有機反應成環(huán)反應

有機反應成環(huán)反應第1頁/共153頁第2頁/共153頁單邊環(huán)化：1.陰離子環(huán)化

最常用的成環(huán)的方法：分子內的親核反應：

取代；縮合2．陽離子環(huán)化：分子內的親電反應。3．自由基的環(huán)化：酯偶聯(lián)反應4．有機金屬化合物催化的環(huán)化反應

第3頁/共153頁(1)鈀催化的環(huán)化反應

過渡金屬催化的環(huán)化反應是一類應用前景廣闊的環(huán)化反應，鈀、鋯、鈷、銠、釘、銀、汞等過渡金屬配合物均可催化這類環(huán)化。因為許多分子間反應可發(fā)展成為分子內反應，從而用于環(huán)的合成。最常見的反應是鈀催化的分子內Heck反應

第4頁/共153頁第5頁/共153頁分子內Stille反應

第6頁/共153頁分子內Suzuki反應

第7頁/共153頁有機鈀化合物也可催化烯炔、二炔和聯(lián)烯的環(huán)化反應

第8頁/共153頁（2）烯烴的復分解反應烯烴的復分解反應（olefinmetatheses）是近年發(fā)展起來的一種獨特的碳骨架中C＝C雙鍵在金屬卡賓配合物催化下重新排布的反應，現已成為形成C雙鍵的有力工具，是近年來最成功的一個新反應。該反應在制備航天飛機上獲得廣泛應用，其優(yōu)點是副產物是揮發(fā)性的烯烴，如乙烯

第9頁/共153頁反應類型:烯烴復分解反應包括：

開環(huán)復分解聚合(ROMP，用于合成聚合物)；第10頁/共153頁

閉環(huán)復分解反應(RCM，用于成環(huán))；

第11頁/共153頁開環(huán)復分解反應(ROM，用于合成鏈狀烯烴)

第12頁/共153頁交叉復分解反應(用于合成鏈狀烯烴

第13頁/共153頁前三種反應容易進行，后一種變化的關鍵是避免兩種原料烯烴的自身解反應。最近的發(fā)展已使之可以選擇性地進行，成為有合成價值的反應。

第14頁/共153頁所用的催化劑有Ru，Mo等

第15頁/共153頁第16頁/共153頁第17頁/共153頁第18頁/共153頁二、單邊、雙邊環(huán)化與環(huán)加成反應

1．三元環(huán)衍生物（1）1，3－消去反應g-鹵代酮，g-鹵代酸酯，g-鹵代腈，g-鹵代硫醚，g-鹵代砜這些含活潑氫化合物進行g-消去

第19頁/共153頁g-鹵代酮第20頁/共153頁除蟲菊酯的制備：

第21頁/共153頁（2）[1+2]環(huán)加成卡賓與烯鍵的加成卡賓：鹵仿/堿(HCX3

或H2CX2/B:),重氮化合物/銠或銅催化劑（R1R2C＝N2/cat.）二碘甲烷/鋅銅齊（CH2I2/Zn—Cu）。

第22頁/共153頁第23頁/共153頁鹵仿/堿

HCX3

第24頁/共153頁重氮化合物/銠或銅催化劑

第25頁/共153頁二碘甲烷/鋅銅齊

第26頁/共153頁2.四元環(huán)衍生物前面學過用丙二酸與1，3－二溴丙烷制備環(huán)丁烷衍生物。

第27頁/共153頁I．[2＋2]環(huán)加成（1）烯烴與烯烴（2）烯烴與累積二烯（烯酮CH2＝CH2＋R2C＝C＝O；異腈酸酯（RN＝C=O）反應條件：光照

第28頁/共153頁產物混和，丙烯腈容易聚合

第29頁/共153頁與烯酮環(huán)加成得到環(huán)丁酮，反應可在加熱的條件下進行，碳碳雙鍵受到酮基的活化。

第30頁/共153頁II.電環(huán)化加熱：順旋允許光照：對旋允許

第31頁/共153頁III.二酯用Na核非質子溶劑的成環(huán)，可用于四元環(huán)

第32頁/共153頁5．五元環(huán)衍生物（1）雙官能團化合物縮合

第33頁/共153頁茚二酮的制備

第34頁/共153頁（2）四元環(huán)擴環(huán)通過重氮鹽的重排第35頁/共153頁（3）Heck反應制備五元環(huán)

