偶极环加成反应的反应性及其应用

手性Lewis酸催化硝酮与烯烃的1_3_偶极环加成反应

2005年第25卷有机化学V ol. 25, 2005 第1期, 1～7 Chinese Journal of Organic Chemistry No. 1, 1～7 图1硝酮与烯烃的1,3-偶极环加成反应 Figure 1 1,3-Dipolar cycloadditions between nitrones and al- kenes * E-mail: xfstone81@https://www.wendangku.net/doc/e96097282.html, Received December 29, 2003; revised and accepted May 13, 2004. 天津市自然科学重点基金(No. 033802011)资助项目.

2 有 机 化 学 V ol. 25, 2005 所取得进展. 1 硝酮与缺电子烯烃的1,3-偶极环加成反应 在硝酮与缺电子烯烃的1,3-偶极环加成反应的研究中, 常用的亲偶极体为3-(3-取代丙烯酰)-噁唑烷-2-酮(1 ). Kobayashi 等[10]选用手性Yb(III)催化剂5, 进行烯酮1与硝酮2的1,3-偶极环加成反应(反应式1), 得到光学纯度高的异噁唑烷衍生物. Yb(OTf)3, (S )-1,1'-联二(2-萘酚)[(S )-BINOL]和三乙胺(Et 3N)络合形成手性Yb(III)催化剂5a , 催化N -苄基-N -苯亚甲基氧化胺(2, R 2 ＝Ph, R 3＝Bn)和3-(2-丁烯酰)-1,3-噁唑烷2-酮(1, R 1＝CH 3)的1,3-偶极环加成反应, 收率为65%, 有高的非对映选择性(endo /exo ＝99/1), 且反应对映选择性适中(63% ee ). 然而, 手性胺的应用明显地影响了反应的立体选择性. 手性配体中含有手性胺的新型Yb(III)催化剂5d ～5g , 包含了两个独立的手性结构, 因此称为异手性的Yb(III)催化剂. 1,3-偶极环加成反应中的手性环境不仅受(S )-BINOL 的影响, 同时也受到了手性胺的影响. 其中, 5f 的催化性能最好, 同时具有高的非对映选择性和对映选择性, 且产物的收率很高(80%～90%), 主产物(endo -3)的光学纯度几乎都在80%以上, 最高可达 96%. Furukawa 等[11]从多种手性膦配体6～11与Pd(II), Ru(II)的络合物中筛选出对反应(1)有较高对映选择性的(S )-TolBINAP-Pd(II)腈络合物12作为手性Lewis 酸催化 剂催化硝酮2与缺电子烯烃1的1,3-偶极环加成反应, 取得了理想的效果. 其中, 12催化N -甲基-N -苯亚甲基氧化胺、N -苄基-N -苯亚甲基氧化胺和3-(2-丁烯酰)-1,3-噁唑烷2-酮的反应, 产物的收率达到90%左右, 而非对映异构体的光学纯度最高可达 93%. Faita 等[12]利用二噁唑啉化合物(R )-13和Mg(Cl- O 4)2, Mg(OTf)2, Zn(ClO 4)2的络合物催化二苯基硝酮(2, R 2＝R 3＝Ph)与丙烯酰噁唑烷酮(1, R 1＝H)的1,3-偶极环加成反应. 其中, Mg(ClO 4)2, Mg(OTf)2与(R )-13络合的催化剂明显地提高了反应的对映选择性(可达到80%～86% ee ). 但是, Zn(ClO 4)2与(R )-13的络合物的催化效果不佳 . Ohta 等[13]合成了由BINOL (14)衍生的一系列手性配体BINOL-Box (14a ～14f ), 并使之与镧系元素的三氟甲基磺酸盐(Sc(OTf)3, Y(OTf)3, La(OTf)3, Pr(OTf)3, Yb(OTf)3以及Lu(OTf)3)络合形成手性Lewis 酸催化剂催化N -苄基-N -苯亚甲基氧化胺(2, R 2＝Ph, R 3＝Bn)与3-(E -2-丁烯酰)-1,3-噁唑烷-2-酮(1, R 1＝CH 3)的1,3-偶极环加成反应. Sc(OTf)3与(S ,R )-14d 的络合物为催化剂, 反应的对映选择性为83% ee . 而其它镧系Lewis 酸与(S ,R )-14d 的络合物对反应无明显的对映选择性. Sc(OTf)3与14a ～14f 的络合物中, (S ,R )-14d -Sc(OTf)3催化性能最为理想, 反应收率为86%, 高的非对映选择性 (endo /exo ＝92/8), 主产物(endo )的光学纯度为83%. Kanemasa 等[14]利用手性配体2,2'-二噁唑啉二苯并呋喃(DBFOX)与Ni(ClO 4)2?6H 2O 的含水络合物15, 催化3-(E -2-丁烯酰)-1,3-噁唑烷-2-酮(1, R 1＝CH 3)与硝酮2的1,3-偶极环加成反应. 反应收率可达100%, 内型产

