第四章成环反应

1、第四章成环反应,影响成环反应因素:,环的大小 动力学因素 热动力学因素 三元环 四元环 五元环、 六元环、 七元环 ,分析动力学因素热动力学因素可知五、六、七元环易于制备，三元环易于制备也易开环。（易于，不易于）,涉及关环和开环的反应很多。 关环反应主要分三类： 1、分子内的变型：n个原子的链环化成n元环； 2、环加成反应：涉及两个不同分子间的反应，同时形 成两个键； 3、电环化反应：它是分子内反应，但其机理与环加成 反应有关。 开环反应亦可分为三类： 1、溶剂水解反应：涉及水解，有机溶剂解和其它亲电 试剂和亲核试剂的相互作用； 2、氧化开环：涉及环内分子链的氧化断裂； 3、周环开环：是环加成

2、或电环化反应的逆反应。,一些常见的分子内环化反应： （1）烷基化反应 （2）酰基化反应 （3）缩合反应 （4）芳香族化合物亲电取代反应,对于三元环、四元环有张力的小环，用分子内碳负离子烷基化反应或用消除、消除的方法较有用。此外三元环还可通过碳烯对双键的加成，四元环可通过丙二酸二乙酯来合成。 对于五元环、六元环有张力的环，常用傅克反应、羟醛缩合、酯缩合、狄克曼反应、双烯合成等方法，麦克尔反应与羟醛缩合结合起来是向六元环上并联另一个六元环的方法，叫缩环反应。,第一节、三元环 在动力学上是有利的，热力学上是不利的。 羰基化合物的烷基化通常是不可逆的，而三元环是动力学上有利的反应，故能生成三元环而无需

3、控制。,1、环氧化合物 2、环丙基酮类 3、碳烯和氮烯对烯烃的加成,1、环氧化合物：,过氧酸起亲电试剂的作用。,2、环丙基酮类：,例：,例：,环丙烷类：,烯丙醇类反应易进行，因为OH基与试剂之间有氢键，因而反应完全是立体选择性的。,：CH2 为碳烯中间体,：CCl2为卤代碳烯中间体。,例：,卤代碳烯：,3、碳烯和氮烯对烯烃的加成 碳烯是不带电荷的缺电子碳物种， 即： (共六个外层电子)， 而氮烯 是碳烯的氮类似物， 即 (共六个外层电子)。 碳烯和氮烯的典型反应是对烯 烃的加成，得到环丙烷类和环氮烷类化合物：,反应物中心碳原子或中心氮原子有一空的轨道； 加成是协同进行。,第二节、四元环 1、有

4、机合成的光化学 2 + 2 环加成反应。,立体化学允许,空间允许,2、离子型反应制四元环：,3、由三元环的张力而扩环，形成环丁酮类化合物 例如；片呐醇重排,第三节、五元环 1、从1、4羰基化合物制备： 2、从1、6二元酯基化合物制备：,例：药物巴比妥酸衍生物的制备,2、从1、6酰基化合物制备： 通过酰基化反应制备五元环状化合物,(这个分子内的claisen酰基化反应称为Dieckmann反应),例:,(4):,(5):,(6):,通过缩合反应制备五元环状化合物 例如：,强碱热力学控制，酮烯醇化； 弱碱动力学控制，醛烯醇化。,3、通过丙二酸酯与二元卤代物反应生成环状化合物 例如：,4、通过芳香族

5、化合物的亲电取代反应生成环状化合物 例如：,5、周环反应制备五元环的特殊反应： 戊二烯正离子（热、顺旋）环戊烯正离子二烯酮转变成环戊烯酮的环化反应,天然突橛酮酸化条件下成环：,6、1,3-偶极环加成 1,3偶极环加成是4+2的过程，故与DielsAlder反应有关，但4电子不是二烯而是1,3偶极：四个电子分布在三个原子上，如重氮烷和叠氮化合物：,它们都具有类似双烯的结构。,第四节、六元环 1、 Diels-Alder反应： DA反应的过程包括4电子体系(二烯)和2电子体系(单烯，往往称为亲二烯体)的环加成反应，又称4+2的环加成反应。反应对于二烯和亲二烯体两者都是立体专一地顺式加成，产物中也保

6、留着反应物的相对构型。 双烯体种类：,脂肪族链状共轭双烯化合物：丁二烯 脂肪族环状共轭双烯化合物：环戊二烯 芳香族化合物：蒽 杂环化合物：呋喃,亲双烯体种类：,CH2=CH、ArCH=CH、CH=CH、CC CHO、COOH、COOC2H5、CN、X、H,产物中也保留着反应物的相对构型，例如：,若二烯被固定为反式构象，如 ， 则不能发生 Diels-Alder反应。,当二烯和亲二烯体二者都是不对称时，加成产物以邻位或对位二取代为主， 例如：,杂环二烯和蒽等可参加Diels-Alder反应，杂原子也可以代替二烯或亲二烯体中的碳原子。,因共轭芳香体系能量较低，故苯的衍生物不参加DielsAlder

7、反应，但蒽可参加反应，因产物的能量更低。 例如：,杂原子也可以代替二烯或亲二烯体中的碳原子，使分子参与DielsAlder反应，例如：,2、电环化反应 Diels-Alder反应和1,3偶极环加成反应均涉及6个电子经过一个环状过渡态而再分配。如果这6个电子包含在同一个分子内，类似的再分配便可发生在分子内，这种分子内的周环过程就称：电环化反应。 例如：反应也是立体专一的，原有取代基位置方向不变,3、羟醛缩合： 例如：,4、从乙酰乙酸乙酯或丙二酸二乙酯制备：,5、 芳香族化合物还原： 在一定的压力和活性催化剂作用下苯环完全还原为环己烷（工业化生产工艺）,萘的控制还原可生成五种化合物：,第五节、生成

