成环反应成环反应Cycloadddition Reactions Contents加成反应加成反应4.4.双边环化双边环化3.3.单边环化单边环化2.2.成环策略成环策略1.1. 成环策略成环策略非环体系非环体系的环化的环化环系环系的建立的建立 对已有环对已有环的修饰的修饰一个非环前体单边环化一个非环前体单边环化 分子内反应分子内反应二个或多个非环片断的二个或多个非环片断的分子间反应分子间反应环交换反应环交换反应 扩环和缩环重排反应扩环和缩环重排反应 单边环化单边环化v阴离子环化阴离子环化v阳离子环化阳离子环化v自由基环化自由基环化v有机金属催化的环化有机金属催化的环化链状化合物的分子内反应：链状化合物的分子内反应： 阴离子环化阴离子环化通过阴离子为中间体的反应环合通过阴离子为中间体的反应环合 阳离子环化阳离子环化通过碳正离子为中间体的反应环合通过碳正离子为中间体的反应环合缺点：碳正离子容易发生重排缺点：碳正离子容易发生重排稳定化碳正离子：与带有孤对电子杂原子相连的碳正离子稳定化碳正离子：与带有孤对电子杂原子相连的碳正离子亚胺鎓盐，酰亚胺鎓，氧鎓亚胺鎓盐，酰亚胺鎓，氧鎓 氧鎓为中间体的环化：氧鎓为中间体的环化： 自由基环化自由基环化成环反应很有效的方法成环反应很有效的方法反应适用范围广反应适用范围广自由基受体一般为烯烃自由基受体一般为烯烃生成五元环为主生成五元环为主 Baldwin 规则规则•环的大小环的大小n，一般为，一般为3-8；；•断键方式：内式（断键方式：内式（endo）电子向环内流动；外式（）电子向环内流动；外式（exo）电）电子向环外流动；子向环外流动；•受进攻原子（受进攻原子（Y）的杂化情况：）的杂化情况：sp3杂化杂化(tet) ，， sp2杂化杂化(trig)，，sp杂化杂化(dig）。
内式：生成较大的环，外式：生成较小的环！内式：生成较大的环，外式：生成较小的环！预测单边环化的立体和立体电子效应规律预测单边环化的立体和立体电子效应规律对亲核环化提出的，但对亲电和自由基环化也适用对亲核环化提出的，但对亲电和自由基环化也适用 Baldwin 规则规则•环的大小环的大小n，一般为，一般为3-8；；•断键方式：内式（断键方式：内式（endo）电子向环内流动；外式（）电子向环内流动；外式（exo）电）电子向环外流动；子向环外流动；•受进攻原子（受进攻原子（Y）的杂化情况：）的杂化情况：sp3杂化杂化(tet) ，， sp2杂化杂化(trig)，，sp杂化杂化(dig）内式：生成较大的环，外式：生成较小的环！内式：生成较大的环，外式：生成较小的环！预测单边环化的立体和立体电子效应规律预测单边环化的立体和立体电子效应规律对亲核环化提出的，但对亲电和自由基环化也适用对亲核环化提出的，但对亲电和自由基环化也适用 受进攻受进攻原子的原子的杂化情杂化情况况断键方断键方式式成环大小成环大小三元环三元环四元环四元环五元环五元环六元环六元环七元环七元环Tet(sp3)exo有利有利有利有利有利有利有利有利有利有利endo不利不利不利不利Trig(sp2)exo有利有利有利有利有利有利有利有利有利有利endo不利不利不利不利不利不利有利有利有利有利Dig(sp)exo不利不利不利不利有利有利有利有利有利有利endo有利有利有利有利有利有利有利有利有利有利Baldwin 规则规则 5-exo-trig 有利5-endo-trig 不利根据根据Baldwin 规则：规则： 