1,3-偶极环加成
1,3一偶极环加成反应在叠氮推进剂中的应用
周环反应有电环化反应，环加成反应，和σ 移位反应。而其中的 环加成反应又分为[2+1]环加成，[2+2]环加成，[4+1]环加成。1,3偶极加成和[4+2]环加成即Diels-Alder反应。 本文主要介绍1，3一偶极环加成反应的基础上，综述了该反应在 聚叠氮基缩水甘油醚(GAP)侧基改性、叠氮化合物固化以及在GAP推进 剂中的应用情况。
含有叠氮侧基的聚醚粘合剂可以与含有乙炔基的化合物 通过环加成反应形成三唑粘合剂。在铜催化剂的作用下， 通过环加成反应形成三唑粘合剂。在铜催化剂的作用下，这种 反应简单且非常有效，直接使用GAP可以合成一系列的1 GAP可以合成一系列的 反应简单且非常有效，直接使用GAP可以合成一系列的1，2，3 一三唑基缩水甘油聚合物及衍生物。 一三唑基缩水甘油聚合物及衍生物。
[3+2]环加成（1,3-偶极环加成）中常见1,3-偶极体
R
C N O 腈氧化物
+
-
R
N NR' C 腈亚胺
+
-
R
N O CH2
+
-
N 氧化醛亚胺
1，3一偶极环加成反在叠氮推进剂中的应用
常用的含能叠氮黏合剂
叠氮粘合剂是侧链带有叠氮基团的含能预聚物，常用的含能粘合 剂有聚叠氮基缩水甘油醚(GAP)、双叠氮甲基氧杂丁烷聚醚(BAMO)和 叠氮甲基氧杂丁烷聚醚(AMMO)等。 这类粘合剂应用在推进剂中，能够提高推进剂的比冲和燃速，改善 温度敏感系数，是高能低特征信号、低易损性推进剂理想的含能粘合 剂。
对GAP高聚物叠氦侧基改性 高聚物叠氦侧基改性
尽管含能粘合剂GAP在能量性能方面具有优势， 尽管含能粘合剂GAP在能量性能方面具有优势，但在固体 GAP在能量性能方面具有优势 冲压发动机中，GAP推进剂在低压条件下的燃烧性能差 推进剂在低压条件下的燃烧性能差。 冲压发动机中，GAP推进剂在低压条件下的燃烧性能差。为了 改善燃烧性能， 改善燃烧性能，可以通过添加弹道改良剂或者燃速调节剂来改 变压强对GAP燃烧性能的影响，从而获得较好的燃烧性能。 GAP燃烧性能的影响 变压强对GAP燃烧性能的影响，从而获得较好的燃烧性能。
偶极环加成反应
1 背景介绍
2 各项反应
3
总结
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背景介 绍 1,3-偶极环加成反应（1,3-dipolar
cycloaddition）是发生在1,3-偶极体和烯烃、炔烃或 相应衍生物之间的环加成反应，产物是一个五元杂环化 合物。烯烃类化合物在反应中称亲偶极体。德国化学家 Rolf Huisgen首先广泛应用此类反应制取五元杂环化合 物，因此它也称为Huisgen反应。
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通过2-芳亚甲基-6，7-二氢-5H-噻唑并[3，2-a]嘧啶-3酮与靛红、肌氨酸的l，3-偶极环加成反应，合成了一系列新 的螺噻唑并嘧啶类化合物，以期为药物筛选提供先导化合物。
李筱芳 ，于贤勇 ，冯亚青1，3-偶极环加成反应合成螺噻唑并[3，2-a]嘧啶类化合物, 有机化学2010年第30卷第5期，735-739
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反应介 绍
通过1-苄基-3，5-双芳亚甲基哌啶-4-酮与靛 红、脯氨酸的1，3-偶极环加成反应，合成了一系 列新的螺哌啶-六氢吡嗪类化合物。
令玉林，刘彬，李筱芳，于贤勇，易平贵 1，3一偶极环加成反应合成螺哌啶 一六氢吡嗪
类化合物 中图分类号：062 文献标识码：A 文章编号：1672—9102(2010)04一0101-03
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在氧化剂存在下吡啶叶立德与查尔酮进行1，3-偶 极环加成反应，一锅法合成2-苯基-3-乙酰基中氮茚， 以及用类似的一锅法合成1-苯甲酰基-2-苯基-3-乙酰基 吡咯并[2，I-a]异喹啉化合物。