[4 2]环加成反应论文：环加成反应 Diels-Alder反应 不对称有机小分子催化 四氢吲哚

[4 2]环加成反应论文：有机小分子催化的不对称“4+2”环加成反应构筑四氢吲哚类化合物的研究 【中文摘要】第一章环加成反应在有机合成领域有很广泛的用途,是一类重要的构筑碳-碳键的方法,尤其是在构筑六元环方面表现出 其独特的优势。自从Diels-Alder反应发现至今,各种类型的环加成反应相继被发现：包括分子内的环加成反应,杂Diels-Alder反应, 高压促进的Diels-Alder反应,Lewis酸催化的Diels-Alder反应,以及近年来有机小分子催化的Diels-Alder反应等。本文综述了近年来环加成反应的研究进展,特别是有机小分子催化的不对称环加成反应的研究情况。第二章鉴于有机小分子催化在有机合成中的重要作用,发展了一种简单手性二级胺催化的环加成反应,简洁高效地实现了多取代手性四氢吲哚化合物的合成。乙烯基吡咯与不饱和醛在三甲基硅基保护的L-脯氨醇催化下以中等产率,较高对映选择性得到了系列多取代手性四氢吲哚,为这类化合物的合成提供了一条新的简洁的途径。 【英文摘要】The [4+2] cycloaddition reaction is a powerful strategy for the formation of carbon-carbon bonds in organic synthesis, which allows facile, stereospecific entry into six-membered ring systems. Many different versions of the Diels-Alder reaction were elaborated, including intramolecular [4+2]cycloadditions, hetero Diels-Alder

1,3-偶极环加成

1,3-偶极环加成 分子中含有或偶极结构的分子，称为1,3-偶极分子。这类分子都能与烯烃衍生物发生环加成反应。常见的1,3-偶极分子如下： 1,3-偶极分子与烯烃或其它不饱和化合物发生环加成反应，生成含五员环的杂环化合物： 1,3-偶极分子基本上是三原子体系，其分子轨道与烯丙基负离子型结构相似，π体系中含有4个电子，存在一个离域的4π电子体系。 1,3-偶极化合物可以用偶极共振的极限式来进行描述，下表列出了臭氧，重氮甲烷和叠氮化合物的偶极共振极限式。 名称分子式电子结构偶极共振的极限式 臭氧 重氮甲烷 叠氮化物

从表中可以看出，1,3-偶极化合物具有一个三原子四电子的π体系，它与烯丙基负离子具有类似的分子轨道，它的HOMO 的对称性和普通的双烯相同，因此1,3-偶极环加成反应和Diels-Alder 反应十分类似。如果用前线轨道理论来处理1,3-偶极环加成反应，基态时它具有以下的过渡态，是分子轨道对称守恒原理所允许的。 1,3-偶极环加成的过渡状态(点击图片将有动画表示） 1,3-偶极体 1,3-偶极体的种类很多，例如下面这些都是1,3-偶极环加成反应中常用的化合物。 腈叶立德腈亚铵 氧化腈甲亚铵叶立德 甲亚铵亚铵氧化甲亚铵 羰基叶立德 亲偶极体也可以是多种含碳、氮、氧、硫的重键化合物，如： 烯烃亚硝基化合物 炔烃二硫化碳 醛 因此1,3-偶极环加成反应提供了一些极有价值的五元杂环的新合成法。 悉尼酮是首次在悉尼（Sydney）发现的，因此得名。它是一个偶极分子，具有以下结构，代表一类化合物：

