有机合成：第六章 开环和关环
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层电子），而氮烯是碳烯的氮类似物，即 RN （共六个外 层电子）。 碳烯和氮烯的典型反应是对烯烃的加成，得到 环丙烷类和环氮烷类化合物：
特点：①反应物中心碳原子或中心氮原子有一空的sp3轨道；②加成是协 同进行。
12
例如：
Cl3CCO2C2H5
H3C
(1) (H3C)2C CH2
NaOCH3
H3C
反应特点：
（a）在单环化合物的合成中，闭环步骤常包括碳－杂 原子键的形成；
（b）如果系统中含有2个相邻的杂原子，则在闭环步骤 中很少涉及杂原子－杂原子键的形成；
（c）如果目标分子是双环的，并具有与苯环稠合的杂原 子，则原料几乎总是预先形成苯的衍生物。分有： （I）单环化合物的形成； （Ⅱ）苯并稠环化合物的形成。
H3C
H3C
(total 95%)
H3C
O
CO2C2H5
O
CH3 CO2C2H5 CO2C2H5
5
6.1.3 生成芳香环化合物的环化 （1）碳芳香环的形成
芳香环的形成常涉及的反应有Friedel-Crafts反应和芳基 化反应。
（2）杂芳香环的形成 此处只涉及含有氧、氮和硫杂原子的五元环和六元环。
RN N N
RN N N
RN N N
10
它们都具有类似双烯的结构，进行相关的反应，例如：
H3C (1) CH2N2 +
H3C
H CO2C2H5
H
H3C N
H3C
N
CO2C2H5
(75%)
(2) PhN3 + PhC CH
Ph
N
N
N+
N (52%)
N
Ph N
Ph
Ph
11
6.2.3 碳烯和氮烯对烯烃的加成 碳烯是不带电荷的缺电子碳物种，即： R2C（共六个外
O
(1)
+ PhHC CHCOCH3
NaNH2
Michael addition
condensation
O (total 43%)
Ph
O H3C O
Ph
4
(2) (H3C)2C
CH3
H3C
CCOCH3 + CH2(CO2C2H5) NaOC2H5
H3C
Michael addition
H3C
O
Dickmann r.
2
6.1 分子内环化反应
6.1.1 一些常见的分子内环化反应 在前面章节中讨论过的许多成键反应都可用于分子内环
化，主要有： （1）烷基化反应； （2）酰基化反应； （3）缩合反应； （4）芳香族化合物亲电取代反应。
3
6.1.2 在闭环过程中的Michael反应 Michael反应常用于环状化合物的合成，例如：
H
H +
Ph
CO2H H
H CO2H
(反 式 产 物 )
H Βιβλιοθήκη Baiduh
CH2
若二烯被固定为反式构象，如
，则不能发生
Diels-Alder反应。 8
注意： （1）a. 杂环二烯和蒽等可参加Diels-Alder反应，b. 杂原
子也可以代替二烯或亲二烯体中的碳原子。 （2） 当二烯和亲二烯体二者都是不对称时加成产物以邻
第六章 开环和关环
关环和开环 涉及关环和开环的反应很多.
