高等有机化学周环反应

• Claisen 重排是个协同反应，中间经过一个环状过渡态， 所以芳环上取代基的电子效应对重排无影响。二烯酮中间 体可用亲二烯体顺丁烯二酸酐进行Diels 一Alder 反应捕 获。交叉实验证明这一重排是分子内反应而不是分子间反 应。
• 取代的烯丙基芳基醚重排时，无论原来的烯丙基双键是E构型还是Z -构型，重排后新形成的双键构型都是E ，这是 因为重排反应所经过的六元环状过渡态具有稳定椅式构象。
(endo)异构体稳定，但在最终产物中常常是内型(endo) 占优势。
开链二烯和环状的亲二烯的加成反应经常是遵循 endo 规则的。Alder 内向规则也有例外。
例如，马来酸酐和环 戊二烯加成，产物几 乎全部是endo 异构 体，而热力学更稳定 的exo 产物产率还不 到2％。
（2）顺式规则 顺式规则:Diels 一Alder 反应具有立体专一性，反应产物 保留了双烯和亲双烯的相对立体化学。也就是说，含反式取 代基的亲二烯会得到取代基呈反式构型的加成产物，而含顺 式取代基的亲二烯会得到取代基呈顺式构型的产物.
• 电环化反应反应过程中，一个共轭多烯与一个比其少一个 碳一碳双键的不饱和环状化合物之间相互转换。
• 反应特点：必须在热或光化学条件下发生，具有高度的立 体选择性。
• （Z , E ）一2 ，4一己二烯在加热条件下生成顺一3 ，4 一二甲基环丁烯，在光照条件下则生成反一3 ，4一二甲 基环丁烯外消旋体。
• 类似地，2-取代丁二烯中无论取代基的电子性质如何，与 丙烯酸甲醋的Diels 一Alder 加成产物主要是1，4-二取 代加成产物。
• 可见，在多数情况下，将形成1,2-或1，4-二取代加成产 物。这种区域选择性还可以通过假想的电子推一拉模型进 行解释。例如，当1 一或2 一位甲氧基取代的1 , 3 一丁二 烯与丙烯醛的反应，生成1 ，2一及1 ，4一加成产物的假 想的中间体通过电子的“推一拉”最为稳定。
• 该反应是一个立体定向的协同反应，它一瓣经由一个椅式 过渡态进行。例如，从两个3,4-二甲基-1,5-己二烯分子 异构体出发，分别得到不同的2,6-辛二烯立体异构产物。 内消旋的3,4-二甲基-1,5-己二烯通过椅式过渡态，产生 99.7 ％的cis，trans-2,6-辛二烯，而从船式过渡态产生 的trans，trans-2,6 一辛二烯仅占0.3 ％。
• 环加成反应中，两个相互反应的组分分子在靠近过程中， 有两种方式。一是同面方式，另一种则是异面方式。以DA 反应为例：
• 正常的D-A 反应通式如下：
EDG:供电子基团; EWG:吸电子基团
• 杂原子取代二烯是Diels 一Alder 反应的优良底物。与亲 二烯体反应速率的提高（与未取代二烯相比）归因于杂原 子取代的供电子效应，促进反应的进行。
5.2.3 Cope 重排反应
• 在各种迁移反应中，[ 3 , 3 ]-迁移最常见，在有机合成 中的应用也最广泛。尤其是对于立体控制地形成C 一C 键， 该反应具有特殊的作用。在反应过程中，形成一个新的C 一C 单键与一个新的C 一C 双键。著名的Cope 重排、 Claisen 重排等都属于「3 , 3 」迁移。1 , 5 一二烯在加 热条件下发生「3 , 3」-重排导致异构化，称为Cope重排， 例如
• 逆需电子的III 型D-A 反应发生在富电子的亲二烯体和缺 电子的二烯之间。反应的基本特征也是两组分具有互补的 电子性质。
EDG：供电子基团 EWG：吸电子基团
5 . 3 . 1 Diels 一Alder 环加成反应的立体化学
• ( 1 ) Alder 内向规则（Alder endo principle ) • Alder 内 向 规 则 ： 从 热 力 学 分 析 ， 外 型 (exo) 比 内 型
此时有两种可能的旋转方式：
顺旋:围绕着两个键向同一个方向旋转
对旋:围绕着两个键分别向不同的方向旋转
• 许多类似的反应结果都显示出如下的规律:
• 根据环化时参与反应的电子数是4n或4பைடு நூலகம்＋2（n=1 ， 2，… 正整数），以及反应的条件是加热或光照，决定该 线性共轭多烯的环合或其逆过程是按顺旋还是对旋方式发 生，这些反应的立体化学结果是一定的，而且可以预测。 电环化反应的立体选择规律见表。
第五章 周环反应
• 有机反应就是参与反应的各个分子化学键的重新组合，涉 及原有化学键的断裂和新化学键的形成。有些是一步完成 的，有的则是多步完成的。反应过程中新键的生成与旧键 的断裂同时进行。周环反应:一些电环化反应、环加成反 应以及-迁移反应等协同反应，都经过一个环状过渡态而 进行。
5 . 1 电环化反应
• 在 Diels 一 Alder 反 应 中 ， 区 域 异 构 体 产 物 的 比 例 受 Lewis 酸催化剂的影响很大。在Lewis 酸催化作用下，通 常可进一步提高所“预期”的异构体产物比例，有时可以 高产率地得到单一异构体。例如，在氯化锡催化作用下， 丙烯醛和异戊二烯的加成能够增加1 ，4一二取代加成产 物，这样基本上成为唯一的加成产物。
