SNi方式環(huán)化

當(dāng)前24頁，總共100頁。Example2:烯基鋰與羰基分子內(nèi)親核加成方式的環(huán)化

碘-鋰交換分子內(nèi)親核加成環(huán)化碘-鋰交換速率大于丁基鋰加成速率Example3:酸催化分子內(nèi)羥醛縮合方式的環(huán)化

當(dāng)前25頁，總共100頁。Example4:烯丙型三丁基錫和三甲基硅烷對醛分子內(nèi)加成環(huán)化

酸催化，兼容體系中敏感基團(tuán)環(huán)化反應(yīng)形成七元環(huán)選擇性高于六元環(huán)-NH2、–OH、-SH等“天然”親核基團(tuán)99%77%Example5:分子內(nèi)親核“基團(tuán)”用于雜環(huán)化合物的親核環(huán)化

當(dāng)前26頁，總共100頁。4.2.2

陽離子環(huán)化反應(yīng)

(PericyclicReactiononCation)陽離子環(huán)化是指涉及正碳離子中間體的環(huán)化反應(yīng)。

1.陽離子環(huán)化反應(yīng)的特點

陽離子環(huán)化反應(yīng)在自然界非常普遍，人們建立了許多體系以模仿自然界的陽離子環(huán)化反應(yīng)。Example:萜類和甾體化合物的生源合成三萜是由鯊烯(squalene)經(jīng)過不同的途徑環(huán)合而成，而鯊烯是由倍半萜金合歡醇(farnesol)的焦磷酸酯尾尾縮合而成。鯊烯當(dāng)前27頁，總共100頁。F-C烷基化反應(yīng)92%這樣就溝通了三萜和其它萜類之間的生源關(guān)系。2,3-環(huán)氧角鯊烯羊毛甾醇

陽離子環(huán)化反應(yīng)是構(gòu)筑多種碳骨架的有效方法。Example1:由碳正離子烷基化環(huán)化當(dāng)前28頁，總共100頁。Example2:由碳正離子對雙鍵親電加成環(huán)化

陽離子環(huán)化反應(yīng)，只有形成穩(wěn)定的叔碳正離子時，才具有較好的反應(yīng)收率，因為非穩(wěn)定的碳正離子可以發(fā)生重排反應(yīng)。當(dāng)前29頁，總共100頁。1.NamedOrganicReactions,2ndEdition,ThomasLaueandAndreasPlagens,JohnWiley&Sons:Chichester,England,NewYork,2005.320pp.ISBN0-470-01041-X2.ANewApproachtotheNazarovReactionviaSequentialElectrocyclicRingOpeningandRingClosureTinaN.GrantandF.G.WestJ.Am.Chem.Soc.;2006;128(29)pp9348-9349;(Communication)DOI:10.1021/ja063421a

2.

陽離子環(huán)化反應(yīng)的研究進(jìn)展

Nazarov環(huán)化反應(yīng)——最具合成價值環(huán)化反應(yīng)。納扎羅夫（Nazarov）環(huán)化反應(yīng)是二乙烯基酮類化合物在質(zhì)子酸（如硫酸、磷酸）或路易斯酸（如氯化鋁、三氟甲磺酸鈧）作用下重排為環(huán)戊烯酮衍生物的一類有機化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)首先由蘇聯(lián)化學(xué)家伊凡·尼古拉耶維奇·納扎羅夫報道[1]，其中心步驟是一個五原子4n體系在加熱情況下的電環(huán)化順旋關(guān)環(huán)反應(yīng)。當(dāng)前30頁，總共100頁。反應(yīng)機理首先質(zhì)子化，生成戊二烯正離子五原子四π電子體系，正電荷可以分散到其他碳原子上接著發(fā)生異面的電環(huán)化反應(yīng)中間體失去質(zhì)子，生成的羥基環(huán)戊二烯經(jīng)互變異構(gòu)，得到環(huán)戊烯酮當(dāng)前31頁，總共100頁。除二乙烯基酮外，其他生成戊二烯正離子中間體的反應(yīng)也會發(fā)生類似Nazarov反應(yīng)的重排[2]。反應(yīng)過程為：硅烯醇醚1與二氯卡賓和相轉(zhuǎn)移催化劑作用生成二氯環(huán)丙烷衍生物2，一個氯離子受氟硼酸銀作用離去，得到環(huán)丙烷正離子3a，再經(jīng)重排、關(guān)環(huán)、質(zhì)子離去、脫去硅基，最終得到產(chǎn)物α-氯代環(huán)戊烯酮4。當(dāng)前32頁，總共100頁。4.2.3