关环反应主要分三类 1. 分子内的变型：n个原子的链环化成n元环或n-1元环状化 合物，如Dieckmann反应（分子内Claisen酰基化反应）； 2. 环加成反应：涉及两个不同分子间的反应，同时形成两 个键，如Diels-Alder反应； 3. 电环化反应：它是分子内反应，但其机理与环加成反应 有关。
1
开环反应亦可分为三类
1. 溶剂解反应：涉及水解，有机溶剂解和其它亲电试剂和亲 核试剂的相互作用，例如：
O
O
OH
+ H2O
HOCH2CH2CH2CH2COOH
2. 氧化开环：涉及环内分子链的氧化断裂，例如：
H
+ KMnO4
HOOCH2CH2CH2CH2COOH
3. 周环开环：是环加成或电环化反应的逆反应，例如：
位或对位二取代为主。
9
6.2.2 1,3-偶极环加成 1,3-偶极环加成也是一个[4π+2π]的过程，故与Diels－
Alder反应有关， 但4π电子不是二烯而是1,3-偶极，四个 电子分布在三个原子上，如重氮烷和叠氮化合物：
重氮烷： RHC N N
RHC N N
RHC N N
RHC N N
叠氮化合物： RN N N
反应也是立体专一的，原有取代基位置方向不变。
14
例如：
CH3
(1)
132 C
戊烷
CH3
H CH3 CH3
H
[加热反应，对旋成键（有机化学P479表19-1）]
15
6.4 开环反应 开环反应在有机合成中主要有以下两个方面的应用：
（1）在开环的产物中，被打破的键的每一端的原子上都 带有官能团。即通过开环反应合成双官能团分子； （2）在一个双环或多环分子中，破裂的两个环共用的键 可导致一个中环或大环分子的产生，而这个环难以用其它 方法制备。即通过开环反应合成中环或大环化合物。
16
6.4.1 亲电试剂和亲核试剂相互作用
亲电试剂和亲核试剂相互作用包括水解反应和溶剂解反
应，例如：
O (1)
O
(i) KOH
H O
(ii) PhCH2Cl
CH2Ph O (i) KOCH3
(ii) CH3I
H3C O
CH2Ph O-
7
6.2 环加成反应
6.2.1 Diels-Alder反应 Diels-Alder反应的过程包括4π-电子体系（二烯）和2π-
电子体系（单烯，往往称为亲二烯体）的环加成反应，又 称[4+2]的环加成反应。反应对于二烯和亲二烯体两者都是 立体专一地顺式加成，产物中也保留着反应物的相对构型， 例如：
H H H
6
6.1.4 中环和大环的形成 要形成中环（8～11元环）和大环（≥12元环），必须应
用特殊的方法——通常为高度稀释技术：非环前体非常慢 地加到反应介质中，以致于其浓度很低（10 -3 ≤ M），使 分子间反应的可能性大大减少，同时分子内的各种构象互 变更容易，有利于分子内反应。
从反应类型分，形成中环和大环的反应主要有： （1）缩合反应； （2）偶姻反应； （3）有机金属化合物反应。
Cl
Cl (65%)
H3C (2)
H
H
Br
CHBr3
CH3 (CH3)3COK Br
H CH3 H (68%)
CH3
(3)
+ CH2Cl2 Zn/Cu
(65%)
13
6.3 电环化反应 Diels-Alder反应和1,3-偶极环加成反应均涉及6个π电子
经过一个环状过渡态而再分配。如果这6个π电子包含在 同一个分子内，类似的再分配便可发生在分子内，这种分 子内的周环过程就称：电环化反应。例如：
特点：①反应物中心碳原子或中心氮原子有一空的sp3轨道；②加成是协 同进行。
12
例如：
Cl3CCO2C2H5
H3C
(1) (H3C)2C CH2
NaOCH3
H3C
反应特点：
（a）在单环化合物的合成中，闭环步骤常包括碳－杂 原子键的形成；
（b）如果系统中含有2个相邻的杂原子，则在闭环步骤 中很少涉及杂原子－杂原子键的形成；
（c）如果目标分子是双环的，并具有与苯环稠合的杂原 子，则原料几乎总是预先形成苯的衍生物。分有： （I）单环化合物的形成； （Ⅱ）苯并稠环化合物的形成。
H3C
H3C
(total 95%)
H3C
O
CO2C2H5
O
CH3 CO2C2H5 CO2C2H5
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6.1.3 生成芳香环化合物的环化 （1）碳芳香环的形成
芳香环的形成常涉及的反应有Friedel-Crafts反应和芳基 化反应。
（2）杂芳香环的形成 此处只涉及含有氧、氮和硫杂原子的五元环和六元环。
RN N N
RN N N
RN N N
10
它们都具有类似双烯的结构，进行相关的反应，例如：
H3C (1) CH2N2 +
H3C
H CO2C2H5
H
H3C N
H3C
N
CO2C2H5
(75%)
(2) PhN3 + PhC CH
Ph
N
N
N+
N (52%)
N
Ph N
Ph
Ph
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6.2.3 碳烯和氮烯对烯烃的加成 碳烯是不带电荷的缺电子碳物种，即： R2C（共六个外
O
(1)
+ PhHC CHCOCH3
NaNH2
Michael addition
condensation
O (total 43%)
Ph
O H3C O
Ph
4
(2) (H3C)2C
CH3
H3C
CCOCH3 + CH2(CO2C2H5) NaOC2H5
H3C
Michael addition
H3C
O
Dickmann r.