第36頁/共153頁（4）Sakurai反應的副反應烯丙基三甲基硅烷可以作為1，3－偶極化合物與烯烴進行[2+3]偶極成環(huán)反應第37頁/共153頁這一反應是從Sakurai反應(烯丙基共軛加成)分離到“2+3”環(huán)加成副產物的基礎上發(fā)展起來的。烯丙基三甲基硅烷對a,b—不飽和酮的加成首先形成硅穩(wěn)定化的陽正離子中間體，此時，若氯離子進攻硅原子，將導向正常的Sakurai反應產物；而當使用位阻大的硅烷取代基時，可以減緩氯離子的進攻速度，而有利于烯醇負離子以5—exo—tet環(huán)化方式進攻硅鎓，形成環(huán)化產物。

第38頁/共153頁第39頁/共153頁第40頁/共153頁4．六元環(huán)衍生物環(huán)己烯(烯鍵的共軛位沒有羰基)：常用Diels-Alder反應a,b-不飽和的環(huán)己烯酮：常用Robinson環(huán)化反應第41頁/共153頁(1)D-A反應（[4+2]環(huán)加成反應雙烯體：含有供電子基有利親雙烯體：含有吸電子基有利反之也可

第42頁/共153頁第43頁/共153頁反電子需求的D－A反應

第44頁/共153頁維生素D3A環(huán)的不對稱合成

第45頁/共153頁內型為主

第46頁/共153頁條件與結果：a.反應需要加熱b.順式加成c.橋環(huán)化合物以內型為主d.優(yōu)先形成“鄰、對為產物”

第47頁/共153頁區(qū)域選擇性

具有取代基的反應物，在二烯加成中有兩種可能的定向。1-取代的二烯與1-取代的親二烯體可以生成鄰和間位加合物，同樣的1-取代親二烯體與2-取代的二烯能夠產生間和對位加合物。實際上，1-取代二烯優(yōu)先生成鄰位加合物，而2-取代衍生物則有利于對位加合物的生成。第48頁/共153頁.優(yōu)先形成“鄰、對為產物”第49頁/共153頁二烯合成的過渡態(tài)是一個π電子體系，類似于苯。在鄰位和對位的取代基比其在間位時共軛效應更好，故在加合物中，1-取代二烯所生成的加合物，雖然可以生成鄰位和間位兩種異構體，但在鄰位加合物的過渡態(tài)中，由于共軛效應的影響而優(yōu)生生成（2-取代二烯與此相似）

第50頁/共153頁橋環(huán)化合物以內型為主

第51頁/共153頁S-順式

S-反式

第52頁/共153頁雖然S-反式構象比S-順式穩(wěn)定，但在進行反應時，S-反式需轉變成S-順式才能進行反應。如果S-順式不能形成，則反應不能進行。這就說明了為什么下列二烯（I）和（II）在D-A反應中不能作為二烯進行反應，而（III）則可進行反應。

（I）

（II）

（III）第53頁/共153頁對于D-A反應，順式環(huán)狀二烯比鏈狀快。因為鏈狀二烯在進行反應時，需要把一般比較穩(wěn)定的反式構象通過兩個雙鍵之間的單鍵旋轉才能得到所需要的順式構象，這種旋轉需要一定的能量（盡管所需要的能量較少）。環(huán)戊二烯很活潑，通過D-A反應能自身二聚成三環(huán)化合物：---此反應有時被用來由二聚體加熱獲得環(huán)戊二烯。對于鏈狀二烯，這種情況較難發(fā)生。

第54頁/共153頁常見的具有代表性二烯化合物有：鏈狀二烯及其衍生物，如丁二烯及其衍生物；環(huán)內二烯和某些環(huán)外二烯及其衍生物，如環(huán)戊二烯和1-乙烯基環(huán)已烯等；稠環(huán)芳烴，如蒽等。

親二烯體的活性

親二烯體的活性依賴于反應的電子要求。在親二烯體中，有吸電基時，使反應加速進行。例如，四氰基乙烯作為親二烯體比環(huán)戊二烯要快4.6×108倍。親二烯體中最活潑的是：苯醌、順丁烯二酸酐、硝基取代的烯烴、α、β-不飽和酯（酮和腈）。但是，當二烯體本身缺乏電子時，則親二烯體中有供電基反而對加成有利。例如，六氯環(huán)戊二烯與苯乙烯的加成，當苯乙烯分子中有供電基時，加速反應的進行。最常見的親二烯體有烯烴衍生物和炔烴衍生物等。

第55頁/共153頁立體化學

D-A反應具有高度的立體選擇性。二烯體和親二烯體的立體化學特征被保留在加合物的結構中。

順式加成規(guī)則：在D-A反應中，兩個反應物取代基的定向被保留在生成的加合物中。即親二烯體是反式二取代乙烯的衍生物時，在加合物中，兩個取代基仍處于反式；如果在親二烯體中兩個取代基處于順式，則在加合物中它們仍以順式存在。第56頁/共153頁環(huán)戊二烯與互為異構體的順丁烯二酸酯和反丁烯二酸酯進行反應，則分別生成順和反式加合物：第57頁/共153頁順式加成