自由基環(huán)化反應(yīng)

(PericyclicReactiononRadical)

1.自由基環(huán)化反應(yīng)的特點自由基環(huán)化是一類分子內(nèi)環(huán)化比分子間環(huán)化更容易進(jìn)行的反應(yīng)，可用于碳環(huán)或雜環(huán)的合成。有效環(huán)化的反應(yīng)底物：

自由基：

碳自由基——烷基、烯基、烯丙基、苯基、?；?/p>

雜原子自由基——氨基、亞胺基、烷氧基、硫醚

自由基接受體：

活化的烯烴、非活化的烯烴

去活化的烯烴當(dāng)前33頁，總共100頁。自由基環(huán)化反應(yīng)的優(yōu)點：

正常的自由基反應(yīng)和極性顛倒的自由基反應(yīng)都可以進(jìn)行反應(yīng)環(huán)化。Example1:正常自由基環(huán)化

Example2:極性顛倒自由基環(huán)化

當(dāng)前34頁，總共100頁。

自由基的形成及其前體的合成一般在非酸非堿的中性條件下進(jìn)行，不會對敏感官能團(tuán)造成影響。Example:

酯基：——對酸和堿敏感的基團(tuán)自由基加成當(dāng)前35頁，總共100頁。有利的環(huán)化反應(yīng)方式：Baldwin環(huán)化規(guī)則預(yù)測的有利環(huán)化方式：

5-exo-trig

6-endo-trig但自由基環(huán)化一般以形成五元環(huán)為主。Example:形成五元環(huán)的自由基環(huán)化

當(dāng)前36頁，總共100頁。

2.

自由基環(huán)化反應(yīng)的合成應(yīng)用自由基環(huán)化反應(yīng)的合成應(yīng)用在近二十年得到快速發(fā)展，被用于許多復(fù)雜天然產(chǎn)物的立體選擇性合成。Example1:環(huán)酮a-自由基環(huán)化——石斛堿的合成

當(dāng)前37頁，總共100頁。Example2:Mn(Ⅲ)媒介的氧化自由基環(huán)化自由基環(huán)化反應(yīng)過程：三乙酸錳：

促進(jìn)烯醇化三乙酸錳——單電子氧化劑：

從含活潑亞甲基化合物的烯醇式獲得一個電子，形成親電性的自由基自由基向碳碳雙鍵加成:——形成碳-碳s鍵當(dāng)前38頁，總共100頁。4.3雙邊環(huán)化與環(huán)加成反應(yīng)BilateralCyclizationReactionandCycloaddition當(dāng)前39頁，總共100頁。雙邊環(huán)化涉及協(xié)同或非協(xié)同的環(huán)加成反應(yīng)或多步連續(xù)單邊環(huán)化反應(yīng)。4.3.1

六元環(huán)的形成

(FormationofSix-memberedRing)Diels-Alder反應(yīng)

(Diels-Alder’sReaction)一般[4+2]環(huán)加成，稱為Diels-Alder反應(yīng)，是有機合成中最有用的反應(yīng)之一，尤其在六元環(huán)系合成起著不可替代的作用。二烯體diene親二烯體dienophile雙烯合成反應(yīng)形成2個s碳-碳鍵，建立多樣的環(huán)己烯體系和多達(dá)4個手性中心，較高的區(qū)域選擇性和立體選擇性當(dāng)前40頁，總共100頁。"fortheirdiscoveryanddevelopmentofthedienesynthesis"KurtAlder(1902~1958)OttoP.H.Diels(1876~1954)TheNobelPrizeinChemistry1950當(dāng)前41頁，總共100頁。

1.Diels-Alder反應(yīng)的特點①反應(yīng)機理：協(xié)同反應(yīng)協(xié)同反應(yīng)機理是被廣泛接受的Diels-Alder反應(yīng)機理：主要依據(jù)：

反應(yīng)是高度的立體專一性的順式加成，反應(yīng)物的構(gòu)型保留在產(chǎn)物中，這是協(xié)同的環(huán)狀過渡態(tài)機理特征。