受进攻受进攻原子的原子的杂化情杂化情况况断键方断键方式式成环大小成环大小三元环三元环四元环四元环五元环五元环六元环六元环七元环七元环Tet(sp3)exo有利有利有利有利有利有利有利有利有利有利endo不利不利不利不利Trig(sp2)exo有利有利有利有利有利有利有利有利有利有利endo不利不利不利不利不利不利有利有利有利有利Dig(sp)exo不利不利不利不利有利有利有利有利有利有利endo有利有利有利有利有利有利有利有利有利有利Baldwin 规则规则 5-exo-trig 有利5-endo-trig 不利根据根据Baldwin 规则：规则： 有机金属催化的环化有机金属催化的环化Heck 反应反应Stille 反应反应许多分子间的有机金属催化的反应都可应用到分子许多分子间的有机金属催化的反应都可应用到分子内，作为成环反应内，作为成环反应 烯烃复分解反应烯烃复分解反应v金属卡宾配合物金属卡宾配合物催化剂的作用下，两分子的烯烃交换与双催化剂的作用下，两分子的烯烃交换与双键相连的碳原子，而形成新的烯烃分子按照反映过程中分键相连的碳原子，而形成新的烯烃分子按照反映过程中分子骨架的变化子骨架的变化, ,可以分为四种情况可以分为四种情况: :开环复分解开环复分解, ,开环复分开环复分解聚合解聚合,,,,关环复分解以及交叉复分解反应关环复分解以及交叉复分解反应 开环复分解聚合开环复分解聚合 ROMP关环复分解关环复分解 RCM开环复分解开环复分解 ROM交叉复分解聚合交叉复分解聚合 烯烃复分解反应的分类烯烃复分解反应的分类 烯烃复分解反应的催化剂烯烃复分解反应的催化剂Ru为最常用金属为最常用金属 烯烃复分解反应的反应机理烯烃复分解反应的反应机理v金属卡宾与烯烃形成环丁烷中间体金属卡宾与烯烃形成环丁烷中间体v开环离去一分子乙烯，（乙烯两个碳一个来自催化剂一个开环离去一分子乙烯，（乙烯两个碳一个来自催化剂一个来自反应烯烃）来自反应烯烃）v金属卡宾与另一分子的烯烃形成环丁烷中间体金属卡宾与另一分子的烯烃形成环丁烷中间体v金属卡宾离去同时得到新的烯烃金属卡宾离去同时得到新的烯烃 烯烃复分解反应的应用烯烃复分解反应的应用•可以方便的合成五、六元环，可以方便的合成五、六元环，•反应条件温和反应条件温和•对酸、碱和亲核试剂敏感的官能团都不受影响对酸、碱和亲核试剂敏感的官能团都不受影响•关环后脱除一分子乙烯，反应好处理关环后脱除一分子乙烯，反应好处理•关环后比前少两个碳原子关环后比前少两个碳原子 同时可以用于大环、中环和杂环的合成同时可以用于大环、中环和杂环的合成 双边环化与环加成反应双边环化与环加成反应两个非环片段通过分子间反应（或周环反应）实现双两个非环片段通过分子间反应（或周环反应）实现双边环合边环合 六元环的合成六元环的合成Diels-Alder/[4+2]反应反应双烯的双烯的HOMO与亲双烯的与亲双烯的LUMO相互作用相互作用—正常电子需求的正常电子需求的D-A反应反应双烯体：含有供电子基有利，提双烯体：含有供电子基有利，提高高HOMO的能量的能量亲双烯体：含有吸电子基有利，降低亲双烯体：含有吸电子基有利，降低LUMO的能量的能量反之也可反之也可—反电子需求的反电子需求的D-A反应：双烯的反应：双烯的LUMO与亲双烯与亲双烯的的HOMO相互作用相互作用 条件与结果：条件与结果：a.a.反应需要加热反应需要加热b.b.顺式加成顺式加成c.c.桥环化合物以内型为主桥环化合物以内型为主d.d.