亲二烯体

化合物

许多不同类型的亲二烯体可以参与Diels- Alder 环加成反应。它们通常是 乙烯 或 乙炔 的衍生物,其中一个或两个反应原子也可以是杂原子。亲二烯体的反应难易不同,其活性与结构有关。一般而言,双键或叁键上吸电子取代基越多,亲二烯体越活泼,原因是取代基降低了亲二烯体LUMO轨道的能量。而当 二烯 的HOMO轨道和亲二烯的LUMO轨道能量相近时,较易发生相互作用。例如, 马来酸酐 和1,3- 丁二烯 可在沸腾的苯中反应,定量得到加成产物,室温下却反应极慢;而具有四个吸电子基的 四氰基乙烯 却能在0℃时极其迅速地反应。与此类似,乙 炔 与富电子二烯只在剧烈的条件下反应,而 丙烯酸 及其衍生物则很容易反应。

反应特征

某些Diels-Alder反应发生在富电子的亲 二烯 体和缺电子的二烯之间。反应的基本特征是两组分具有互补的电子性质。具有逆电子需求的Diels-Alder反应可称为“反常"Diels-Alder反应,同样在合成上有所应用,但大部分的反应还是在富电子 二烯 和缺电子亲二烯体间进行的。

“正常”Diels-Alder反应中经常用到的活化取代基如CUR、COR、CN和NO,亲二烯体如有一个或几个这类取代基与双键或叁键共 轭 ,则易与二烯反应。最常用的亲二烯体是α,β-不饱和 羰基化合物 。典型的例子是 丙烯醛 、 丙烯酸 及其 、 顺丁烯二酸 及其 酸酐 、 2-丁炔 1、4— 二酸 ( 乙炔 二羧酸 )和2- 环己烯酮 衍生物。

立体效应

取代基的立体效应显著影响亲二烯体的反应性。对比实验显示, 丁二烯 (及2,3—二 甲基 丁二烯)同丙烯酸衍生物反应,加成产物的产率在亲二烯体的α-位引入取代基寸下降。当α,β-不饱和 的于位上有两个 烷基 取代基时反应非常缓慢。

另一类重要的α,β-不饱和 基型亲二烯体是 醌类化合物 。1,4-二苯 与1,3-丁二烯在室温下容易反应,得到高产率的单加成产物四氢 醌。在更强烈的条件下,可得到双加成产物,此产物可在碱性溶液中用空气氧化成 蒽醌 。同其它亲 二烯 体一样,双键上的 基取代会降低反应活性,单烷基1,4-二苯醌与二烯的反应优先发生在未取代的双键上。除了立体效应,电子效应也有一定影响,例如环加成发生在苯醌较缺电子的双键上。 类固醇 环系的第一步合成应用了这样的选择性。

亲二烯体与双键或叁键不同点

与双键或叁键被共轭的吸电子基所活化的活性亲二烯体不同,烯基衍生物,如 烯丙醇 及其酯和 烯丙基 卤的反应性相对较弱,但有时可用强烈条件促使其与二烯反应。 烯醇醚 或 烯胺 是具有供电子取代基的亲二烯体,参与Diels-Alder反应寸具有逆电子需求。它们可与缺电子 二烯 和α-β-不饱和 羰基化合物 反应,后者生成 二氢吡喃 。例如,2-烷氧基二氢吡喃是制备 戊二醛 的有用中间体,可在150~200℃时制得。合成Secologanin的关键一步应用了α,β-不饱和醛与烯醇醚的逆电子需求的Diels-Alder反应。环状烯胺的反应已在生物碱合成中得到应用。

含氮化合物的亲二烯体

一些 氮 上具有吸电子基的含氮化合物,如 偶氮二甲酸二乙酯 ,由于它们具有低能量的LUMO轨道,也是活性的亲二烯体。它们与1,3- 二烯 环加成得到四氢 哒 。 氧气 和1,3-二烯生成内 过氧化物 的反应也令人感兴趣。这类环加成通常在光引发下进行,有时直接反应,有时需加入光敏剂,单线态氧分子据信是其中的活性物质“。氧气对二烯的光敏加成是Windaus在1928年研究 麦角固醇 到 维生素D 转化的传统反应时所发现的。在氧气及光敏剂存在下,照射麦角固醇的 乙醇 溶液,生成过氧化物加成得到的。此后通过对其它 类固醇 及其它环状或开链的共轭二烯进行光敏氧化,得到了许多其它内 过氧化物 。例如叶绿素作为光敏剂, 氧气 存在时照射环 己二烯 ,可得到内 过氧化物 ,进一步转化可得顺-1,4-二 羟 基 环己烷 。