不过这个偶极成为环的一部分。它也可以和亲1,3-偶极分子发生加成作用，例如和苯乙烯加成，然后再失去二氧化碳，就得到稳定的五元二唑化合物。 1,3-偶极环加成反应逆向反应 1,3-偶极环加成反应，和双烯合成相似，也可以发生逆向反应。上面悉尼酮的加成物，失去二氧化碳，就可以看作是这样的一个逆向反应。有几个1,3-偶极分子就是利用杂环化合物的逆向分解来制备的。 分解出来的1,3-偶极分子可以再和其它的亲1,3-偶极分子反应，而得到新的五元杂环体系。 与其它环加成反应一样，1,3-偶极环加成反应也是立体专一性的。

cjoc 铱催化环加成反应的研究进展----

2010年第30卷有机化学V ol. 30, 2010第4期, 506～514 Chinese Journal of Organic Chemistry No. 4, 506～514 * E-mail: yangdq@https://www.wendangku.net/doc/e96097282.html, Received March 30, 2009; revised June 27, 2009; accepted September 14, 2009. 国家自然科学基金(No. 20772036)、广东省自然科学基金重点(No. 8251063101000002)及广东省自然科学基金(No. 7005804)资助项目.

No. 4 边红旭等：铱催化环加成反应的研究进展 507 1 [2＋2＋1]环加成反应 过渡金属催化羰基化反应, 即 Pauson-Khand 型反应是一种合成含羰基的五元碳环化合物的重要方法, 烯-炔可以通过 Pauson-Khand 型反应合成一系列的环戊烯酮, 这一反应已经得到广泛研究及应用[7]. 1.1 烯-炔的[2＋2＋1]环加成反应 2000年, Shibata 等[8]用铱手性二膦配合物高对映选择性地催化烯-炔分子内、分子外Pauson-Khand 型反应, 得到了一系列高对映选择性的手性环戊烯酮化合物(表1). 手性铱配合物催化不对称合成可能的反应机理如Scheme 1所示, 反应依次经历了生成铱环戊烯4和铱环己烯酮5两个阶段. 表1 烯-炔对映选择性的羰基化反应a Table 1 Catalytic enantioselective carbonylation coupling of compound 1 Entry L* Time/h Yield/% ee /% (config.)1 (S )-BINAP 12 64 86 (S ) 2 (R )-BINAP 12 62 88 (R ) 3 (S )-Tol-BINAP 18 83 93 (S ) 4 (S )-Tol-BINAP 24 75 91 (S ) a COD: 1,5-cyclooctadiene; BINAP: 2,2'-bis(diphenylphosphino)-1,1'-bi- naphthyl; Tol-BINAP: 2,2'-bis(di-p -tolylphosphino)-1,1'-binaphthyl. 该文同时介绍了烯、炔分子间[2＋2＋1]环加成反应. 在相同条件下, 降冰片二烯(8)与1-苯基丙炔(7)反应得到较高立体选择性和较高对映选择性的产物9a 和9b (Eq. 1), 但是产率较低(32%). 2005年, Shibata 等[9]又报道了用肉桂醛代替CO 进行该反应(Eq. 2), 虽然产率稍有降低, 但仍具有较高对映选择性(ee ＞90%). 1.2 二炔的[2＋2＋1]环加成反应 环戊二烯酮是一种重要的高效合成中间体[10], 而过渡金属催化炔-炔-CO 反应就是一种直接有效的制备环戊二烯酮的方法. Shibata 等[11]报道了铱配合物催化二炔的[2＋2＋1]环加成反应, 得到了高产率的环戊二烯酮衍生物11 (Eq. 3), 反应机理与烯-炔羰基化反应机理 (Scheme 1)相似. 仅少量的铱配合物在较低的温度下催化1,8-双(三苯硅基乙炔基)萘(12)就可得到高产率的环戊二烯酮产物13 (Eq. 4). Scheme 1