表現(xiàn)出大負(fù)值的活化熵和小的活化焓，表明過渡態(tài)較基態(tài)有序，與被約束的過渡態(tài)相符。

反應(yīng)速率受溶劑的影響很小，排除兩性離子中間體生成，因為極性溶劑應(yīng)加速過渡態(tài)中出現(xiàn)電荷的反應(yīng)速率。當(dāng)前42頁，總共100頁。對二烯的結(jié)構(gòu)要求：

二烯必須采用s-順式構(gòu)象，若被固定成s-反式構(gòu)象，則不能發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)。s-cis構(gòu)象:s-trans構(gòu)象:

共軛二烯若采用不利的順式構(gòu)象引起不利的空間相互作用時，Diels-Alder反應(yīng)可能很慢。Example:

當(dāng)前43頁，總共100頁。

立體選擇性

：立體專一性順式加成立體專一性順式加成：反應(yīng)對于二烯和親二烯體都是立體專一地順式加成。Example:

反應(yīng)遵循順式原理，即二烯和親二烯體的構(gòu)型保持到加成產(chǎn)物中。當(dāng)前44頁，總共100頁。內(nèi)型(endo)和外型(exo)加成：反應(yīng)遵循內(nèi)型規(guī)則，即動力學(xué)控制下優(yōu)先形成內(nèi)型產(chǎn)物。Example:

反應(yīng)遵循內(nèi)型規(guī)則，根源在于內(nèi)型方式加成，親雙烯體上的取代基與雙烯p-軌道存在有利的次級相互作用。當(dāng)前45頁，總共100頁。

區(qū)域選擇性

：形成“鄰、對位”加成產(chǎn)物不對稱取代的組分進(jìn)行Diels-Alder反應(yīng)，主要是鄰位或?qū)ξ欢ㄏ颉xample1:

鄰位：主要產(chǎn)物Example2:

對位：主要產(chǎn)物當(dāng)前46頁，總共100頁。區(qū)域選擇性一般規(guī)律：

Diels-Alder反應(yīng)一般使用富電子的的雙烯體和缺電子的親雙烯體進(jìn)行環(huán)化反應(yīng)。

富電子雙烯體是指含有推電子基的二烯烴：還有Danishefsky雙烯：和關(guān)環(huán)雙烯：當(dāng)前47頁，總共100頁。

缺電子親雙烯體是指含有吸電子基的烯烴：以及：

區(qū)域選擇性的一般規(guī)律：鄰位：主要產(chǎn)物對位：主要產(chǎn)物當(dāng)前48頁，總共100頁。區(qū)域選擇性規(guī)律的解釋：Example1:

價鍵理論方法的解釋：電子云變形概念的解釋：當(dāng)前49頁，總共100頁。Example2:

價鍵理論方法的解釋：電子云變形概念的解釋：主導(dǎo)區(qū)域選擇性的因素是軌道系數(shù)，主要選擇原子軌道相互重疊有效的方式。當(dāng)前50頁，總共100頁。

2.Diels-Alder反應(yīng)的實例利用Diels-Alder加成反應(yīng)，可以合成各種復(fù)雜的環(huán)系化合物。Example1:1,3-丁二烯與順酐在苯中共熱，定量反應(yīng)。

Example2:呋喃與丁炔二酸甲酯環(huán)加成反應(yīng)。

當(dāng)前51頁，總共100頁。Example3:2,3-二甲基-1,3-丁二烯與醌的環(huán)加成反應(yīng)。

Example4:Danishefsky雙烯與2-甲基-2-環(huán)己烯酮烯反應(yīng)。

Danishefsky雙烯活性特別高，區(qū)域選擇性極佳的雙烯，可與不活潑的親雙烯體如醛羰基、亞胺進(jìn)行環(huán)加成反應(yīng)。當(dāng)前52頁，總共100頁。Example5:水相中進(jìn)行的Diels-Alder環(huán)加成反應(yīng)。

環(huán)境友好的潔凈溶劑Example6:亞胺鎓作為親雙烯體的Diels-Alder反應(yīng)。

亞胺鎓：優(yōu)良的親雙烯體反應(yīng)的意義在于，亞胺鎓可以在水中形成，相應(yīng)的Diels-Alder反應(yīng)也可以在水中進(jìn)行。當(dāng)前53頁，總共100頁。Robinson反應(yīng)

(Robinson’sReaction)除了Diels-Alder反應(yīng)外，Robinson反應(yīng)也是合成六元環(huán)的重要方法。形式上類似于環(huán)加成，可稱為分步極性環(huán)合。

