成環(huán)反應精簡學習課程

1、成環(huán)策略A.有環(huán)體系的修飾有環(huán)體系的修飾 B.非環(huán)體系的環(huán)化非環(huán)體系的環(huán)化 單邊環(huán)化單邊環(huán)化 雙邊環(huán)化或多邊環(huán)化雙邊環(huán)化或多邊環(huán)化 第1頁/共86頁第一頁，編輯于星期日：十五點 四十分。第一節(jié) 單邊環(huán)化（分子內(nèi)反應） 由于分子內(nèi)反應引起的由于分子內(nèi)反應引起的熵減熵減比相應的分子間反比相應的分子間反應小，因此，應小，因此，分子內(nèi)反應通常比相應的分子間反應容分子內(nèi)反應通常比相應的分子間反應容易進行易進行制約分子內(nèi)反應的因素：制約分子內(nèi)反應的因素：A.環(huán)的張力環(huán)的張力環(huán)的大小（環(huán)的大?。╪） 3 4 5 6 7 10 15 環(huán)化速率環(huán)化速率 0.12 0.002 100 1.7 0.03 10-8

2、10-4第2頁/共86頁第二頁，編輯于星期日：十五點 四十分。制約分子內(nèi)反應的因素B.分子的幾何構型分子的幾何構型 分子的幾何結構制約著分子中分子的幾何結構制約著分子中反應中心原反應中心原子子能否有效的進行能否有效的進行軌道的交蓋軌道的交蓋C.同時形成雙反應中心的要求同時形成雙反應中心的要求 反應獲得成功的先決條件是：反應獲得成功的先決條件是：形成一個反應活形成一個反應活性中心所用的試劑和條件不能影響和破壞另一反性中心所用的試劑和條件不能影響和破壞另一反應中心應中心D.競爭性分子間反應競爭性分子間反應綜合上述因素，成環(huán)的難易為：綜合上述因素，成環(huán)的難易為： 53；64,7,8,9第3頁/共86

3、頁第三頁，編輯于星期日：十五點 四十分。分子內(nèi)反應成環(huán) 通過分子內(nèi)通過分子內(nèi)親電親電-親核中心親核中心相互作用形成碳環(huán)，是合相互作用形成碳環(huán)，是合成環(huán)狀化合物的常規(guī)方法。成環(huán)狀化合物的常規(guī)方法。 第4頁/共86頁第四頁，編輯于星期日：十五點 四十分。一些分子內(nèi)反應成環(huán)的例子合成：合成：第5頁/共86頁第五頁，編輯于星期日：十五點 四十分。一些分子內(nèi)反應成環(huán)的例子第6頁/共86頁第六頁，編輯于星期日：十五點 四十分。一些分子內(nèi)反應成環(huán)的例子第7頁/共86頁第七頁，編輯于星期日：十五點 四十分。一些分子內(nèi)反應成環(huán)的例子第8頁/共86頁第八頁，編輯于星期日：十五點 四十分。第二節(jié)：雙邊環(huán)化Diels

4、-Alder反反應是應是共軛二烯共軛二烯同同烯類或炔類烯類或炔類生成生成環(huán)己烯環(huán)己烯類衍生物類衍生物的反應，是最重的反應，是最重要的要的六元環(huán)六元環(huán)合成合成方法。方法。Diels-Alder反應反應第9頁/共86頁第九頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Diels-Alder反應的機理分子軌道對稱性守恒原理分子軌道對稱性守恒原理認為：雙烯體的認為：雙烯體的HOMO與親與親雙烯體雙烯體LUMO相位相符相位相符；親雙烯體的；親雙烯體的HOMO與雙烯與雙烯體的體的LUMO相位相符相位相符。因此，它們以。因此，它們以同面方式同面方式加成，加成，新鍵的形成和原有新鍵的形成和原有p p鍵的衰減鍵的衰減協(xié)同進

5、行協(xié)同進行。第10頁/共86頁第十頁，編輯于星期日：十五點 四十分。電子效應對Diels-Alder反應的影響雙烯體電子密度越大，親雙烯體電子密度越小，雙烯體電子密度越大，親雙烯體電子密度越小，D-A反應越容易發(fā)生；反之亦然。反應越容易發(fā)生；反之亦然。較穩(wěn)定的共振式第11頁/共86頁第十一頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Diels-Alder反應的立體選擇性Diels-Alder反應是反應是立體專一性反應立體專一性反應，生成的產(chǎn)物中，生成的產(chǎn)物中，雙烯體和親雙烯體雙烯體和親雙烯體構型保持不變構型保持不變第12頁/共86頁第十二頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Diels-Alder反應的內(nèi)型

