內(nèi)容提要
本書(shū)是對(duì)縮合反應(yīng)基本理論和基本規(guī)律的詳細(xì)總結(jié)。包括反應(yīng)類型、反應(yīng)機(jī)理、適用范圍，具體應(yīng)用實(shí)例等，將理論與實(shí)踐相結(jié)合、比較、系統(tǒng)地介紹了縮合反應(yīng)。
本書(shū)適用于化學(xué)、化工、生化、藥物合成等行業(yè)科技工作者以及高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)師生學(xué)習(xí)使用，也可供其他有機(jī)化學(xué)愛(ài)好者參考。
縮合反應(yīng)多種多樣，新反應(yīng)屢見(jiàn)報(bào)道。本書(shū)盡量收集一些新反應(yīng)，并從反應(yīng)機(jī)理上加以解釋，以反映現(xiàn)代有機(jī)合成的特點(diǎn)，內(nèi)容豐富
孫昌俊，山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，濟(jì)南圣魯金藥物技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司 化學(xué)部主任，教授， 1970年畢業(yè)于山東大學(xué)化學(xué)系，并于同年留校任教?；謴?fù)研究生招生制度后于1982年獲理學(xué)碩士學(xué)位。
一直從事有機(jī)化學(xué)的教學(xué)與科研工作，積累了大量科技資料，尤其在有機(jī)合成、藥物設(shè)計(jì)、藥物合成、糖化學(xué)、核苷化學(xué)、生物有機(jī)、雜環(huán)化學(xué)、藥物反應(yīng)等方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。
在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物發(fā)表各種研究論文近200篇，出版了《生物有機(jī)化學(xué)專論》(山東科技出版社)、《有機(jī)化學(xué)》(山東大學(xué)出版社)、《精編有機(jī)化學(xué)教程》(山東大學(xué)出版社，國(guó)家十一、五規(guī)劃重點(diǎn)教材)、《藥物合成反應(yīng)---理論與實(shí)踐》(2007，化學(xué)工業(yè)出版社) 等多部著作。
目前在濟(jì)南圣魯金藥物技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司任化學(xué)部主任，領(lǐng)導(dǎo)數(shù)十人專職從事有機(jī)合成工作。
及時(shí)章 α-羥烷基化、α-鹵烷基化、α-氨烷基化、α-羰烷基化反應(yīng)
及時(shí)節(jié)α-羥烷基化反應(yīng)1
一、羰基α-位碳原子上的α-羥烷基化反應(yīng)(羥醛縮合反應(yīng))1
1.自身縮合1
2.交叉縮合6
3.分子內(nèi)羥醛縮合反應(yīng)11
4.Robinson環(huán)化反應(yīng)17
5.定向羥醛縮合24
6.類羥醛縮合反應(yīng)37
7.不對(duì)稱羥醛縮合反應(yīng)40
二、不飽和烴的α-羥烷基化反應(yīng)(Prins反應(yīng))46
三、芳醛的α-羥烷基化反應(yīng)(安息香縮合反應(yīng))54
四、有機(jī)金屬化合物的α-羥烷基化反應(yīng)60
1.有機(jī)鋅試劑與羰基化合物的反應(yīng)(Reformatsky反應(yīng))60
2.由Grignard試劑或烴基鋰等制備醇類化合物74
第二節(jié)α-鹵烷基化反應(yīng)(Blanc反應(yīng))83
一、氯甲基化試劑84
二、鹵甲基化反應(yīng)的催化劑85
三、影響氯甲基化反應(yīng)的因素85
第三節(jié)α-氨烷基化反應(yīng)91
一、Mannich反應(yīng)91
