环化反应

狄尔斯–阿尔德反应(Diels-Alder Reaction)

  • 概要

狄尔斯–阿尔德反应是[4+2]环加成反应中最具代表的,由共轭双烯与亲双烯体构建环己烯骨架的经典反应。反应有良好的立体、位置选择性。

该反应常作为合成环状化合物(特别是六元环)的首选战略,在诸多反应中它的实用性很显著。

Danishefsky’s diene(北原-Danishefsky’s diene) 双烯与一般的双烯相比,有更好的反应性及位置选择性。因此,是熟为人知的有机合成试剂,类似的双烯还有Danishefsky-Brassard diene、 Rawal diene等。

diels_alder_3 Otto Diels 和Kurt Alder两位化学家,由于对发现这一反应的贡献,于1950年获得诺贝尔化学奖。

 

  • 基本文献

・Diels, O.; Alder, K. Liebigs Ann. Chem. 1928460 , 98 DOI:10.1002/jlac.19284600106
・Kloetzel, M. C. Org. React. 19484, 1.
・Holms, H. L. Org. React. 19484, 60.
・Martin, J. G. Chem. Rev. 196161, 537. DOI:10.1021/cr00013a013
・Sustman, R. et al. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 198019, 779.
・Oppolzer, W. Comprehensive Organic Synthesis 19915, 315.
・Roush, W. R. Comprehensive Organic Synthesis 19915, 513.
・Yamabe, S.; Minato, T. J. Org. Chem. 200065, 1830. DOI: 10.1021/jo9919310 
・Nicolaou, K. C.; Synder, S. A.; Montagnon, T.; Vassilikogiannakis, G. Angew. Chem. Int. Ed. 2002,41, 1668. [Abstract]

 

  • 反应机理

通常,带有给电子基的双烯体和带有吸电子基的亲双烯体进行反应。因为前沿轨道(双烯的HOMO和亲双烯体的LUMO)的能量差越小,能够使轨道相互作用而稳定,从而使反应更容易进行(通常电子要求型)。同理,亲双烯体带有给电子基,共轭双烯带吸电子基的反应也容易进行(反电子要求型)。

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反应是按协同反应顺式加成来进行的,优先生成endo加成产物(endo规则)。通常电子要求型的情况下二次轨道相互作用大致能解释这一规则,但endo/exo选择性也受立体影响,根据不同底物,完全选择生成exo产物的例子也有报道。除此之外分子内的Diels-Alder反应由于环状结构固定,构型自由度较低,也不完全适用endo规则。

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根据有机电子理论的推测,Diels-Alder反应的加成产物更容易使置换基处于邻位或对位(邻、对位规则)。具体可由前沿轨道理论来说明,即HOMO-LUMO的系数大的反应点易于相互重叠而加成。

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环状过渡态的双烯是s-cis(cisoid)结构时可加成,s-trans(transoid)结构则不能发生Diels-Alder反应。如下反应中,Z-1,3-pentadiene很难转变为s-cis结构,反应性与E式相比明显低下。

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  • 反应实例

近年来,利用Diels-Alder反应进行仿生全合成的研究多有报道,如Sorensen及Evans两个研究组实现了分子内Diels-Alder反应合成FR82877的全合成。

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已经知道由于lewis酸而导致的位置选择性不同的例子(螯合作用、或与底物的结合位置变化造成)。

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前列腺素类的合成:a-氯丙烯腈在Diels-Alder反应中等同烯酮的反应。

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  • 实验步骤

用呋喃与丙烯酸甲酯的Diels-Alder反应[1]

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  • 实验技巧

 

  • 参考文献
[1] Bull. Chem. Soc. Jpn. 198457, 3339.

 

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