6、規(guī)則endo加成產(chǎn)物加成產(chǎn)物exo加成產(chǎn)物加成產(chǎn)物Alder “內(nèi)型規(guī)則內(nèi)型規(guī)則”主要產(chǎn)物主要產(chǎn)物第13頁/共86頁第十三頁，編輯于星期日：十五點 四十分。內(nèi)型加成和外型加成的確認endo加成產(chǎn)物加成產(chǎn)物exo加成產(chǎn)物加成產(chǎn)物主要產(chǎn)物主要產(chǎn)物第14頁/共86頁第十四頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Diels-Alder反應的內(nèi)型規(guī)則內(nèi)型規(guī)則說明反內(nèi)型規(guī)則說明反應過程是應過程是協(xié)同協(xié)同的的Diels-Alder反應中反應中雙烯體的相對構型雙烯體的相對構型也也保持不變保持不變反反反反反反順順第15頁/共86頁第十五頁，編輯于星期日：十五點 四十分。內(nèi)型異構體和外型異構體的相互轉變內(nèi)型內(nèi)型異構體和

7、異構體和外型外型異構體的相互轉變異構體的相互轉變endo加成產(chǎn)物加成產(chǎn)物exo加成產(chǎn)物加成產(chǎn)物第16頁/共86頁第十六頁，編輯于星期日：十五點 四十分。內(nèi)型規(guī)則的解釋內(nèi)型內(nèi)型Diels-Alder加成過渡態(tài)中加成過渡態(tài)中HOMO-LUMO的的相互作用相互作用endo加成加成exo加成加成第17頁/共86頁第十七頁，編輯于星期日：十五點 四十分。其它因素對Diels-Alder反應選擇性的影響取代基、溶劑取代基、溶劑對對Diels-Alder反應中內(nèi)型加成和外反應中內(nèi)型加成和外型加成的比例也有影響型加成的比例也有影響Xendoexo75CH3C2H5PhH25356501006040第18頁/共

8、86頁第十八頁，編輯于星期日：十五點 四十分。雙烯體雙烯體反應活性一般受取代基的雙烯體反應活性一般受取代基的電子效應電子效應和和空間效空間效應應的影響的影響電子效應電子效應較穩(wěn)定的共振式雙烯體帶有雙烯體帶有供電子取代基供電子取代基，反應活性提高，反應活性提高第19頁/共86頁第十九頁，編輯于星期日：十五點 四十分。二烯的雙鍵必須是二烯的雙鍵必須是s-順式構型才能參與順式構型才能參與Diels-Alder反應反應S-transS-cisS-transS-cis凡是有利于形成凡是有利于形成s-cis構型的因素都能提高構型的因素都能提高Diels-Alder反應的反應的活性活性空間效應對雙烯體的影響

9、第20頁/共86頁第二十頁，編輯于星期日：十五點 四十分。常見的雙烯體第21頁/共86頁第二十一頁，編輯于星期日：十五點 四十分。親雙烯體乙烯型乙烯型和和乙炔型乙炔型衍生物是常見的親雙烯體。衍生物是常見的親雙烯體。親雙烯體帶有吸電子取代基有利于提高反應活性親雙烯體帶有吸電子取代基有利于提高反應活性相對速率第22頁/共86頁第二十二頁，編輯于星期日：十五點 四十分。常見的親雙烯體第23頁/共86頁第二十三頁，編輯于星期日：十五點 四十分。逆Diels-Alder反應Diels-Alder反應式反應式可逆的可逆的，在合成上也有很重要，在合成上也有很重要的應用。的應用。第24頁/共86頁第二十四頁，

10、編輯于星期日：十五點 四十分。逆Diels-Alder反應第25頁/共86頁第二十五頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Diels-Alder反應在有機合成中的應用第26頁/共86頁第二十六頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Diels-Alder反應在有機合成中的應用第27頁/共86頁第二十七頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Diels-Alder反應在有機合成中的應用第28頁/共86頁第二十八頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Diels-Alder反應在有機合成中的應用第29頁/共86頁第二十九頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Diels-Alder反應在有機合成中的應用第30頁/共86頁第三

