第八章 环化反应

第八章 环化反应
环化反应（ Pericyclic Reaction）通常是指经由协同式的 键结转移，而形成环状化合物。 环化反应包括: 电子环化反应（electrocyclization） 钳合反应（cheletropic reaction）
[2+2]，[3+2]，[4+2] 等
环化加成反应（cycloaddition）
钳合：
+
SO2 SO2
螯合反应:
disroration
+
Cl CCl2 Cl
第八章 环化反应
R R2C=C=O O R R
+ R2C=C=O
R O
O
[2,2] 环加成
CH2=C=O
+ CH2=C=O
O
CN
CH2=C=CH2 + CH2=CH CN
第八章 环化反应
[3,2] 环化加成
_ + PhC N O
8．2 1,3－偶极环化加成反应
O 25℃ N3 N O 155℃ [1,3] N N N
O
50℃
N
O
8．2 1,3－偶极环化加成反应
腈氧类偶极化合物通常是由卤烷或醛类来制 备，其与烯类、炔类都可进行环化加成反应。
H2NOH NaOCl [O]
RCHO
RCH=N OH
RC N O
RCH2X
NaNO2
8．1 Diels-Alder 反应
4. 内向的加成产物常常比外向的加成物占优势。
（无此产物）
8．1 Diels-Alder 反应
O
+
O
O
20 ¡ æ
H H O O O
8．1 Diels-Alder 反应
一般使用的电子丰盈双烯是指推电子基，如烷基， 甲氧基（ CH3O）二甲胺基（ Me2N），硫基（ RS），硅 氧基（Me3SiO）乙酰氧基（CH3CO2）等。
+ R C N O
CH3CH=CH2
R
N
8．2 1,3－偶极环化加成反应
重氮烷类与双键进行 1,3 －偶极加成反应，生成二氢 吡唑 (pyrazoline) 的产物，但在稍高的温度，或在酸、重 金属等催化下，极易脱氧，而形成三员环的最终产物， 如下面的反应。重氮烷类可与苯作用，称为Buchner反应 ；将羧类转变成甲酯；与酰氯作用，并在硝酸银水溶液 中转变成多一个碳的羧酸，称为Arndt-Eistert反应。
8．1 Diels-Alder 反应
三、不对称二烯和亲二烯体的加成反应 如果二烯和亲二烯体二者都是不对称的，那么 DielsAlder加成可经二种途径发生而得到混合的加成异构体， 主要的 Diels-Alder 加成物如下所示，应当注意，在上述 两种情况中，间位二取代的产物是较少的异构体。
R R R R1
8．2 1,3－偶极环化加成反应
叠氮类化合物与烯类进行环化加成反应产生 三唑啉(triazoline)，在更高温度时，则分解脱 氮而形成乙烯亚胺 (aziridine) 的三员环化合物 ，如下面的各反应：
H Ph N N N + H 20 ¡ æ 100% N H H Ph N N H 150 ¡ æ H N2 Ph N
+
R1
R R
+
R1
R R1
+
R1 R1
+
8．1 Diels-Alder 反应
CO2H H H CO2H
+
75 æ ¡
HOC2
CO2H H H
CO2H H CO2H H
CH3
+
CO2CH3
CH3
CO2CH3
(45%) +
CH3
CO2CH3 (8%)
CH3
+
CO2CH3
CH3 CO2CH3
CH3 (61%)
适当地利用电子效应，如 Lewis 酸被羟、酮基螯合 ，及立体效应，如巨大的第三丁基，下面的反应实例中 ，用手性的烯类诱导不对称环化加成。
O OH H ZnCl2
M O
O H
O H H C OH
(>98%ee)
8．2 1,3－偶极环化加成反应
1,3－偶极环化加成（1,3-dipolar cycloaddition ）是一种 [3+2] 的环化加成反应。三个原子的部分 以HOMO与烯类的 LUMO作用。
碳烯是不带电荷的缺电子碳，即R2C：它们中最典型 的，并且在合成上最有价值的反应是对烯烃的加成反应 得到环丙烷类化合物。
CR2 CR2
+
CH2=CH2
Ph N
O
[4,2] 环化加成
这些环化的特点是：
+
CHO
CHO
• 反应的熵减少，幸而活化所需的焓不高，因此反 应得以进行；也是这个缘故，反应常是可逆的。
• 反应常常具有立体专一性，这是协同式反应机理 的结果。