第58頁/共153頁內向加成（endoaddition）規(guī)則：在D-A反應中，當二烯是環(huán)狀共軛二烯如環(huán)戊二烯時，將生成剛性的二環(huán)化合物。如果親二烯體是取代的乙烯，可能生成兩種構型異構體。當加合物中的取代基與最短的二環(huán)橋（在這里是亞甲基）處于分子的相反兩側時，這類化合物稱為具有內向構型(endoconfiguration)。如果最短的橋和取代基在分子的同側，稱為外向構型（exocofiguration）。雖然外向構型通常是更穩(wěn)定的異構體，但D-A反應的加合物一般是內向構型。例如：

第59頁/共153頁

內向76%

外向24%內向（主要產物）

外向24%第60頁/共153頁內向產物優(yōu)先的原因，認為是二烯體和親二烯體的π軌道之間相互作用的結果。在過渡態(tài)中一個π軌道完全處于另一個π軌道之上，故導致內向產物。這種定向內向比外向立體異構體需要略低的活化能。因而生成的速度較大。（次級軌道效應）第61頁/共153頁第62頁/共153頁由于外向產生是熱力學上更穩(wěn)定的異構體，在某些時候它能夠生成，甚至是唯一產物，這將依賴于反應條件，在此條件下加成物在動力學上將是可逆的。例如呋喃與順丁烯二酰亞胺的反應：第63頁/共153頁在25℃，穩(wěn)定性差的內向異構體很快生成，并且占優(yōu)勢，此時反應是不可逆的；在90℃，產物和反應物之間很快建立平衡，更穩(wěn)定的外向產物雖然生成較慢，但可逐漸積累。由引可以看出，反應溫度低時，反應產物取決于反應速度，容易生成內向構型的加合物。

第64頁/共153頁(2)Robinson增環(huán)反應(3)Heck反應第65頁/共153頁三、雜環(huán)化合物的合成1．五元雜環(huán)化合物（1）含一個雜原子的化合物的制備第66頁/共153頁第67頁/共153頁第68頁/共153頁第69頁/共153頁

（一）雜環(huán)化合物的分類和命名

分類命名：單雜環(huán)化合物：五元雜環(huán)含一個雜原子

含兩個雜原子

六元雜環(huán)含一個雜原子

含兩個雜原子稠雜環(huán)化合物雜環(huán)與苯環(huán)稠合

兩個雜環(huán)稠合

兩個苯環(huán)與一個雜環(huán)稠合

第70頁/共153頁糧食發(fā)酵

第71頁/共153頁第72頁/共153頁Paal-Knorr反應

第73頁/共153頁b.吡咯Knorr反應

R1＝H、烷基、芳基

第74頁/共153頁Hantzsch反應

第75頁/共153頁第76頁/共153頁第77頁/共153頁Hantzschsynthesis1,2,3,5-tetrasubstitutedpyrrole(主)第78頁/共153頁1，3－偶極環(huán)加成[2＋3]第79頁/共153頁c.[1+4]型第80頁/共153頁d.呋喃、吡咯、噻吩相互轉化

第81頁/共153頁（2）化學反應活性

第82頁/共153頁親電反應活性：芳香性：第83頁/共153頁親電反應二取代位置：

第84頁/共153頁僅有呋喃容易發(fā)生D－A反應。

第85頁/共153頁糠醛可以進行CANNIZZAROreactionPERKINreactionKNOEVENAGELcondensationacyloincondensation保護醇，THP－

第86頁/共153頁吡咯具有弱酸性堿性:

第87頁/共153頁吡咯鉀鹽可以制備很多N取代的化合物

:親核取代第88頁/共153頁（3）相關的天然產物

a..呋喃的衍生物

糠醛糠酸甘薯根黑斑菌感染分泌物，自身產生的抗毒素第89頁/共153頁主要是四氫呋喃的衍生物呋喃糖，果糖a-（－）呋喃果糖

第90頁/共153頁多醚抗生素：monensin莫能菌素，17個不對稱中心。第91頁/共153頁b.噻吩類化合物煤焦油中含噻吩：與苯混和，可用濃H2SO4在室溫下除去。三噻嗯，殺線蟲活性第92頁/共153頁香料，噻吩二硫醚第93頁/共153頁聚噻吩，強度超過鋁的導電聚合物石高全，薛奇：1995年2月science第94頁/共153頁c.吡咯類化合物