苯酚的烯丙基醚的重排是Claisen 重排最重要的例子。 • 当烯丙基芳基醚的两个邻位未被取代基占满时，重排主要
得到邻位产物。若两个邻位都被占据，那么烯丙基可以迁 移到对位上。反应是分步进行的，烯丙基先通过Claisen 重排迁移至邻位，尔后再经过一次［3 , 3 ］- 迁 移 （Cope 重排）到对位，然后经互变异构得到对位烯丙基 酚。对位、邻位均被占满时不发生此类重排反应。
• 1961 年 ， Havinga 和schlatmann 等人 报道，光甾醇3 经光 化学开环生成预钙化 甾醇2，后者在光的 作用下够可逆地转化 为麦角甾醇1 。预钙 化甾醇在加热条件下 关环生成焦钙化甾醇 5 和异焦钙化甾醇6 。 2 光照发生1,7 一氢 迁移即得到维生素D 7。光甾醇3 的立体 异构体4 不能转化为 预钙化甾醇。
• Diels - －Alder 反应在有机合成中具有重要的作用，该 反应具有很好的通用性和高度的立体选择性。根据二烯和 亲二烯体的不同性质，可以合成许多不同的环状结构。在 二烯或亲二烯分子上引入手性辅基，或者采用手性Lewis 酸催化剂等，可以进行不对称Diels - －Alder反应。
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5.3.2 Diels 一Alder 环加成反应的区域选择性
• 不对称的二烯和不对称的亲二烯的加成可以以两种方式进 行，从而得到区域异构产物。
• 实际上，往往其中一个异构产物占有绝对优势。例如，1 一取代丁二烯无论取代基的电子性质如何，与，-不饱 和羰基化合物等亲二烯体的环加成时得到的大部分是1,2 二取代加成产物，1,3-二取代加成产物为次要产物。
• Cope 重排是一个可逆的过程，平衡依赖于取代基类型与 两个1 , 5 一二烯的相对张力。烯烃的热力学稳定性随取 代基及共轭数目的增加而增加。因此平衡通常偏向于生成 具有更多取代基与更多共轭的产物。例如，加热1,5 一二 烯30 得到新的1,5 一二烯31 ，其两个羰基与重排得到的 新烯烃的一个二键发生共轭。
• Cope 重排是常遇见的一个反应。例如，1 , 3 一丁二烯 二聚得到1 ，2一二乙烯基环丁烷，后者可发生Cope 重 排，得到1 , 5 一环辛二烯。
• 若分子内存在张力则易重排。顺式二乙烯基环丙烷极不稳 定，经Cope重排形成1,4 一环庚二烯。例如，二乙烯基 环丙烷在15 ℃ 时就发生重排。
• ( E , Z , E ）一2，4，6 一辛三烯在加热条件下 生成顺一5 , 6 一二甲基一1 , 3 一环己二烯，在 光照条件下则生成反一5 , 6 一二甲基一1 , 3 一 环己二烯外消旋体。
闭环成键的两种方式：
例如：1,3 一丁二烯环化生成环丁烯时，要求C(1-C(2）以 及C(3）一C(4）间的化学键围绕着各自的键轴进行旋转， 以便在C(1）一C（4）之间形成键而闭环。
5 . 2 . 1 氢原子参与的［1 , j ｝迁移反应
• 例如，1, 3 一己二烯在加热时转变为2，4一己二烯，C ( 5 ）上的一个氢原子迁移到C ( 1 ）上，键随之移位， 这是一个氢原子参加的「1 , 5 」一迁移，简称为[1,5]氢迁移。
5.2.2 碳原子参与的［1,j］-迁移反应
• 参加迁移的碳原子在迁移过程中有可伴随构型保持或反转。 「1 , 3」一同面迁移保留构型时，由于轨道对称性不符合 而不发生反应，但如果迁移基团在过渡态中旋转90°时轨 道二相位的对称性匹配，从而得到迁移产物。迁移基团的 构型前后发生反转。
例如，环戊二烯和顺 丁烯二酸二甲醋反应 可得到exo 和endo 顺式产物，而与富马 酸二甲醋反应，则得 到反式构型的加成产 物。
• 同样，二烯化合物中的1 一4一两个取代基的相对构型在 Diels 一Alder 反应中也得以保留。反，反一1 ，4一二 取代二烯得到的加成产物中，1 ，4一二取代基的构型为 顺式；而顺，反一1 ，4一二取代二烯得到的加成产物中， 1 ，4一二取代基的构型为反式。
5 . 2 一迁移反应
• 一迁移重排: 指的是在与一个或多个键相连的体系中， 一端的键移位到另一端，同时协同地发生键的移位。迁移重排也叫-移变重排反应。
• 按照Woodward - Hoffmann 的命名方法，将键两端 依次从1、1 ’依次标号，通常用[i,j]来标记-迁移的次序， 其中i、j 分别指出键从原来所在的1、1 ’位置迁移到i、 j位置，键则同时移位。例如
5 . 3 环加成反应
• 前面所讨论的电环化、迁移等反应都是发生在同一分子 内。环加成反应指的是有两个不饱和体系相互反应，两 个键形成两个键，得到环状化合物，称之为环加成。
• 简单分类（按参与环化反应的组分的原子数）： • ［4 + 2」环加成反应：Diels 一Alder 反应 • 「2 + 2」环加成反应：烯烃的二聚
5 . 2 . 4 Claisen 重排反应