8．1 Diels-Alder 反应
一般 [4,2] 环加成反应，称为Diels-Alder反应。 四个原子的部分，通常是双烯类（dienes），而二个原 子的部分是烯类，又称双亲烯基（dienophiles）。 一、Diels-Alder 反应的特点： 1. 对双烯类为电子丰盈者，则亲双烯基必须是电子 缺乏性的烯类，才能够促使环化加成反应； 2. 反应对于二烯和亲二烯体两者都是立体专一地顺 式加成； 3. 二烯必须采用顺式构象, 若二烯被固定成反式构象， 则不能发生Diels-Alder反应；
N CH2 Ph C Cl N
CH2 CH CN
NO2
Et3N
0¡ æ
Ph C N CH N
NO2
Ph C
CH CN
NO2
Ph C NC
CH
NO2
86%
8．2 1,3－偶极环化加成反应
与酮类化合物发生扩环反应：
O O CH N N
+ CH3N(NO)CONH2
O O
KOH 25 ¡ æ
+
(63%) (15%)
第八章 环化反应
到此为止，对于形成环状分子的成键反应很少给以注 意。因此，构成分子骨架的最后一章，我们考虑的导致 闭环的反应。 第一类的成环反应，无非是在前面各章节部分按照分 子间所描述的那些反应的分子内的变型（这无 疑地是最大的一类）。 第二类反应是分子间的，涉及两个不同分子之间同时 形成两个键。这种反应过程通常称之为环加成 反应。Diels-Alder反应是我们最熟知的例子。 第三类的成环反应包含电环化反应，它是分子内反应 而在机理方面与环加成反应有关。
a b c
+ d=e
[3+2]
a c d e
b
8．2 1,3－偶极环化加成反应
1,3－偶极分子可以是臭氧O3，叠氮RN3等含 相同原子者，也可以是含不同类型的原子。
Ozone azide diazomethane Nitrile oxide Nitrile ylide
O O O R N N N H2C N N R C N O R C N CH2 O O O R N N N H2C N N R C N O R C N CH2 R N N N
8．2 1,3－偶极环化加成反应
1,3－偶极分子其电子间是可转移的，即电子的分配 不一定可由原子的阴电子性预测，其电荷间是互变的。 由于这个缘故，在进行环化加成反应时，其位置选择性 并不容易预测。这类的环加成反应也是一个[4π +2π ]的 过程，因此与Diels-Alder反应有关；但4π 电子组分不是 二烯而是1,3－偶极，其中4个π 电子仅分布在三个原子 上，因此，至少可以画出一个正则结构，在该结构中， 原子1和3带有相反的电荷。
+ RCH N=N + RN N=N + RCH=N=N + RN=N=N + RCH N N + RN N N + RCH N=N + RN N=N
8．2 1,3－偶极环化加成反应
下面是1,3－偶极环加成的典型实例：
H3C CH2N2 + H3C CO2C2H5 H H H3C N H3C N C2H5O2C (75%) H+ H H3C N H3C N C2H5O2C H
+
CO2CH3
(3%)
8．1 Diels-Alder 反应
Diels－Alder 加成反应，可以合成多种环的复杂化合 物，如下面所列举的各反应。应用 C=O，C=S，C-N 及 C≡N等基团作为亲双烯基的例子也列举在下面的反应中。
O 2 CH3 CH3 O C2H5OH CH3 5hr,refluence CH3 O O CH3 CH3 (60%)
经二异丁基铝氢还原，得到 3－胺基醇类；经加 氧作用，得到 3－羟基酮类；经 LAD 脱质子得到α ， β - 不 饱 和 醛 酮 类 ； 在 C-3 无 取 代 的 isoxazoline（ R=H），则以碱水处理下，得到3－羟基腈。
8．2 1,3－偶极环化加成反应
i Bu2AlH R H2,Raney Ni O R O i Pr2NLi R OH ( R=H ) OH N C NOH OH NH2 OHFra bibliotek+
CO2CH3 O
O 5hr,refluence
+
CO2CH3
CO2CH3 CO2CH3
(77%)
8．1 Diels-Alder 反应
CH3 CH3 Cl O CH3 (43%)
I
+n
C4H9Li
+
O
CH3
+
CH3
NC
CN