二、Pictet-Spengler異喹啉合成法107
三、Strecker反應(yīng)117
四、Petasis反應(yīng)129
第四節(jié)α-碳的羰基化反應(yīng)134
一、Claisen酯縮合反應(yīng)134
1.酯-酯縮合135
2.酯-酮縮合152
二、負(fù)碳離子酰基化生成羰基化合物160
參考文獻(xiàn)169
第二章 β-羥烷基化、β-羰烷基化反應(yīng)
及時(shí)節(jié)β-羥烷基化171
一、芳烴的β-羥烷基化反應(yīng)(Friedel-Crafts反應(yīng))172
二、活潑亞甲基化合物的β-羥烷基化反應(yīng)176
三、有機(jī)金屬化合物的β-羥烷基化反應(yīng)179
第二節(jié)β-羰烷基化反應(yīng)185
一、Michael加成反應(yīng)185
二、有機(jī)金屬化合物的β-羰烷基化反應(yīng)200
1.Grignard試劑與α,β-不飽和羰基化合物反應(yīng)201
2.有機(jī)銅類化合物與α,β-不飽和羰基化合物反應(yīng)205
3.烴基硼烷與α,β-不飽和羰基化合物反應(yīng)208
4.有機(jī)鋅試劑和α,β-不飽和羰基化合物的不對(duì)稱共軛加成209
5.芳基金屬試劑和α,β-不飽和化合物的不對(duì)稱共軛加成210
參考文獻(xiàn)212
第三章 亞甲基化反應(yīng)
及時(shí)節(jié) 羰基的亞甲基化反應(yīng)214
一、Wittig反應(yīng)214
二、鈦的亞甲基化試劑在烯烴化合物合成中的應(yīng)用226
三、鋅試劑、鉻試劑與羰基化合物反應(yīng)合成亞甲基化合物231
第二節(jié)羰基α-位的亞甲基化233
一、Knoevenagel反應(yīng)234
二、Stobbe反應(yīng)242
三、Perkin反應(yīng)248
四、Erlenmeger-Plchl反應(yīng)254
第三節(jié)有機(jī)金屬化合物的亞甲基化258
一、苯硫甲基鋰與羰基化合物的反應(yīng)258
二、Julia烯烴合成法259
三、Peterson反應(yīng)(硅烷基鋰與羰基化合物的縮合反應(yīng))264
參考文獻(xiàn)275
第四章 α,β-環(huán)氧烷基化反應(yīng)(Darzens縮合反應(yīng))
參考文獻(xiàn)285
第五章 環(huán)加成反應(yīng)
及時(shí)節(jié)Diels-Alder反應(yīng)286
一、Diels-Alder反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理286
二、Diels-Alder反應(yīng)的立體化學(xué)特點(diǎn)297
三、不對(duì)稱Diels-Alder反應(yīng)303
四、逆向Diels-Alder反應(yīng)317
五、反電子需求的Diels-Alder反應(yīng)326
第二節(jié)1,3-偶極環(huán)加成反應(yīng)——［3 2］環(huán)加成反應(yīng)330
一、含雜原子的1,3-偶極體的環(huán)加成反應(yīng)331
二、全碳原子1,3-偶極體的環(huán)加成反應(yīng)341
第三節(jié) ［2 2］環(huán)加成反應(yīng)348
一、烯烴與烯烴的［2 2］環(huán)加成反應(yīng)348
二、乙烯酮與烯烴、醛、酮的環(huán)加成反應(yīng)353
三、烯烴與含炔鍵化合物的［2 2］環(huán)加成反應(yīng)358
四、炔與累積二烯的［2 2］環(huán)加成362
五、Lewis酸催化的含炔鍵化合物的［2 2］環(huán)加成反應(yīng)363
六、炔醇(醚)的［2 2］環(huán)加成反應(yīng)365
第四節(jié)［2 1］反應(yīng)367
參考文獻(xiàn)375
主要參考資料377