王炳祥，徐助雄，吴婧 吡啶叶立德与查尔酮1，3．1偶极环加成反应制备2-苯基-3乙酰基中氮茚 有机化学 2006年第26卷第11期，1587~1589
醛类化合物与硝基甲烷反应生成异噁唑及1,3-二硝基烷烃的研究
摘要醛类化合物作为一类常用的有机原料，其相关的化学反应得到了科研工作者们的广泛关注。
醛类化合物与硝基甲烷的反应也被作为一种经典的人名反应-Henry反应流传至今，该反应得到了较为深入的研究，并取得了一定的科学研究成果。
然而，作为一种重要的医药活性物质，异噁唑还未见由硝基甲烷和醛类化合物反应得到。
而已经报道的合成1,3-二硝基烷烃的反应存在催化剂不易获得、反应体系有毒有害、底物范围有限等缺陷。
因此，开发一种新的由醛类化合物与硝基甲烷反应来制备异噁唑的方法以及制备1,3-二硝基烷烃的方法有着重要的意义。
在本研究论文中，我们对乙酸铜催化下醛类化合物与硝基甲烷反应制备异噁唑的反应及醛类化合物与硝基甲烷反应制备1,3-二硝基烷烃的反应进行了深入地研究，主要内容如下：（1）总结了异噁唑与1,3-二硝基烷烃的合成研究进展，并阐述了本研究论文的研究目的、意义及主要内容。
（2）系统地研究了醛类化合物与硝基甲烷反应制备异噁唑的反应。
对影响反应的因素进行了筛选，并得到了最优的反应条件：醛类化合物（0.5 mmol），硝基甲烷（10.0 mmol）,一水合醋酸铜（20 mol%），碘化铵（0.5 mmol），异丙醇（2 mL），在60o C空气氛围中搅拌28 h。
在优化得到的条件下，对苯甲醛类和其他醛类化合物在该反应体系中的适用性进行了考察，并对部分醛类化合物进行了克级规模试验。
此外，我们对部分产物进行了官能团转化实验。
最后，我们对该反应可能进行的机理进行了研究，在控制实验基础上，提出了一种可能的反应机理。
（3）系统地研究了醛类化合物与硝基甲烷反应制备1,3-二硝基烷烃的反应。
对影响反应的因素进行了筛选，得到了最优的反应条件：醛类化合物（0.5 mmol），硝基甲烷（10.0 mmol）,一水合醋酸铜（20 mol%），碘化铵（0.4 mmol），水（2 mL），在100o C空气氛围中搅拌24 h。
在优化得到的条件下，对芳香性醛类和非芳香性醛类化合物在的适用性进行了考察，研究结果表明，该方法对芳香性醛类和非芳香性醛类都适用。
1,3-偶极环加成反应产物构型的推定
1,3-偶极环加成反应产物构型的推定金杰;李菲菲;陈广美;刘瑾【摘要】1,3-偶极环加成反应有多种选择性,因此产物往往也是由多个异构体组成.天然产物青藤碱进行1,3-偶极环加成反应杂环化时,产物理论上有四个异构体,实验中只发现两个异构体.本文分析了青藤碱1,3-偶极环加成反应中的选择性,再根据产物的1H NMR、13C NMR、NOESY相关谱、电子效应、空间效应的分析,结合理论计算和软件模拟,最终确定了所得两种产物异构体-1和异构体-2的构型.本文的推定方法,在判定具有类似电子效应和空间效应的1,3-偶极环加成反应产物结构时,能起到一定的借鉴作用.【期刊名称】《安徽师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(036)005【总页数】4页(P466-469)【关键词】1,3-偶极环加成;异构体;构型;选择性;青藤碱【作者】金杰;李菲菲;陈广美;刘瑾【作者单位】安徽建筑大学材料与化学工程学院,安徽合肥230601;安徽建筑大学材料与化学工程学院,安徽合肥230601;安徽建筑大学材料与化学工程学院,安徽合肥230601;安徽建筑大学材料与化学工程学院,安徽合肥230601【正文语种】中文【中图分类】O626.21,3-偶极环加成反应是基于三原子4π电子偶极体系与亲偶极体的重键发生[3+2]加成，生成五元杂环(特别是五元含氮杂环)的一种非常重要的有机反应[1-5].在对天然药物青藤碱的1-位进行杂环化时，我们使用间甲基苯基腈氧化物与青藤碱1-位C=C取代物1进行了1,3-偶极环加成反应(Scheme 1).