11、十頁，編輯于星期日：十五點 四十分。雜原子參與的雜原子參與的Diels-Alder反應反應NSO2PhRRORRRRNRORRRSO2PhRRNSO2PhRRRRORRendoBoat TS第31頁/共86頁第三十一頁，編輯于星期日：十五點 四十分。氮雜Diels-Alder反應常用的常用的Lewis酸：酸：第32頁/共86頁第三十二頁，編輯于星期日：十五點 四十分。氮雜Diels-Alder反應合成四氫喹啉第33頁/共86頁第三十三頁，編輯于星期日：十五點 四十分。電環(huán)化反應第34頁/共86頁第三十四頁，編輯于星期日：十五點 四十分。電環(huán)化反應的理論基礎第35頁/共86頁第三十五頁，編輯于星

12、期日：十五點 四十分。Woodward-Hoffmann 規(guī)則第36頁/共86頁第三十六頁，編輯于星期日：十五點 四十分。4n體系的分子軌道注意：HOMOLUMO基態(tài)：第37頁/共86頁第三十七頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Woodward-Hoffmann 規(guī)則規(guī)則: 4n電子體系電子體系加熱順旋加熱順旋、光照對旋光照對旋第38頁/共86頁第三十八頁，編輯于星期日：十五點 四十分。4n+2體系的分子軌道注意：基態(tài)：HOMOLUMO第39頁/共86頁第三十九頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Woodward-Hoffmann 規(guī)則規(guī)則: 4n+2電子體系電子體系加熱對旋加熱對旋、光照順旋光

13、照順旋第40頁/共86頁第四十頁，編輯于星期日：十五點 四十分。第41頁/共86頁第四十一頁，編輯于星期日：十五點 四十分。電環(huán)化反應在有機合成中的應用第42頁/共86頁第四十二頁，編輯于星期日：十五點 四十分。電環(huán)化反應在有機合成中的應用第43頁/共86頁第四十三頁，編輯于星期日：十五點 四十分。電環(huán)化反應在有機合成中的應用HHhvHHHH全順式全順式環(huán)癸五烯環(huán)癸五烯的電環(huán)化反應：的電環(huán)化反應：光照時生成光照時生成順順旋關環(huán)旋關環(huán)產(chǎn)物產(chǎn)物反反-9,10-二氫萘二氫萘加熱時生成加熱時生成對旋對旋關環(huán)關環(huán)產(chǎn)物產(chǎn)物順順-9,10-二氫萘二氫萘第44頁/共86頁第四十四頁，編輯于星期日：十五點 四十

14、分?？ㄙe對烯烴的加成第45頁/共86頁第四十五頁，編輯于星期日：十五點 四十分?？ㄙe的結構第46頁/共86頁第四十六頁，編輯于星期日：十五點 四十分。卡賓的產(chǎn)生第47頁/共86頁第四十七頁，編輯于星期日：十五點 四十分。卡賓對烯烴的加成反應第48頁/共86頁第四十八頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Simmon-Smith反應第49頁/共86頁第四十九頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Simmon-Smith反應第50頁/共86頁第五十頁，編輯于星期日：十五點 四十分。擴環(huán)反應在合成中的應用第51頁/共86頁第五十一頁，編輯于星期日：十五點 四十分?？ㄙe及類卡賓反應的應用第52頁/共86頁第五

15、十二頁，編輯于星期日：十五點 四十分。第三節(jié) 雜環(huán)化合物的合成第53頁/共86頁第五十三頁，編輯于星期日：十五點 四十分。含一個雜原子的雜環(huán)化合物第54頁/共86頁第五十四頁，編輯于星期日：十五點 四十分。含多個雜原子的雜環(huán)化合物第55頁/共86頁第五十五頁，編輯于星期日：十五點 四十分。一、含一個雜原子的五員雜環(huán)1 1、呋喃類的合成、呋喃類的合成A.A.1,4-1,4-二羰基化合物二羰基化合物為原料為原料脫水劑：脫水劑：硫酸、氯化鋅、乙酸酐硫酸、氯化鋅、乙酸酐或或五氧化二磷五氧化二磷第56頁/共86頁第五十六頁，編輯于星期日：十五點 四十分。合成實例第57頁/共86頁第五十七頁，編輯于星期日

16、：十五點 四十分。B.a a-鹵代羰基化合物為原料1 1，3-3-二羰基化合物二羰基化合物和和a a- -鹵代羰基化合物鹵代羰基化合物在在堿性條件堿性條件下作用下作用第58頁/共86頁第五十八頁，編輯于星期日：十五點 四十分。合成實例第59頁/共86頁第五十九頁，編輯于星期日：十五點 四十分。合成實例第60頁/共86頁第六十頁，編輯于星期日：十五點 四十分。2、吡咯類化合物的合成A.A.1 1，4-4-二羰基化合物二羰基化合物和和氨或伯胺氨或伯胺作用作用第61頁/共86頁第六十一頁，編輯于星期日：十五點 四十分。合成實例第62頁/共86頁第六十二頁，編輯于星期日：十五點 四十分。B. a a-