環(huán)加成反應(yīng)(cycloaddition reaction)是在光或熱的條件下，兩個(gè)或多個(gè)帶有雙鍵、共軛雙鍵或孤對(duì)電子的分子相互作用生成環(huán)狀化合物的反應(yīng)。環(huán)加成反應(yīng)在反應(yīng)過(guò)程中不消除小分子化合物，沒(méi)有σ-鍵的斷裂，Diels-Alder反應(yīng)就是典型的環(huán)加成反應(yīng)。
環(huán)加成反應(yīng)有不同的分類方法，可以根據(jù)參加反應(yīng)的電子數(shù)和種類分類，也可以根據(jù)成環(huán)原子數(shù)目分類。按照成環(huán)原子數(shù)目環(huán)加成反應(yīng)可分為 [4 2]、[3 2]、[2 2]、[2 1]等，其中常見(jiàn)的Diels-Alder反應(yīng)就屬于[4 2]環(huán)加成反應(yīng)。
在環(huán)加成反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)物在不同情況下可以經(jīng)過(guò)不同的過(guò)渡態(tài)，形成具有不同立體結(jié)構(gòu)特征的產(chǎn)物。
節(jié) Diels-Alder反應(yīng)
Diels-Alder反應(yīng)是由德國(guó)化學(xué)家Diels O和Alder K于1928年發(fā)現(xiàn)的，并因此獲得1950年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，目前已經(jīng)發(fā)展成為有機(jī)合成中有用的反應(yīng)之一。該反應(yīng)不僅可以一次形成兩個(gè)碳-碳單鍵，建立環(huán)己烯體系，而且在多數(shù)情況下是一種協(xié)同反應(yīng)，表現(xiàn)出可以預(yù)見(jiàn)的立體選擇性和區(qū)域選擇性。
其中簡(jiǎn)單的D-A反應(yīng)應(yīng)當(dāng)是1,3-丁二烯與乙烯的[4 2]環(huán)加成反應(yīng)。1,3-丁二烯及其衍生物等稱為雙烯體，而乙烯及其衍生物稱為親雙烯體。
一、Diels-Alder反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理
無(wú)催化劑的Diels-Alder反應(yīng)有三種可能的機(jī)理。一種是協(xié)同反應(yīng)，生成環(huán)狀的六元環(huán)過(guò)渡態(tài)，沒(méi)有中間體生成，協(xié)同一步完成。第二種是雙自由基機(jī)理，首先是雙烯的一端與親雙烯體的一端結(jié)合，生成雙自由基，第二步是另一端相互結(jié)合。第三種是雙離子機(jī)理。
種機(jī)理：
第二種機(jī)理：
第三種機(jī)理：
大量的研究表明，雖然雙自由基和雙離子機(jī)理在一些情況下可能發(fā)生，但絕大多數(shù)情況下是采用種機(jī)理。主要證據(jù)如下：(1)、無(wú)論雙烯體還是親雙烯體，反應(yīng)具有立體專一性，純碎的雙自由基機(jī)理和雙離子機(jī)理都不可能導(dǎo)致構(gòu)型保持。(2)、一般而言，Diels-Aldr反應(yīng)受溶劑的影響很小，這樣就可以排除雙離子機(jī)理，因?yàn)闃O性溶劑可以分散該機(jī)理過(guò)渡態(tài)的電荷而提高反應(yīng)速率。(3)、在如下化合物的解離過(guò)程中，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，同位素效應(yīng)K1/K2 = 1.00。