丁三烯、环丙烷与双键的[3+2]环加成反应方法学研究

丁三烯、环丙烷与双键的[3+2]环加成反应方法学研究 本文主要研究了丁三烯与双键的[3+2]环加成反应、DA(donor-acceptor)-环丙烷与羰基的交叉[3+2]环加成串联反应、以及DA-环丙烷与异氰酸酯的活性碳氮键的平行[3+2]环加成串联反应。同时也对麦角类生物碱的不对称全合成进行了探索,全文共分为五章:第一章综述了[3+2]环加成反应的研究进展,对1,3-偶极[3+2]环加成反应,过渡金属催化的[3+2]环加成反应,丙二烯的[3+2]环加成反应,以及DA-环丙烷的开环[3+2]环加成反应进行了全面总结。 第二章在总结累积烯烃与芳香醛的反应进展以及丁三烯参与的反应类型基础上,发展了 PBu3催化的丁三烯分别与芳香醛或α,β不饱和羰基化合物之间 的两类区域选择性[3+2]环加成反应,构筑了一系列多取代2,5-二氢呋喃衍生物或含有季碳中心的环戊烯类衍生物。两类反应表现出不同的区域选择性:前者是由丁三烯的α位首先进攻芳香醛的羰基进而关环,生成多取代2,5-二氢呋喃衍 生物,而后者是通过丁三烯的γ位首先进攻α,β-不饱和羰基化合物的双键进而关环,生成含有季碳中心的环戊烯类衍生物。 机理研究证明不同的区域选择性主要是受底物分子之间空间位阻的控制。第三章基于对构筑含有桥氧复杂结构方法的总结,发展了一类全新的Lewis acid 催化的环氧重排/DA-环丙烷与醛酮的分子内交叉[3+2]环加成串联反应,该反应在温和条件下可一步构筑一系列含有复杂并环或螺环结构的桥氧-[n.2.1]骨架。 其中与DA-环丙烷发生交叉[3+2]环加成反应所需的羰基是通过环氧重排反应原位生成,用普通方法不易制备。该串联反应普适性强,对脂肪族和芳香族环氧底物都适应。 通过机理研究证明反应表现出单一的非对映选择性是受Lewis acid与底物

有机膦及金属催化的原位生成的两性离子与1,3-偶极子的环加成反应

有机膦及金属催化的原位生成的两性离子与1,3-偶极子的环加 成反应 含氮杂环化合物在农药、医药、材料以及其他精细化工领域中占有重要地位。探索绿色、经济、高效的合成方法,用以构建含氮杂环化合物显得尤为重要。 1,3-偶极环加成反应作为构建杂环化合物的重要手段之一,也因此受到了越来越多的关注。本文发展了有机膦及金属催化的原位生成的两性离子与1,3-偶极子的环加成反应,构建了一系列多元含氮杂环化合物,以期望筛选出农药新品种。 本文发展了有机膦催化的酞嗪衍生的甲亚胺叶立德与联烯酸酯的新型[3+2]环加成反应,在温和的条件下,以91%-99%的产率构建了一系列酞嗪并四氢吡咯 类衍生物,此外还分别以88%产率得到异喹啉并四氢吡咯以及79%产率得到哒嗪并二氢吡咯类化合物,当反应扩大至克级规模时,仍然可以保持98%产率。此反应丰富了有机膦催化领域的[3+2]环加成反应,为合成新型吡咯类杂环化合物提供借鉴参考。 本文发展了首例手性膦催化的不对称[4+3]环加成反应。在Kwon手性膦催化下,联烯酸酯与喹唑啉衍生的偶氮次甲基亚胺发生不对称[4+3]环加成反应,可以高达98%产率,33:1 dr的非对映选择性以及96%ee的对映选择性得到喹唑啉并四氢二氮杂卓类化合物,此外,[4+3]环加成产物经氧化开环,可在保持手性的情况下,以高产率得到了系列单环的四氢二氮杂卓类化合物。 本文发展了铜催化1,3-偶极子对1,3-偶极子的不对称[3+3]环加成反应。在四氟化硼(四乙腈)铜与手性二茂铁配体催化下,酞嗪衍生的甲亚胺叶立德与亚胺乙酸酯衍生的甲亚胺叶立德可以高达99%产率,>20:1 dr的非对映选择性以及

