加成反应和取代反应断键(人名反应1)

加成反应和取代反应断键(人名反应1)(1)

1,3-偶极环加成反应(Huisgen 反应)

反应机理链接:http://chem.kingdraw.cn/Shortlink?id=20200527182856

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1,3-偶极加成,或被称为Huisgen反应,Huisgen环加成反应,是发生在1,3-偶极体和烯烃、炔烃或相应衍生物之间的环加成反应,产物是一个五元杂环化合物。烯烃类化合物在反应中称亲偶极体。德国化学家Rolf Huisgen首先广泛应用此类反应制取五元杂环化合物,这类反应是合成单环及多环化合物的一种重要方法。

1,3-偶极体(1,3-dipole)是三原子形成的4π电子化学物质,该物质可以与烯烃或者炔烃等亲偶极子进行加成环化反应,得到五元杂环产物。

以下这些1,3-偶极体是比较常见的 。

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烯丙基型偶极体的一个例子。具体参阅:有机人名反应——臭氧解反应(Ozonolysis)

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叠氮基与碳碳双键,碳碳三键或碳氮三键的1,3-偶极加成通常有很多优点。反应模块化,高产率,反应条件简单,立体选择性,后处理简单。此类反应是经典“点击化学(Click Chemistry) ”的精华。 故自2001年诺贝尔化学奖获得者K. B. Sharpless提出“点击化学”的概念以来,叠氮基参与的1,3-偶极环加成反应就在药物合成、分子印迹、超支化聚合物制备、纳米材料的修饰等众多领域引起了国内外科学家的重视。

反应机理

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1,3-偶极环加成反应与Diels-Alder反应有些相似。根据前线轨道理论,基态时1,3-偶极体的LUMO和亲偶极体的HOMO,以及基态时1,3-偶极体的HOMO和亲偶极体的LUMO,都是为分子轨道对称守恒原理所允许的,因此反应可以发生。

1,3-偶极环加成反应因此也分为三类:一类是由1,3-偶极体出HOMO,称为HOMO控制的反应;一类是由1,3-偶极体出LUMO,称为LUMO控制的反应;还有一类就是两种情况都存在,称为(HOMO-LUMO)控制的反应。

以前曾认为1,3-偶极环加成反应是经过一个双自由基的中间体完成的,但现在大多认为1,3-偶极环加成反应经过五元环的过渡态,是总电子数6π体系的协同反应。它受溶剂的极性影响很少,而且是立体专一的顺式加成反应。 分子内或逆向的1,3-偶极环加成反应都是可以发生的。

反应的区域选择性取决于电子和空间效应,并且在某种程度上是可预测的。例如,向叠氮化物中加入炔烃,这是通过两个分子的简单反应(“点击化学”)产生1,2,3-三唑的有趣反应,产生区域异构体:

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V. V. Rostovtsev, L. G. Green, V. V. Fokin, K. B. Sharpless, Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 2596-2599.

Sharpless和Fokin小组已将反应修改为更具区域选择性,铜催化的逐步过程,该过程不再是经典的Huisgen环加成反应(有关未证实的机理的讨论,请参见: 有机人名反应——叠氮-炔环加成(点击化学) )。另一种方法是使用定向吸电子基团,该基团可在以后移除:

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D. Amantini, F. Fringuelli, O. Piermatti, F. Pizzo, E. Zunino, L. Vaccaro, J. Org. Chem. 2005, 70, 6526-6529.

总之,1,3-偶极环加成反应可产生各种5元杂环。可以以高区域选择性进行许多反应,甚至已经公开了前手性底物的对映选择性转化。在最近的文献中可以找到一些有趣的例子。

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