反應(yīng)中若X鍵比Y鍵先打開(kāi)，則該反應(yīng)應(yīng)該存在同位素效應(yīng)影響。研究結(jié)果支持X鍵和Y鍵同時(shí)打開(kāi)。該反應(yīng)是Diels-Alder反應(yīng)的逆反應(yīng)，根據(jù)微觀可逆原理，正反應(yīng)的機(jī)理也應(yīng)該是X鍵和Y鍵同時(shí)生成，這與類似正反應(yīng)結(jié)果是一致的。當(dāng)然還有其他證據(jù)證明是按種機(jī)理進(jìn)行的。但值得指出的是，協(xié)同反應(yīng)并不意味著反應(yīng)是同步進(jìn)行的。在同步反應(yīng)的過(guò)渡態(tài)中，兩個(gè)σ-鍵形成的程度相同，但在不對(duì)稱反應(yīng)物的Diels-Alder反應(yīng)中，則很可能是不同步的。也就是說(shuō)，在可能的過(guò)渡態(tài)結(jié)構(gòu)中，其中一個(gè)σ-鍵形成的程度比另一個(gè)形成的程度大。
在有些反應(yīng)中，利用雙自由基機(jī)理解釋可能更恰當(dāng)一些。
關(guān)于環(huán)加成的協(xié)同反應(yīng)機(jī)理，可以用分子軌道對(duì)稱性守恒原理來(lái)解釋。分子軌道對(duì)稱性原理認(rèn)為，化學(xué)反應(yīng)是分子軌道進(jìn)行重新組合的過(guò)程。在一個(gè)協(xié)同反應(yīng)中，分子軌道的對(duì)稱性是守恒的，即在由原料到產(chǎn)物的變化過(guò)程中，軌道的對(duì)稱性始終保持不變。分子軌道的對(duì)稱性控制著整個(gè)反應(yīng)的進(jìn)程。
分子軌道對(duì)稱性原理利用前線軌道理論和能級(jí)相關(guān)理論來(lái)分析周環(huán)反應(yīng)，總結(jié)了周環(huán)反應(yīng)的立體選擇性，并可利用這些規(guī)則來(lái)預(yù)言反應(yīng)能否進(jìn)行以及反應(yīng)的立體化學(xué)進(jìn)程。以下用前線軌道理論來(lái)解釋環(huán)加成反應(yīng)。
前線軌道理論早是由日本福井謙一于1952年提出的。他首先提出了前線分子軌道和前線電子的概念，已占有電子的能級(jí)高的軌道稱為高占有軌道 (HOMO)，未占有電子的能級(jí)低的軌道稱為低未占軌道 (LUMO)。有的共軛體系中含有奇數(shù)個(gè)電子，它的HOMO軌道中只有一個(gè)電子，這樣的軌道稱為單占軌道 (SOMO)。單占軌道既是HOMO，又是LUMO，HOMO和LUMO統(tǒng)稱為前線軌道，用FOMO表示。處于前線軌道上的電子稱為前線電子。前線電子是分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵電子，類似于原子之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的‘價(jià)電子’。這是因?yàn)榉肿拥腍OMO對(duì)其電子的束縛力較小，具有電子給予體的性質(zhì)；LUMO對(duì)電子的親和力較強(qiáng)，具有電子接受體的性質(zhì)，這兩種軌道容易發(fā)生作用。所以，在分子間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，先作用的分子軌道是前線軌道，起關(guān)鍵作用的是前線電子。
前線軌道理論在解釋環(huán)加成反應(yīng)時(shí)應(yīng)符合以下幾點(diǎn)：
1、兩個(gè)分子發(fā)生環(huán)加成反應(yīng)時(shí)，起決定作用的軌道是一個(gè)分子的HOMO與另一分子的LUMO，反應(yīng)中，一個(gè)分子的HOMO電子進(jìn)入另一分子的LUMO。
2、當(dāng)兩個(gè)分子相互作用形成σ-鍵時(shí)，兩個(gè)起決定作用的軌道必須發(fā)生同位相重疊。因?yàn)橥幌嘀丿B使能量降低，互相吸引；而異位相重疊使體系能量升高，互相排斥。
3、相互作用的兩個(gè)軌道，能量必須相近，能量越接近，反應(yīng)就越容易進(jìn)行。因?yàn)橄嗷プ饔玫姆肿榆壍滥懿钤叫?，新形成的成鍵軌道的能級(jí)越低，相互作用后體系能級(jí)降低得多，體系越趨于穩(wěn)定。