17、氨基酮和酮縮合a a- -氨基酮氨基酮與含有與含有活潑亞甲基的酮活潑亞甲基的酮進行縮合反應，得到吡咯類化進行縮合反應，得到吡咯類化合物。合物。第63頁/共86頁第六十三頁，編輯于星期日：十五點 四十分。吡咯合成實例分析第64頁/共86頁第六十四頁，編輯于星期日：十五點 四十分。吡咯合成實例分析第65頁/共86頁第六十五頁，編輯于星期日：十五點 四十分。3、吲哚類化合物的合成吲哚吲哚及其相關物，是雜環(huán)化學中非常重要的研究領域。吲哚及其相關物，是雜環(huán)化學中非常重要的研究領域。吲哚單元存在于很多單元存在于很多天然產(chǎn)物天然產(chǎn)物結構中，是具有眾多藥理活性的結構中，是具有眾多藥理活性的生物堿生物堿。植物生

18、長調節(jié)劑植物生長調節(jié)劑第66頁/共86頁第六十六頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Fischer合成法將將醛醛或或酮酮的的苯腙苯腙與與酸性催化劑酸性催化劑，如，如BF3, ,ZnCl2等加熱，可等加熱，可用來合成用來合成吲哚類吲哚類化合物化合物第67頁/共86頁第六十七頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Madelung合成法鄰酰胺基甲苯堿性鄰酰胺基甲苯堿性條件下，條件下，加熱環(huán)合加熱環(huán)合，可以制備吲哚衍生物，可以制備吲哚衍生物第68頁/共86頁第六十八頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Bischler合成法a a- -羥基羥基或或a a- -氯代酮氯代酮在在酸催化酸催化下，同下，同芳香胺芳香胺

19、反應得到吲哚反應得到吲哚第69頁/共86頁第六十九頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Reissert合成法鄰硝基甲苯鄰硝基甲苯在堿存在下，同草酸二乙酯縮合得鄰硝基在堿存在下，同草酸二乙酯縮合得鄰硝基a a- -酮酸酮酸酯。將硝基還原，同時發(fā)生環(huán)化得吲哚衍生物。酯。將硝基還原，同時發(fā)生環(huán)化得吲哚衍生物。第70頁/共86頁第七十頁，編輯于星期日：十五點 四十分。應用實例NOMeEtZnCl2150oCNEtMe80%NHNEtAcOH90oCNHEtNH2+PhOPhBrH+NHPhPh90%80%第71頁/共86頁第七十一頁，編輯于星期日：十五點 四十分。應用實例NO2CH3OCH3CO2EtC

20、O2Et+EtOKNO2OCH3CO2EtO1.KOH2.H+NO2OCH3COOHOFeSO4/NH3(l)100oCNH2OCH3COOHO-H2ONHOCH3COOH-CO2230oCNHOCH3第72頁/共86頁第七十二頁，編輯于星期日：十五點 四十分。二、含一個雜原子的六員雜環(huán)1.1.吡啶吡啶及其衍生物的合成及其衍生物的合成尼古丁尼古丁吡哆醇（維生素吡哆醇（維生素B6）第73頁/共86頁第七十三頁，編輯于星期日：十五點 四十分。吡啶及其衍生物的合成策略路線路線A路線路線B第74頁/共86頁第七十四頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Hantzsch合成法（路線A）b b- -酮酸酯酮酸

21、酯或其他活潑亞甲基化合物在或其他活潑亞甲基化合物在氨氨存在下，同存在下，同醛醛縮合縮合羥醛縮合羥醛縮合邁克爾加成邁克爾加成第75頁/共86頁第七十五頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Hantzsch合成法第76頁/共86頁第七十六頁，編輯于星期日：十五點 四十分。Hantzsch合成法第77頁/共86頁第七十七頁，編輯于星期日：十五點 四十分。吡啶及其衍生物的合成羥胺羥胺與與1,5-1,5-二羰基化合物二羰基化合物反應可得吡啶衍生物反應可得吡啶衍生物第78頁/共86頁第七十八頁，編輯于星期日：十五點 四十分。吡啶及其衍生物的合成乙酰丙酮乙酰丙酮和和醋酸銨醋酸銨的反應（路線的反應（路線B）第79頁/共86頁第七十九頁，編輯于星期日：十五點 四十分。2、喹啉類化合物的合成奎寧奎寧氯喹氯喹第80頁/共86頁第八十頁，編輯于星期日：十五點