优先形成优先形成““邻、对位产物邻、对位产物” ” 顺式加成顺式加成 分子内分子内 Diels-Alder 反应反应 非烯类亲双烯体非烯类亲双烯体——合成六元杂环合成六元杂环R 为吸电子基反应较好为吸电子基反应较好 五元环的合成五元环的合成1,3-1,3-偶极环偶极环/[3+2]/[3+2]加成加成反应反应 具具有有4π电电子子且且至至少少有有一一个个杂杂原原子子的的三三原原子子结结构构单单元元的的1, 3-偶偶极极化化合合物物和和具具有有2π电电子子的的偶偶极极亲亲合合物物之之间间进进行行环环加加成成而而生生成成五元环化合物的反应。
五元环化合物的反应 1, 3-偶极环加成反应是一个协同的与偶极环加成反应是一个协同的与D-A反应类似的反应反应类似的反应亲偶极体可以是烯、炔、亚胺、亚硝基、偶氮亲偶极体可以是烯、炔、亚胺、亚硝基、偶氮 常见偶极体常见偶极体能用偶极共振式来描述，且有一个极限结构是能用偶极共振式来描述，且有一个极限结构是1,3-1,3-偶极结构偶极结构的化合物称为的化合物称为1,3-1,3-偶极化合物，常见的有臭氧、重氮化合物、偶极化合物，常见的有臭氧、重氮化合物、叠氮化合物、氧化腈等叠氮化合物、氧化腈等在三个原子范围内包括在三个原子范围内包括4 4个电子的个电子的ππ体系体系 硝酮和氰氧化物与单取代的烯烃加成，一般氧加成到取多的碳硝酮和氰氧化物与单取代的烯烃加成，一般氧加成到取多的碳•合成五元杂环的重要方法合成五元杂环的重要方法•偶极体的偶极体的HOMO与亲偶极体的与亲偶极体的LUMO•偶极体上带供电子基偶极体上带供电子基•亲偶极体带吸电子基有利于反应的进行亲偶极体带吸电子基有利于反应的进行 硝酮的硝酮的1,3-偶极环加成偶极环加成叠氮的叠氮的1,3-偶极环加成偶极环加成氰氧化物的氰氧化物的1,3-偶极环加成偶极环加成 四元环的合成四元环的合成[2+2][2+2]环加成环加成反应反应1）烯烃与烯烃）烯烃与烯烃2）烯烃与累积二烯（烯酮）烯烃与累积二烯（烯酮CH2＝＝CH2＋＋ R2C＝＝C＝＝O；； 异腈酸酯（异腈酸酯（RN＝＝C=O））3) 反应条件：光照反应条件：光照 烯酮与烯烃环加成烯酮与烯烃环加成————环丁酮的合成环丁酮的合成异氰酸酯与烯烃环加成、烯酮与亚胺环加成异氰酸酯与烯烃环加成、烯酮与亚胺环加成————环丁酮的合成环丁酮的合成 三元环的合成三元环的合成[1+2][1+2]环加成环加成反应反应（（2））[1+2]环加成环加成卡宾与烯键的加成：合成环丙烷的主要方法卡宾与烯键的加成：合成环丙烷的主要方法卡宾和卡宾类化合物具有卡宾和卡宾类化合物具有C±反应性反应性卡宾的产生：卡宾的产生：•卤仿卤仿/碱碱(HCX3 或或 H2CX2/B:),•重氮化合物重氮化合物/铑或铜催化剂（铑或铜催化剂（R1R2C＝＝N2/cat.））•二碘甲烷二碘甲烷/锌铜齐（锌铜齐（CH2I2/Zn-Cu）。
卤仿卤仿/碱碱(HCX3 或或 H2CX2/B:),重氮化合物重氮化合物/铑（铑（II）或铜（）或铜（II）催化剂（）催化剂（R1R2C＝＝N2/cat.）） 二碘甲烷二碘甲烷/锌铜齐（锌铜齐（CH2I2/Zn-Cu））——Simmons-Smith 反应反应二碘甲烷与非官能化的烯（如：环己烯或苯乙烯）二碘甲烷与非官能化的烯（如：环己烯或苯乙烯）生成环丙烷的反应生成环丙烷的反应v简单烯烃，简单烯烃，α,β-α,β-不饱和醛，酮和富电子烯烃不饱和醛，酮和富电子烯烃v富电子烯烃反应更快富电子烯烃反应更快v二乙基锌反应结果更好二乙基锌反应结果更好 。