环加成反应简介

环加成反应 摘要：环加成反应在有机合成中有非常重要的应用，其基础理论前线轨道理论也是有机化学中非常重要的理论。本文主要简介环加成反应和前线轨道理论，并对前线轨道在环加成反应中的应用做简要介绍。 关键词：环加成反应前线轨道理论 Diels-Alder反应 环加成反应(Cycloaddition Reaction)是两个共轭体系结合成环状分子的一种双分子反应, 它是由两个或多个不饱和化合物(或同一化合物的不同部分)结合生成环状加合物，并伴随有系统总键级数减少的化学反应。这类反应是合成单环及多环化合物的一种重要方法。有关环加成反应最早是德国化学家Diels与其学生Alder等在1928年通过环戊二烯与顺丁烯二酸酐发生[4＋2]环加成实现的。常见的环加成反应类型除[4＋2]外，还包括[3＋2], [2＋2＋2], [3＋2＋2], [4＋2＋2]等。环加成反应的主要特点是可以将不饱和链状化合物直接转变成环状化合物，包括三元、四元到九元、十元环等,且原子利用率高。在天然产物的全合成、药物化学等领域有着广泛的应用。 1、前线轨道理论简介 前线轨道是由日本理论化学家福井谦一提出的，他指出化合物分子的许多性质主要出最高占据分子轨道相最低未占分子轨道所决定的。凡是处于前线轨道的电子，可优先配对。这对选择有机合成反应路线起决定性作用。鉴于前线轨道理论对于有机化学发展的重要性，他获得了1981年的诺贝尔化学奖。 1.1 前线轨道的几个基本概念 分子周围的电子云，根据能量的不同，可以分为不同的能级轨道，根据能量最低原理，电子优先排入能量低的轨道。前线轨道理论中，将 用HOMO表示；未占有电子的能量最低的轨道称之 为最低占有轨道，用LUMO表示（如图1-1）。有的 共轭轨道中含有奇数个电子，它的最高已占有轨道 只有一个电子，这种单电子占有的轨道称之为单占 轨道，用SOMO表示。在分子中，HOMO轨道对于电 子的束缚最为薄弱，LUMO轨道对电子的吸引力最 强，因而前线轨道认为，分子加发生化学反应，本 质上就是HOMO轨道与LUMO轨道的相互作用，形成 新的化学键的过程。特别的，SOMO在前线轨道理 论中即可作为HOMO处理，也可作为LUMO处理。我 们将HOMO轨道和LUMO轨道统称为前线轨道，用 FOMO表示，前线轨道上的电子称为前线电子。所 以，在分子间化学反应过程中，最先作用的轨道是 前线轨道，起关键作用的电子为前线电子。图1-1 丁二烯前线轨道示意图

丁三烯、环丙烷与双键的环加成反应方法学研究

丁三烯、环丙烷与双键的[3+2]环加成反应方法学研究本文主要研究了丁三烯与双键的[3+2]环加成反应、DA(donor-acceptor)-环丙烷与羰基的交叉[3+2]环加成串联反应、以及DA-环丙烷与异氰酸酯的活性碳氮键的平行[3+2]环加成串联反应。同时也对麦角类生物碱的不对称全合成进行了探索,全文共分为五章:第一章综述了[3+2]环加成反应的研究进展,对1,3-偶极[3+2]环加成反应,过渡金属催化的[3+2]环加成反应,丙二烯的[3+2]环加成反应,以及DA-环丙烷的开环[3+2]环加成反应进行了全面总结。 第二章在总结累积烯烃与芳香醛的反应进展以及丁三烯参与的反应类型基础上,发展了PBu3催化的丁三烯分别与芳香醛或α,β不饱和羰基化合物之间的两类区域选择性[3+2]环加成反应,构筑了一系列多取代2,5-二氢呋喃衍生物或含有季碳中心的环戊烯类衍生物。两类反应表现出不同的区域选择性:前者是由丁三烯的α位首先进攻芳香醛的羰基进而关环,生成多取代2,5-二氢呋喃衍生物,而后者是通过丁三烯的γ位首先进攻α,β-不饱和羰基化合物的双键进而关环,生成含有季碳中心的环戊烯类衍生物。 机理研究证明不同的区域选择性主要是受底物分子之间空间位阻的控制。第三章基于对构筑含有桥氧复杂结构方法的总结,发展了一类全新的Lewis acid 催化的环氧重排/DA-环丙烷与醛酮的分子内交叉[3+2]环加成串联反应,该反应在温和条件下可一步构筑一系列含有复杂并环或螺环结构的桥氧-[n.2.1]骨架。 其中与DA-环丙烷发生交叉[3+2]环加成反应所需的羰基是通过环氧重排反应原位生成,用普通方法不易制备。该串联反应普适性强,对脂肪族和芳香族环氧底物都适应。 通过机理研究证明反应表现出单一的非对映选择性是受Lewis acid与底物的络合作用控制。第四章在总结构筑吡咯[1,2-a]吲哚骨架的基础上,成功发展了一类Curtius重排/DA-环丙烷与异氰酸酯的活性碳氮键的分子内平行[3+2]环加成串联反应,高效构筑了一系列含有吡咯[1,2-a]吲哚骨架的化合物。 其中与DA-环丙烷发生平行[3+2]环加成反应所需的异氰酸酯是通过Curtius 重排反应原位生成,用普通方法不易制备。DA-环丙烷与异氰酸酯的反应表现出单一的区域选择性。