8、芳香环的环化 碳芳香环的形成 常涉及的反应有Friedel-Crafts反应和芳 基化反应。,第六节、中环和大环的形成 要形成中环(811元环)和大环(12元环)，必须应用特殊的方法通常为高度稀释技术：非环前体非常慢地加到反应介质中，以致于其浓度很低( M)，使分子间反应的可能性大大减少，同时分子内的各种构象互变更容易，有利于分子内反应。 从反应类型分，形成中环和大环的反应主要有： （1）缩合反应； （2）偶姻反应； （3）有机金属化合物反应。,（1）缩合反应形成中环和大环 许多分子内的缩合反应都形成中环大环，如：,（2）偶姻反应形成中环和大环 ； 反应过程是：酯被金属钠的单电子还原，所得到的

9、负离子自由基发生二聚 作用，然后，失去烷氧离子而得到二酮，后者经进一步还原生成偶姻的双 负离子，最后得到羟基酮(偶姻)。,（3）有机金属化合物反应形成中环和大环 通过有机金属化合物反应，可形成某些特殊结构的中环和大环化合物，如 以下含有刚性部分结构(不再可能围绕价键自由旋转的结 构)的分子，会增加形 成中环和大环的环化机会：,第七节、杂环成环反应：,形成CC、CZ键应用较多的反应是：,1、杂原子对羰基碳原子或腈基碳原子作为亲核试剂进攻，形成CZ键； 2、通过脱-HX、-HS、-NH2、-OHR、-OH等小分子化合物，形成CZ键； 3、烯醇或烯胺的C原子对羰基碳原子作为亲核试剂进攻，形成CZ键；

10、 4、在碱性条件下，活泼亚甲基与、不饱和羰基化合物进行Michact加成，形成CZ键；,杂芳香环的形成 此处只涉及含有氧、氮和硫杂原子的五元环和六元环。 反应特点： (a)在单环化合物的合成中，闭环步骤常包括碳杂原子键的形成； (b)如果系统中含有2个相邻的杂原子，则在闭环步骤中很少涉及杂原子杂原子键的形成； (c)如果目标分子是双环的，并具有与苯环稠合的杂原子，则原料几乎总是预先形成苯的衍生物。 （I）单环化合物的形成； （）苯并稠环化合物的形成。,五元杂环合成：,1、 吡咯及衍生物 （1）1、4二羰基化合物与氨（胺）成环,（2）烯胺与卤代酮成环,（3）在过渡金属化合物催化下，异腈与、不饱和

11、羧酸酯或腈化合物进行环加成反应 （4）从现有杂环或其它环化合物转化,2、呋喃及衍生物 （1）1、4二羰基化合物脱水成环 常用脱水剂：浓硫酸、浓盐酸、对甲苯磺酸、醋酸酐、五氧化二磷、多聚磷酸、无水二氯化锌等,（2）戊糖脱水成环,（3）1、3二羰基化合物与卤代酮成环,（4）1、3二羰基化合物与羟基酮成环,（5）从现有杂环或其它环化合物转化 3、 噻吩及衍生物 （1）1、4二羰基化合物与P4S10成环,（2）1、3硫羰基化合物与卤代酮成环,（3）1、3二羰基化合物与硫羰基化合物成环,（4）卤代、不饱和羰基化合物与硫基乙酸酯成环 （5）从现有杂环或其它环化合物转化,含二个杂原子： 咪唑、吡唑、异恶唑、

12、恶唑、噻唑,1、咪唑,（1）、卤代羰基化合物与NH=CRNH2作用成环,（2）、氨基羰基化合物与硫氰酸酯成环,（3）1、2二胺与羧酸（醛、酮）,（4）、酰胺基酮与乙酸铵成环,2、吡唑 （1）1、3二羰基化合物与苯肼成环,（2）乙炔或炔化物与重氮甲烷进行环加成,六元杂环合成： 吡啶及衍生物； （1）1、5二羰基化合物与氨成环,（2）三分子乙醛与氨在高温、高压下成环,二分子1、3二羰基化合物与醛、氨在高温、高压下发生类似反应,（3）1、3二羰基化合物与氰基乙酰胺成环 （4）乙炔与氨在催化剂作用下成环 苯并五元杂环和苯并六元杂环：,1、苯并五元杂环吲哚及衍生物： 2、苯并六元杂环喹啉及衍生物：,苯并

13、稠环化合物的形成 通过邻二取代苯实现闭环或一元取代苯的FriedelCrafts等反应实现闭 环。例如：,小结 环状化合物的合成方法 (一)非芳香环化合物 (1)饱和的“五元”、“六元”环： 可通过一般的亲电试剂和亲核试剂相互 作用得到。 (2)饱和中环和大环： 使用特殊方法高度稀释技术，偶姻反应。 (3)部分饱和环： 上述(1)(2)的方法， 周环反应，,不饱和状态通过消 除反应产生， 芳香化合物或其它物种的部分氧化。 (二)芳香化合物 (1)单环的苯衍生物： 简单的苯衍生物通过官能团化或官能团的转化实现。 (2)苯并稠合化合物：从一取代或邻二取代苯来合成。,切断的策略 (1)对,不饱和醛、酮，不管是环状或非环状，常常将其看作是一个 缩合反应的产物，例如：,(2)对具有五