DA反應的綜述

Diels-Alder反應的綜述摘要：自從1928年Diels和Alder報道環(huán)戊二烯與順丁烯二酸酐的環(huán)加成反應后，Diels-Alder反應幾十年來一直吸引著有機化學家們的廣泛興趣。這個反應為合成六元環(huán)化合物提供了一條簡單的途徑。不僅產率高，而且反應的立體專一性和定位選擇性強，成為有機合成中一個十分重要的反應。本文對Diels-Alder反應的發(fā)現(xiàn)背景、相關機理及應用價值作一總結，使人們更好地了解Diels-Alder反應。關鍵詞：Diels-Alder反應 背景 機理 催化劑1. 發(fā)現(xiàn)背景：Diels-Alder（譯作狄爾斯-阿德爾）反應，又名雙烯加成，由共軛雙烯與烯烴或炔烴反應生成六元環(huán)的反應，是有機化學合成反應中非常重要的碳碳鍵形成的手段之一，也是現(xiàn)代有機合成里常用的反應之一。反應有豐富的立體化學呈現(xiàn)，兼有立體選擇性、立體專一性和區(qū)域選擇性等。狄爾斯阿爾德反應是1928 年由德國化學家奧托迪爾斯（OttoPaulHermann Diels） 和他的學生庫爾特阿爾德（Kurt Alder）發(fā)現(xiàn)的，他們因此獲得1950年的諾貝爾化學獎。最早的關于狄爾斯-阿爾德反應的研究可以上溯到1892年。齊克（Zinke）發(fā)現(xiàn)并提出了狄爾斯-阿爾德反應產物四氯環(huán)戊二烯酮二聚體的結構；稍后列別捷夫（Lebedev）指出了乙烯基環(huán)己烯是丁二烯二聚體的轉化關系。但這兩人都沒有認識到這些事實背后更深層次的東西。1906年德國慕尼黑大學研究生阿爾布萊希特（Albrecht）按導師惕勒（Thiele）的要求做環(huán)戊二烯與酮類在堿催化下縮合，合成一種染料的實驗。當時他們試圖用苯醌替代其他酮做實驗，但是苯醌在堿性條件下很容易分解。實驗沒有成功。阿爾布萊希特發(fā)現(xiàn)不加堿反應也能進行，但是得到了一個沒有顏色的化合物。阿爾布萊希特提了一個錯誤的結構解釋實驗結果。1920年德國人馮歐拉（von Euler）和學生約瑟夫（Joseph）研究異戊二烯與苯醌反應產物的結構。他們正確地提出了狄爾斯-阿爾德產物結構，也提出了反應可能經歷的機理。事實上他們離狄爾斯-阿爾德反應的發(fā)現(xiàn)已經非常近了。但馮歐拉并沒有深入研究下去，因為他的主業(yè)是生物化學（后因研究發(fā)酵而獲諾貝爾獎），對狄爾斯-阿爾德反應的研究純屬娛樂消遣性質的，所以狄爾斯-阿德爾反應再次沉沒下去。1921年，狄爾斯和其研究生巴克（Back）研究偶氮二羧酸乙酯與胺發(fā)生的酯變胺的反應，當他們用2-萘胺做反應的時候，根據元素分析，得到的產物是一個加成物而不是期待的取代物。狄爾斯很自然地仿造阿爾布萊希特用環(huán)戊二烯替代萘胺與偶氮二羧酸乙酯作用，結果又得到第三種加成物。通過計量加氫實驗，狄爾斯發(fā)現(xiàn)加成物中只含有一個雙鍵。如果產物的結構是如阿爾布萊希特提出的，那么勢必要有兩個雙鍵才對。直到1928年，狄爾斯與另一個學生阿爾德（Alder）在1,3-丁二烯和順丁烯二酸酐的研究中，發(fā)現(xiàn)共軛雙烯與含有雙鍵或三鍵化合物相互作用時，生成六元環(huán)狀化合物，提供了正確的雙烯加成物的結構，并將其發(fā)表，這標志著Diels-Alder反應的正式發(fā)現(xiàn)。2. 相關機理：2.1 反應機理Diels-Alder 反應：含有一個活潑的雙鍵或叁鍵的化合物(親雙烯體)與共軛二烯類化合物(雙烯體)發(fā)生1,4-加成，生成六元環(huán)狀化合物：這個反應極易進行并且反應速度快，應用范圍極廣泛，是合成環(huán)狀化合物的一個非常重要的方法。帶有吸電子取代基的親雙烯體和帶有給電子取代基的雙烯體對反應有利。