2
6.1 分子内环化反应
6.1.1 一些常见的分子内环化反应 在前面章节中讨论过的许多成键反应都可用于分子内环
化，主要有： （1）烷基化反应； （2）酰基化反应； （3）缩合反应； （4）芳香族化合物亲电取代反应。
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6.1.2 在闭环过程中的Michael反应 Michael反应常用于环状化合物的合成，例如：
H
H +
Ph
CO2H H
H CO2H
(反 式 产 物 )
H Βιβλιοθήκη Baiduh
CH2
若二烯被固定为反式构象，如
，则不能发生
Diels-Alder反应。 8
注意： （1）a. 杂环二烯和蒽等可参加Diels-Alder反应，b. 杂原
子也可以代替二烯或亲二烯体中的碳原子。 （2） 当二烯和亲二烯体二者都是不对称时加成产物以邻
第六章 开环和关环
关环和开环 涉及关环和开环的反应很多.
关环反应主要分三类 1. 分子内的变型：n个原子的链环化成n元环或n-1元环状化 合物，如Dieckmann反应（分子内Claisen酰基化反应）； 2. 环加成反应：涉及两个不同分子间的反应，同时形成两 个键，如Diels-Alder反应； 3. 电环化反应：它是分子内反应，但其机理与环加成反应 有关。
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开环反应亦可分为三类
1. 溶剂解反应：涉及水解，有机溶剂解和其它亲电试剂和亲 核试剂的相互作用，例如：
O
O
OH
+ H2O
HOCH2CH2CH2CH2COOH
2. 氧化开环：涉及环内分子链的氧化断裂，例如：
H
+ KMnO4
HOOCH2CH2CH2CH2COOH
3. 周环开环：是环加成或电环化反应的逆反应，例如：
位或对位二取代为主。
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6.2.2 1,3-偶极环加成 1,3-偶极环加成也是一个[4π+2π]的过程，故与Diels－
Alder反应有关， 但4π电子不是二烯而是1,3-偶极，四个 电子分布在三个原子上，如重氮烷和叠氮化合物：
重氮烷： RHC N N
RHC N N
RHC N N
RHC N N
叠氮化合物： RN N N
反应也是立体专一的，原有取代基位置方向不变。
14
例如：
CH3
(1)
132 C
戊烷
CH3
H CH3 CH3
H
[加热反应，对旋成键（有机化学P479表19-1）]
15
6.4 开环反应 开环反应在有机合成中主要有以下两个方面的应用：
（1）在开环的产物中，被打破的键的每一端的原子上都 带有官能团。即通过开环反应合成双官能团分子； （2）在一个双环或多环分子中，破裂的两个环共用的键 可导致一个中环或大环分子的产生，而这个环难以用其它 方法制备。即通过开环反应合成中环或大环化合物。
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6.4.1 亲电试剂和亲核试剂相互作用
亲电试剂和亲核试剂相互作用包括水解反应和溶剂解反
应，例如：
O (1)
O
(i) KOH
H O
(ii) PhCH2Cl
CH2Ph O (i) KOCH3
(ii) CH3I
H3C O
CH2Ph O-
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6.2 环加成反应
6.2.1 Diels-Alder反应 Diels-Alder反应的过程包括4π-电子体系（二烯）和2π-
电子体系（单烯，往往称为亲二烯体）的环加成反应，又 称[4+2]的环加成反应。反应对于二烯和亲二烯体两者都是 立体专一地顺式加成，产物中也保留着反应物的相对构型， 例如：
H H H
6
6.1.4 中环和大环的形成 要形成中环（8～11元环）和大环（≥12元环），必须应
用特殊的方法——通常为高度稀释技术：非环前体非常慢 地加到反应介质中，以致于其浓度很低（10 -3 ≤ M），使 分子间反应的可能性大大减少，同时分子内的各种构象互 变更容易，有利于分子内反应。
从反应类型分，形成中环和大环的反应主要有： （1）缩合反应； （2）偶姻反应； （3）有机金属化合物反应。
Cl
Cl (65%)
H3C (2)
H
H
Br
CHBr3
CH3 (CH3)3COK Br
H CH3 H (68%)
CH3
(3)
+ CH2Cl2 Zn/Cu
(65%)
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6.3 电环化反应 Diels-Alder反应和1,3-偶极环加成反应均涉及6个π电子
经过一个环状过渡态而再分配。如果这6个π电子包含在 同一个分子内，类似的再分配便可发生在分子内，这种分 子内的周环过程就称：电环化反应。例如：