Robinson反應(yīng)的基本過程：該法涉及兩次單邊環(huán)化反應(yīng)：Micheal反應(yīng)羥醛縮合反應(yīng)兩次單邊環(huán)化活潑亞甲基化合物與α,β-不飽和酮、酯、腈等發(fā)生Micheal反應(yīng)，繼而進(jìn)行羥醛縮合反應(yīng)，也稱為Robinson增環(huán)反應(yīng)。當(dāng)前54頁，總共100頁。

Robinson環(huán)化反應(yīng)的設(shè)計：可根據(jù)極性原理設(shè)計環(huán)化反應(yīng)：

Example1:“4+2”極性分步環(huán)化

Example2:“3+3”極性分步環(huán)化當(dāng)前55頁，總共100頁。4.3.2

五元環(huán)的形成

(FormationofFive-memberedRing)

1,3-偶極環(huán)加成

(1,3-Dipolarcycloaddition)

1,3-偶極環(huán)加成是指1,3-偶極分子與不飽和化合物之間進(jìn)行的環(huán)加成，是合成五元雜環(huán)化合物和形成碳-碳鍵的重要方法，也叫[3+2]環(huán)加成。Example:

當(dāng)前56頁，總共100頁。

1.1,3-偶極環(huán)化加成試劑偶極體：偶極體是在分子內(nèi)1-位和3-位原子上帶有相反電荷且具有離子結(jié)構(gòu)的一類化合物。

Example:穩(wěn)定的1,3-偶極分子

Example:需要在反應(yīng)過程中產(chǎn)生的不穩(wěn)定偶極體氧化腈當(dāng)前57頁，總共100頁。腈亞胺N-氧化醛亞胺親偶極體：親偶極體是一類含有不飽和鍵(C=C、C=O、C≡C、C≡N等)的化合物。Example:

烯類、丙烯酸酯類化合物

炔類、腈類化合物

羰基化合物當(dāng)前58頁，總共100頁。

2.

偶極分子的環(huán)化加成

1,3-偶極環(huán)加成理論上是許多異構(gòu)體的混合物，而實際上通常表現(xiàn)出較好的選擇性。基本反應(yīng)過程：

偶極體與雙鍵的環(huán)加成and/or

偶極體與三鍵的環(huán)加成偶極環(huán)加成只能得到五元環(huán)，偶極試劑的加成反應(yīng)能得到二氫、四氫或芳香雜環(huán)化合物。當(dāng)前59頁，總共100頁。立體選擇性：

高度立體專一性的順式加成

順式加成可按不同方向進(jìn)行，生成兩個異構(gòu)體混合物當(dāng)前60頁，總共100頁。偶極分子的環(huán)加成實例：

疊氮類化合物與烯類進(jìn)行1,3-環(huán)加成反應(yīng)產(chǎn)生三唑啉，是一類非常有趣和特別的環(huán)化反應(yīng)，屬于周環(huán)反應(yīng)。

Example:三唑啉(triazoline)乙烯亞胺(aziriline)提高溫度，分解脫氮——形成三元環(huán)化合物當(dāng)前61頁，總共100頁。

氧化腈類偶極化合物與烯類、炔類進(jìn)行1,3-環(huán)加成反應(yīng)，產(chǎn)物是天然產(chǎn)物合成的重要中間體。

Example:異氧唑啉3-氨基醇類3-羥基酮類α,β-不飽和醛酮類R=H,3-羥基酮類當(dāng)前62頁，總共100頁。

重氮烷類與酮類化合物發(fā)生擴環(huán)反應(yīng)，CH3N(NO)CONH2是產(chǎn)生重氮烷類衍生物的試劑。

Example:

重氮甲烷與烯鍵發(fā)生1,3-偶極加成生成氮雜五環(huán)狀化合物。

Example:當(dāng)前63頁，總共100頁。

硝酮是一類非常有用的偶極體，與烯鍵反應(yīng)用于合成五元環(huán)化合物。若把N-O還原斷裂，最終結(jié)果是形成新的碳碳鍵，并引進(jìn)羥基和氨基兩個官能團(tuán)。

硝酮與烯鍵的分子間環(huán)加成反應(yīng)產(chǎn)生異惡唑烷。異惡唑烷

Example:當(dāng)前64頁，總共100頁。

硝酮與烯鍵的分子內(nèi)加成則得稠環(huán)異惡唑烷。異惡唑烷

Example:硝酮的分子內(nèi)環(huán)加成反應(yīng)原料易得、易于進(jìn)行，N-O鍵可被還原斷裂，引入立體關(guān)系確定的氨基和羥基，因此在有機合成的應(yīng)用十分廣泛。當(dāng)前65頁，總共100頁。