此反应理论上有四个异构体A1、A2、B1、B2.Scheme 1 青藤碱衍生物的合成Scheme 1 Synthesis of sinomenine derivatives但在实验中我们只得到了其中的两个异构体：异构体-1和异构体-2.那么异构体-1和异构体-2分别对应A1、A2、B1、B2四个异构体中的哪两个呢？通常情况下，培养产物的单晶，再做单晶衍射，就会得到产物的绝对构型，但这种方法不仅花费大，而且需要首先培养出产物的单晶.本文将说明如何根据1,3-偶极环加成反应选择性，以及产物的1H NMR、13C NMR、NOESY相关谱，结合理论计算和软件模拟，来分析和确定异构体-1和异构体-2的构型.1,3-偶极环加成反应表现出三种选择性[2](Fig. 1)：区域选择性(regioselectivity)，生成一对区域异构体A、B；非对映选择性(diastereoselectivity，这里是endo/exo selectivity)，比如区域异构体A是endo-A、exo-A一对非对映异构体；对映选择性(enantioselectivity)，比如endo-A又是endo-Aa、endo-Ab一对对映异构体．Fig.1 1,3-偶极环加成的选择性Fig.1 Selectivities of 1,3-dipolar cycloadditon对于由芳基腈氧化物参加的1,3-偶极环加成反应，同样也存在区域选择性.由于偶极体的中心N原子在产物异口恶唑啉中是以C=N双键形式存在，其3位取代基与环在同一个面上，产物的endo型和exo型相同，因此，非对映选择性消失，只有对映选择性.但是，如果重键带有具有手性中心的取代基时，由于手性中心不能相互呈镜像关系，则其对映选择性将会转变成为非对映选择性(diastereoselectivity，这里是diastereofacial selectivity)，见Fig. 2.青藤碱是一个多环体系，并且含有手性原子，可以看作一个手性的取代基。
1,3-偶极环加成反应
冯亚青1 偶极环加成反应合成螺噻唑并[3 [3， a]嘧啶类化合物 嘧啶类化合物, 李筱芳 ，于贤勇 ，冯亚青1，3-偶极环加成反应合成螺噻唑并[3，2-a]嘧啶类化合物, 有机化学2010年第30卷第5 2010年第30卷第 735有机化学2010年第30卷第5期，735-739
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Yamada等利用 酮亚胺与钴(III) (III)阳离子的络合 Yamada等利用 B-酮亚胺与钴(III)阳离子的络合 物催化氮-芳亚甲基苯基氧化胺(2，R2=Ar，R3 =Ph)与 物催化氮-芳亚甲基苯基氧化胺(2， =Ar， =Ph)与 (2 甲酰基- 环戊烯的1 偶极环加成反应。 1-甲酰基-1-环戊烯的1，3-偶极环加成反应。在反应 液中加入NaBH4的乙醇溶液猝灭环加成反应， NaBH4的乙醇溶液猝灭环加成反应 液中加入NaBH4的乙醇溶液猝灭环加成反应，将环加成 产物的醛基转化为更稳定的醇，产物19保持了1 19保持了 产物的醛基转化为更稳定的醇，产物19保持了1，3-偶 极环加成反应的收率、非对映选择性和对映选择性。 极环加成反应的收率、非对映选择性和对映选择性。
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通过六氢- 芳基-lH-比喃[2， d]并嘧啶-2(8aH)通过六氢-4-芳基-lH-比喃[2，3-d]并嘧啶-2(8aH)[2 并嘧啶 硫酮与丁炔二酸二甲(DMAD)的加成反应， (DMAD)的加成反应 硫酮与丁炔二酸二甲(DMAD)的加成反应，合成了一系列新 的吡喃一嘧啶并噻唑类化合物。 的吡喃一嘧啶并噻唑类化合物。
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叠氮基与碳叠氮基与碳-碳双 碳三键或碳键、碳-碳三键或碳氮三键的1 氮三键的1，3一偶极 环加成反应通常有很 多优点。 多优点。
1,3-偶极环加成反应产物构型的推定