吡咯本身是于1858年第一次從骨焦油中分餾出來的．吡咯的各種形式的衍生物廣泛地存在于整個自然界．在生物體的發(fā)育、生長、能量貯存和轉換、生物之間的各種信息傳遞和自身防御，乃至死亡腐爛等各個過程的化學作用物質中，幾乎無不有吡咯衍生物參與．吡咯衍生物，是生命過程的一個重要要素．

第95頁/共153頁單吡咯環(huán)化合物

在自然界和生物體中發(fā)現的活性單吡咯環(huán)化合物，幾乎涉及到各種類型的取代吡咯，如烷基取代吡咯、鹵代吡咯、吡咯醛、酮、吡咯羧酸及其酯，以及羥甲基、羥乙基吡咯等．這些化合物般都是比較小的分子，但卻具有很強的生物活性或自特殊用途，如有特殊的藥效或可作為香料等等。第96頁/共153頁(1)卟吩膽色素原(porphobilinogen)是迄今為止人們所知道的最重要的天然存在的單吡咯化合物在生物體中，通過各種專門酶的作用，卟吩膽色素原能轉變成為卟啉、葉綠素、維生素B12等。金屬配合物Fe,Co,Mg等。

第97頁/共153頁卟啉類porphyrin第98頁/共153頁Pyrrolnitrin：硝吡咯菌素，抗生素第99頁/共153頁食品香料：第100頁/共153頁昆蟲激素：追蹤激素第101頁/共153頁氫化吡咯，吡咯烷類化合物氨基酸：脯氨酸南瓜籽氨酸，抗血吸蟲第102頁/共153頁2．苯并五元雜環(huán)indole（1）吲哚的合成：第103頁/共153頁Fischersynthesis醛與酮的腙在酸性催化劑（PPA、三氟化硼，氯化鋅等）的影響下，縮合，重排得到吲哚。

第104頁/共153頁（2）吲哚的化學性質：與吡咯類似，親電取代主要發(fā)生在b-位第105頁/共153頁（3）天然產物：b-吲哚乙酸色氨酸：5－羥基色胺第106頁/共153頁利血平長春堿第107頁/共153頁3．含兩個雜原子的五元雜環(huán)化合物（1）咪唑imidazole制備：

第108頁/共153頁第109頁/共153頁性質：弱堿性和弱酸性

天然產物：Histidine組氨酸

Histamine組胺

第110頁/共153頁多菌靈：抗植物真菌第111頁/共153頁?；噭?acylatingagents第112頁/共153頁（2）吡唑Pyrazole

制備：第113頁/共153頁衍生物：銳勁特：殺蟲劑酸性，堿性第114頁/共153頁噻唑thiazole：合成：HANTZSCHsynthesis

第115頁/共153頁天然產物：維生素B1第116頁/共153頁氫化噻唑：

Penam

第117頁/共153頁4．含三個雜原子的五元雜環(huán)化合物Cu緩蝕劑Bt－在合成中應用，與活潑的亞甲基連接，使其活性增加。

第118頁/共153頁（二）六元雜環(huán)化合物1．吡啶Pyridine（1）反應活性：親電取代主要發(fā)生在b－位

第119頁/共153頁反應條件比較強烈，親電取代反應較難，不發(fā)生F－C烷基、酰基反應。

第120頁/共153頁對氧化劑穩(wěn)定，支鏈可氧化。第121頁/共153頁親核取代在a-位第122頁/共153頁（2）制備縮合：

第123頁/共153頁Hantzsch反應第124頁/共153頁（3）天然產物：nicotine煙堿R＝CH3，煙堿R＝Hnornicotine降煙堿植物殺蟲劑

煙酰胺煙酸

維生素B6

第125頁/共153頁2．苯并吡啶喹啉Quinoline反應活性親電反應

主要發(fā)生在苯環(huán)上，5，8位第126頁/共153頁43％

47％

第127頁/共153頁第128頁/共153頁親核反應主要發(fā)生在吡啶環(huán)上第129頁/共153頁喹啉的制備：Skraup合成法

R1＝R2＝H，等

第130頁/共153頁取代甲基喹啉第131頁/共153頁天然產物cinchonabark金雞納樹皮quinine奎寧

金雞納堿弱金雞納堿第132頁/共153頁喜樹堿Camptothecin

第133頁/共153頁

R.F.Heck,J.P.Nolley,Jr.,J.Org.Chem.

37,2320(1972).烯烴與鹵代烴的偶聯(lián)：第134頁/共153頁合成雜環(huán)方法：Feist-BénarySynthesisF.Feis