硝酮與烯鍵的1,3-偶極加成反應(yīng)，親核性的氧與親偶極體中親電性碳的結(jié)合決定了反應(yīng)的區(qū)域選擇性。

Example1:

Example2:親核性的氧進(jìn)攻烯鍵取代較多的碳當(dāng)前66頁，總共100頁。

硝酮與烯鍵的1,3-偶極加成反應(yīng)一般經(jīng)歷外型過渡態(tài)，從而形成外型加成產(chǎn)物。

Example1:

Example2:環(huán)狀硝酮與烯烴的加成，內(nèi)型過渡態(tài)存在著不利的親偶極體的取代基與環(huán)上亞甲基的立體排斥作用。當(dāng)前67頁，總共100頁。

“3+2”分步極性環(huán)合反應(yīng)

([3+2]Separatelypolarcycloaddition)

1.

成環(huán)反應(yīng)的基本步驟酮(C2)去質(zhì)子化形成烯醇負(fù)離子(C2)；烯醇負(fù)離子與(C3)單元烷基化或?；?；(C3)單元去質(zhì)子化形成負(fù)離子(C3)；(C3)與(C2)單元的羰基(C2)加成，形成環(huán)戊酮或內(nèi)酯衍生物。++---當(dāng)前68頁，總共100頁。環(huán)戊酮或內(nèi)酯衍生物當(dāng)前69頁，總共100頁。

Example1:β-二羰基化合物穩(wěn)定碳負(fù)離子的烴基化羥醛縮合反應(yīng)

Example2:烯醇負(fù)離子當(dāng)前70頁，總共100頁。

α,β-不飽和酮作為C2

和C-O，極性顛倒試劑作為C3，分步極性環(huán)合形成環(huán)戊酮或內(nèi)酯衍生物。+,-+,--+式中：當(dāng)前71頁，總共100頁。

Example1:

Example2:分子內(nèi)親核取代(SNi)反應(yīng)當(dāng)前72頁，總共100頁。

2.[3+2]分步極性環(huán)合反應(yīng)的發(fā)展在Lewis酸四氯化鈦催化下，烯丙基三甲基硅烷可與缺電子烯烴和αβ-不飽和醛或酮進(jìn)行分步[2+3]極性成環(huán)反應(yīng)。當(dāng)前73頁，總共100頁。4.3.3

四元環(huán)的形成

(FormationofFour-memberedRing)當(dāng)前74頁，總共100頁。4.3.4

三元環(huán)的形成

(FormationofThree-memberedRing)1.

1,3-消除反應(yīng)

(1,3-Dipolarcycloaddition)

g-鹵代酮，g-鹵代酸酯，g-鹵代腈，g-鹵代硫醚，g-鹵代砜等含活潑氫化合物進(jìn)行g(shù)-消去，形成三元環(huán)衍生物。

Example1:g-鹵代酮的消除

Example2:除蟲菊酯的制備當(dāng)前75頁，總共100頁。2.

[1+2]環(huán)加成

([1+2]cycloaddition)卡賓與烯鍵的加成卡賓：鹵仿/堿(HCX3

或H2CX2/B:),重氮化合物/銠或銅催化劑（R1R2C＝N2/cat.）二碘甲烷/鋅銅齊（CH2I2/Zn—Cu）。

當(dāng)前76頁，總共100頁。4.4芳香族雜環(huán)的合成SynthesisofAromaticHeterocyclics當(dāng)前77頁，總共100頁。4.4.1

單雜原子五元雜環(huán)化合物的合成

(SynthesisofFive-memberedRing)芳香族單雜原子五元雜環(huán)化合物，包括呋喃、吡咯和噻吩環(huán)系。

[2+3]型環(huán)加成

([2+3]cycloaddition)根據(jù)芳香族單雜原子五元雜環(huán)分子的骨架構(gòu)成，其合成時雜原子在結(jié)構(gòu)單元的位置(2或3)不同，分為以下3種情況：上述參加反應(yīng)的兩個分子，除還有雜原子的取代基外，還必須至少含有兩個活潑的反應(yīng)中心，如活潑的羰基。當(dāng)前78頁，總共100頁。

1.α-氨基酮和含活潑亞甲基的羰基化合物的縮合反應(yīng)[3x+2c]Knorr反應(yīng)：吡咯環(huán)系

R1=H、烷基、芳基等

Example:[3x+2c]當(dāng)前79頁，總共100頁。

2.