ｌ ， ３一偶极 环加 成 反应 是基 于三 原子 ４ 电子（ ） 偶 极 体系 与亲 偶极 体 的重 键 发 生 ［ ３ ＋２ ］ 加成 ， 生成 五 元杂 环 （ 特 别是 五元 含 氮杂 环 ） 的一种 非常 重要 的有 机 反应 ［ 卜５ １ ． 在 对 天然 药 物青 藤 碱 的 １一位 进 行 杂 环化 时， 我们 使用 间 甲基 苯基 腈氧 化物与 青藤碱 １ 一位 ｃ＝Ｃ取代 物 １ 进行 了 ｌ ， ３ 一偶 极环加 成 反应 （ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ １ ） ．
１ ， ３一偶 极 环 加 或反 应 表 现 出 三 种 选 择 性 Ｊ （ Ｆ ｉ ｇ ．１ ） ： 区域 选 择 性 （ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ） ， 生
ｏ
ｃｈ Ｓ ｅ ｍｅ １ 青藤碱衍生物的合成
Ｓｃ ｈ ｅ ｍｅ １ Ｓｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｓ ｉ ｎ ｏ ｍｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｄ ｅ ｒ ｉ ｖ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ
此反 应理 论 上有 四个异构 体 Ａ１ 、 Ａ ２、 Ｂ １ 、 Ｂ ２ ．
但在 实验 中我 们 只得 到 了其 中的两 个 异构 体： 异构体 一ｌ和异构 体 一２ ． 那 么异 构 体 一１和 ｃ ｏ 异 构体 一２分别 对应 Ａ１ 、 Ａ ２ 、 Ｂ １ 、 Ｂ ２四个 异构 体 中的哪两 个 呢？通 常 情 况下 ， 培 养 产物 的单 晶 ， Ｏ 再 做单 晶衍 射 ， 就会 得 到产 物 的绝对 构 型 ， 但这 种方 法不 仅 花 费 大 ， 而 且 需 要 首 先 培养 出 产 物 的单 晶 ． 本 文将说 明如何 根据 １ ， ３ 一偶 极环 加成
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ —０ ６ —０ ８
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通过2-芳亚甲基-6，7-二氢-5H-噻唑并[3，2-a]嘧啶-3酮与靛红、肌氨酸的l，3-偶极环加成反应，合成了一系列新 的螺噻唑并嘧啶类化合物，以期为药物筛选提供先导化合物。
李筱芳 ，于贤勇 ，冯亚青1，3-偶极环加成反应合成螺噻唑并[3，2-a]嘧啶类化合物, 有机化学2019年第30卷第5期，735-739
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通过六氢-4-芳基-lH-比喃[2，3-d]并嘧啶-2(8aH)硫酮与丁炔二酸二甲(DMAD)的加成反应，合成了一系列新 的吡喃一嘧啶并噻唑类化合物。
姚飞，曾荣今，王慧，沈鹏飞 1，3一偶极环加成反应合成新型的吡喃一嘧啶并噻唑类化 合物 中图分类号：062 文献标识码：A 文章编号：1672—9102(2019)02—0101—04
叠氮基参与 的1，3-偶极 环加成反应 含能盐 含能基团的修饰 新型含能聚合物
池俊杰，夏宇，张晓勤，曲贵晨，常伟林，王建伟 1，3一偶极环加成反应 在含能材料中的应用 中图分类号：0621．3；TJ55 文献标识码：A 文章 编号：1672—2191(2019)03—0025—04
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叠氮基与碳-碳双 键、碳-碳三键或碳氮三键的1，3一偶极 环加成反应通常有很 多优点。
反应模块化 高产率 反应条件简单 后处理简单
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立体选择性