常用的親雙烯體有：下列基團也能作為親雙烯體發(fā)生反應：常用的雙烯體有：這是一個協(xié)同反應，反應時，雙烯體和親雙烯體彼此靠近，互相作用，形成一個環(huán)狀過渡態(tài)，然后逐漸轉化為產物分子：反應是按順式加成方式進行的，反應物原來的構型關系仍保留在環(huán)加成產物中。例如：正常的Diels-Alder反應主要是由雙烯體的HOMO(最高已占軌道)與親雙烯體的LUMO(最低未占軌道)發(fā)生作用。反應過程中，電子從雙烯體的HOMO“流入”親雙烯體的LUMO。也有由雙烯體的LUMO與親雙烯體的HOMO作用發(fā)生反應的。反應實例：本反應具有很強的區(qū)域選擇性，當雙烯體與親雙烯體上均有取代基時，主要生成兩個取代基處于鄰位或對位的產物：當雙烯體上有給電子取代基、親雙烯體上有不飽和基團如：2.2 催化劑參與反應的機理在藥物、天然化合物、萜類化合物的合成中Diels-Alder反應得到了廣泛應用，對于Diels-Alder反應中催化劑的應用研究也十分深入，主要使用的催化劑多為路易斯酸和布魯斯酸，比如，金屬氯化物，碘化物，三氟甲磺酸鹽，烷基金屬化合物，BH，三氟化硼的乙醚溶液，二氟化芳基硼等。Ilshilna Y，Sait N等1991年在異戊二烯和順丁烯二酸酐的反應中應用AlCl作為催化劑在超臨界CO：的環(huán)境中，用FT瓜進行了C=C，C=O的振動趨勢追蹤研究，對產物NMR測量顯示，只有產物P生成，提出在超臨界CO：介質中通過數(shù)據顯示，機理可能分為如下兩步，其中超臨界CO：的存在對反應也有一定的影響，但并沒有提出確定的結論。自2000年以來，在Diels-Alder反應中催化劑嗯唑硼烷廣泛應用于合成倍半萜類化合物和大分子的藥物中間體中。這種手性催化劑對產物的立體結構和區(qū)位活性點起著選擇性的作用，在手性硼烷的催化作用下，一系列，不飽和羰基化合物(不飽和的醛，酮，酯，醌，羧酸)與1，3-丁二烯，或戊二烯反應生成環(huán)己烯類化合物，得到的對映體產率量大于90。2.3 Diels-Alder反應有如下規(guī)律：（1）區(qū)域選擇性：反應產物往往以“假鄰對位”產物為主。即若把六元環(huán)阿爾德反應產物比作苯環(huán)，那么環(huán)上官能團（假設有兩個官能團）之間的相互位置以鄰位，或者對位為主。（2）立體選擇性：反應產物以“內型”為主，即反應主產物是經過“內型”過渡態(tài)得到的。（3）立體專一性：加熱條件下反應產物以“順旋”產物為唯一產物；光照條件下以“對旋”產物為唯一產物。3.小結與展望科學工作者研究了催化劑、水溶劑、離子溶劑、超臨界CO：溶劑Diels-Alderr反應的影響，并在反應速率、立體結構和區(qū)位選擇性等方面開展了大量研究。我們對反應機理有了初步的認識，但是限于化學模擬本身的局限性，具體反應環(huán)境的影響，我們仍需要對Diels-Alder反應的理論研究建立新的模型，采用新的方法，進行深入探討。實驗中對傳統(tǒng)有機溶劑的應用較多，但是綠色化學是學科發(fā)展的必然趨勢，目前研究已經表明綠色的溶劑水、離子液體、超臨界CO：等的恰當選擇，不僅能使反應速率大大提高并且在立體選擇性上具有很大的優(yōu)勢，能定向生成預期產物?？梢灶A期，在今后的綠色合成、定位合成藥物中間體、天然半萜類化合物以及在巨環(huán)分子化合物的合成中，Diels-Alder反應將會因其高產率、過程簡單脫穎而出，發(fā)揮巨大的優(yōu)勢，體現(xiàn)它的價值。參考文獻：【1】胡維宏.有機化學：上冊.4版.北京：高等教育出版社.【2】林夢海量子化學簡明教程北京：化學工業(yè)出版社，2005【3】邢其毅基礎有機化學：上冊2版北京：高等教育出版社，1993. 【4】王碩文;汪清民;黃潤秋亞胺雜Diels-Alder反應的催化劑期刊論文-有機化學 2003(10).【5】陳鴻章;王文峰;李俊篯Diels-Alder反應軌道作用情況研究期刊論文-化學學報 2007(22).【6】 姚煥英.YAO Huan-ying Diels-