α-鹵代醛(酮)和β-酮基羧酸酯的縮合反應(yīng)Hantzsch反應(yīng)與Feist-Bénery反應(yīng)：

X=Cl、Br

R1=H、烷基、芳基等Hantzsch反應(yīng)Feist-Bénery反應(yīng)[2c+3x]

Example:[2c+3x]當(dāng)前80頁，總共100頁。

3.α-羥基酮和炔二酸酯的縮合反應(yīng)[3x+2c]類似的反應(yīng)：[3x+2c]當(dāng)前81頁，總共100頁。

4.

α,β-不飽和醛(酮)和α-氨基酸酯的縮合反應(yīng)[3c+2x][3c+2x]類似的反應(yīng)：當(dāng)前82頁，總共100頁。

[1+4]型環(huán)加成

([1+4]cycloaddition)一個雜原子或含雜原子的官能團(tuán)與含4個碳原子的鏈狀化合物發(fā)生關(guān)環(huán)反應(yīng)，這是合成單雜原子不飽和五元環(huán)的重要方法。合成方法示意：[4c+1x]式中4c組分：

丁烯、丁二烯、丁二炔、丁烷；

丁二酸鹽、丁二醇；

各種1,4-二羰基化合物。當(dāng)前83頁，總共100頁。

1.

Paal-Knorr反應(yīng)

Paal-Knorr反應(yīng)，即各種類型的1,4-二羰基化合物的加成反應(yīng)。

Example:

PPA:多聚磷酸——脫水劑

底物：一個羰基氧消除，另一個成環(huán)中雜氧該反應(yīng)的收率高，條件溫和，是合成各種類型吡咯、呋喃和噻吩環(huán)的重要方法。當(dāng)前84頁，總共100頁。

2.

1,4-二羰基化合物與含氮化合物的環(huán)化反應(yīng)

1,4-二羰基化合物與氨、碳酸銨、伯胺、芳胺、肼及取代肼、氨基酸等都能反生關(guān)環(huán)反應(yīng)，生成吡咯或取代吡咯。

Example1:81%~86%

Example2:80%當(dāng)前85頁，總共100頁。

3.1,4-二羰基化合物與P2S5的環(huán)化反應(yīng)

1,4-二羰基化合物(包括γ-羰基戊酸、丁二酸鹽等)與P2S5反應(yīng)，生成相應(yīng)的噻吩。

反應(yīng)中兩個羰基氧原子消除87%

4.

其它4碳原子鏈狀化合物與雜原子的環(huán)化反應(yīng)二炔化物與H2S在弱堿催化下環(huán)化，工業(yè)上制備相應(yīng)的取代噻吩。50%~87%

R,R’=H、烷基、芳基或羧基當(dāng)前86頁，總共100頁。

Yurev反應(yīng)

(Yurevreaction)以氧化鋁為催化劑，可以使呋喃、吡咯、噻吩的環(huán)系相互轉(zhuǎn)化。

Example:

Z

=NR、S、Se

當(dāng)前87頁，總共100頁。4.4.2

咪唑環(huán)的合成

(SynthesisofImidazoleRing)咪唑是含有兩個氮雜原子的芳香族雜環(huán)化合物，與惡唑、噻唑同屬1,3-唑類。下面僅討論咪唑環(huán)較為重要的合成方法。

1.乙二醛-甲醛-氨的環(huán)合反應(yīng)傳統(tǒng)的由乙二醛-甲醛-氨反應(yīng)形成咪唑環(huán)的方法有了許多改進(jìn)和發(fā)展。

Example:反應(yīng)形成的手性咪唑羧酸鈉可轉(zhuǎn)換為多種重要手性咪唑衍生物。當(dāng)前88頁，總共100頁。

2.

異腈化合物與伯胺等的環(huán)合反應(yīng)異腈與伯胺、亞胺和腈等反應(yīng)可順利形成咪唑環(huán)。

Example1:3-溴-2-異腈基丙烯酸甲酯與伯胺常溫下反應(yīng)

雙鍵=Z-構(gòu)型,R1

=

供電子基，有利于環(huán)化

Example2:對甲