此类反应是经典点击化学(Click Chemistry) 的精华 。故自2019年诺贝尔化学奖获得者K．B．Sharpless提出 点击化学的概念以来，叠氮基参与的1，3一偶极环加成反 应就在药物合成、分子印迹、超支化聚合物制备、 纳米材料的修饰等众多领域引起了国内外科学家的重视。 含能材料黏合剂
环加成反应和机理
一般环加成为同面环加成
同面环加成
异面环加成 (antarafacial cycloaddition)
(suprafacial cycloaddition)
对称允许的[4π+2π 对称允许的[4π+2π]热环化加成反应
Ψ2(A)
Ψ3(S)
Ψ2(A)
Ψ1(S） (S）
对称禁阻的[4+2]π光环化加成反应 对称禁阻的[4+2]π光环化加成反应
hv S SOMO= SOMO=
R Y R X
A S 对称性不匹配 不 能成 环
A SOMO'=
R
SOMO'=
对称允许的[2π 对称允许的[2π+2 π]光环化加成反应 光环化加成反应
+
hv
SOMO=
R X
A S 对称 性匹配 可 以成 环
A SOMO=
R
SOMO'=
S SOMO'=
对称禁阻的 对称禁阻的[2 π +2 π]热环化加成反应 热环化加成反应
重要知识点！！ 重要知识点！！
[2 + 2] Cycloaddition Reaction
H
课堂练习： 课堂练习：试写出
、
在光照条件下的环加
成产物，后者可能有几种立体异构？ 成产物，后者可能有几种立体异构？其顺式异构体 进一步发生环加成反应将生成何物？ 进一步发生环加成反应将生成何物？
CH2
CH CH
CH2
CH2
CH2
SO2
N N
CH2 CH2
SO2
CO2Me CO2Me
1,3-偶极加成： 1,3-偶极加成： CH2 N N
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1,3-偶极环加成
分子中含有或偶极结构的分子，称为1,3-偶极分子。
这类分子都能与烯烃衍生物发生环加成反应。
常见的1,3-偶极分子如下：
1,3-偶极分子与烯烃或其它不饱和化合物发生环加成反应，生成含五员环的杂环化合物：
1,3-偶极分子基本上是三原子体系，其分子轨道与烯丙基负离子型结构相似，π体系中含有4个电子，存在一个离域的4π电子体系。
1,3-偶极化合物可以用偶极共振的极限式来进行描述，下表列出了臭氧，重氮甲烷和叠氮化合物的偶极共振极限式。
名称分子式电子结构偶极共振的极限式
臭氧
重氮甲烷
叠氮化物
从表中可以看出，1,3-偶极化合物具有一个三原子四电子的π体系，它与烯丙基负离子具有类似的分子轨道，它的HOMO 的对称性和普通的双烯相同，因此1,3-偶极环加成反应和Diels-Alder 反应十分类似。
如果用前线轨道理论来处理1,3-偶极环加成反应，基态时它具有以下的过渡态，是分子轨道对称守恒原理所允许的。
1,3-偶极环加成的过渡状态(点击图片将有动画表示）
1,3-偶极体
1,3-偶极体的种类很多，例如下面这些都是1,3-偶极环加成反应中常用的化合物。
腈叶立德腈亚铵
氧化腈甲亚铵叶立德
甲亚铵亚铵氧化甲亚铵
羰基叶立德
亲偶极体也可以是多种含碳、氮、氧、硫的重键化合物，如：
烯烃亚硝基化合物
炔烃二硫化碳
醛
因此1,3-偶极环加成反应提供了一些极有价值的五元杂环的新合成法。
悉尼酮是首次在悉尼（Sydney）发现的，因此得名。
它是一个偶极分子，具有以下结构，代表一类化合物：
不过这个偶极成为环的一部分。
它也可以和亲1,3-偶极分子发生加成作用，例如和苯乙烯加成，然后再失去二氧化碳，就得到稳定的五元二唑化合物。
1,3-偶极环加成反应逆向反应
1,3-偶极环加成反应，和双烯合成相似，也可以发生逆向反应。
上面悉尼酮的加成物，失去二氧化碳，就可以看作是这样的一个逆向反应。
有几个1,3-偶极分子就是利用杂环化合物的逆向分解来制备的。
分解出来的1,3-偶极分子可以再和其它的亲1,3-偶极分子反应，而得到新的五元杂环体系。
与其它环加成反应一样，1,3-偶极环加成反应也是立体专一性的。