三组分环加成反应

6Stahl N,B aldwin M A,Hecker R,et al.Biochem istry,1992,31:5043 7Aguzzi A,Weissmann C.Nature,1997,389:795 8Riek R,Hornemann S,Wider G,et al.Nature,1996,382:180 9Muram oto T,Scott M,Cohen F E,et al.Proc Natl Acad Sci U S A,1996,93:15457 10Willi amson R A,Peretz D,Smorodinsky N,et al.Pr oc Natl Acad Sci U S A,1996,93:7279 11Peretz D,Wi lliamson R A,Matsunaga Y,et al.J Mol Biol,1997,273:614 12Viles J H,Cohen F E,Prusi n er S B,et al.Proc Natl Acad Sci U S A,1999,96:2042 13Lehmann S.Current Opinion in Chemical Biology,2002,6:187 14Kushnirov V V,Ter2Avan esyan M D.Cell,1998,94:13 15Sapriel G.Res Micr obiol,2001,152:531 16Patino M M,Liu J J,Gl over J R,et al.Science,1996,273:622 17Paushkin S V,Kushnirov V V,Smimov V N,et al.EMBO J,1996,15:3127 18T hual C,Komar A A,Bousset L,et al.J Biol Chem,1999,274:13666 19Bousset L,Melki R.Microbes and Inf e ction,2002,4:461 20Baskakov I V,Aagaard C,M ehlhorn I,et al.Biochemistry,2000,39:2792 21Supattapron e S,B osque P,Muramoto T,et al.Cell,1999,96:869 22Bessen R A,Marsh R F.J Virol,1992,66:2096 23Safar J,Wil le H,Itri V,et al.Nat Med,1998,4:1157 24T elling G C,Parchi P,DeArmond S J,et al.Science,1996,274:2079 25Wadsworth J D F,H i ll A F,Joiner S,et al.Nat C ell Biol,1999,1:55 26Soto C,Kascsak R J,Sabor o G P,et https://www.wendangku.net/doc/e96097282.html,ncet,2000,355:192 27Gioia L De,Selvaggini C,Ghibaudi E,et al.J Biol Chem,1994,269:7859 28Zhang H,Kaneko K,Nguyer J T,et al.J Med Biol,1995,250:514 29Chabry J,Caughey B,Chesebro B.J Biol C hem,1998,273:13203 30Minor Jr D L,Kim P S.Nature,1996,380:730 31Cordes M H J,Walsh N P,McKnight C J,et al.Sc ience,1999,284:325 32Mutter M,Hersperger R.Angew Chem Int Ed E ng l,1990,29:185 33T akahashi Y,Ueno A,Mihara H.Chem E ur J,1998,4:2475 34T akahashi Y,Ueno A,Mihara H.Bioorg Med Chem,1999,7:177 35T akahashi Y,Yamashita T,Ueno A,et al.T etr ahedr on,2000,56:7011 #小资料# 三组分环加成反应 Stanford大学教授P. A.Wender的实验室发现了一种金属催化环加成反应。他们发现在有些金属催化的[6+2]环加成反应中,有一个副产物是由[6+2-1]过程生成的七元环化合物。Wender立即想到,[5+2]反应可能会通过[5+2+1]过程生成八元环。他们在一个铑催化的反应中证实了这个设想。当用很容易合成的乙烯基环丙烷和市场上就能买到的炔的衍生物在CO气氛下反应时,得到了八元环的产物。如图所示,由最初加合物的跨环闭合生成的双环辛烷酮的产率相当好。 40