Diels-Alder反应中的区域化学

Diels-Alder反应中的区域化学(“区域选择性”

迪尔斯-阿尔德就像洋葱，我们只是不断地剥开它的层。

• 当非对称双烯反应非对称亲二烯体,两个regioisomers(结构异构体)是可能的。
• 有取代基的双烯终点站(1-取代二烯)倾向于1、2"产品(绰号“昊图公司”)．
• 有取代基的双烯第二”的位置(“2-取代二烯”)往往会产生“1、4"产品(绰号“帕拉”)．
• 一般来说，“1,3”产品(“元)，只有小副产品。

目录

1. Diels-Alder反应中的区域化学
2. 倒叙:马氏规则与“区域选择性”
3. Diels-Alder反应具有区域选择性
4. Diels-Alder反应的区域选择性
5. 注释(关于区域选择性起源的更多信息)
6. (高级)参考资料和进一步阅读

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1.Diels-Alder反应中的“区域化学”

到目前为止，在Diels-Alder中，我们已经看到了一些例子:

• 对称二烯与对称二烯亲性
• 不对称二烯和对称二烯
• 对称二烯和不对称二烯

这三种情况(如下图所示)都有可能形成立体异构体(即非对映体和/或对映体)．但是所有的产品都是一样的连接．

这给我们带来了一个特别具有挑战性的情况。当我们有一个不对称二烯和an反应不对称亲二烯体?

为什么这种情况与前三种情况不同?

因为二烯和亲二烯试剂有两种不同的“排列方式!””．在上面的例子中，二烯和亲二烯试剂可以以两种方式结合:

• “头对头”，使二烯上的甲基和C=O键指向同一方向(产生顶部产物);
• “首尾相连”，使它们指向相反的方向(底部产品)。

总的来说(不包括立体化学)，这些产物是如何相互联系的?

因为它们的分子式相同但连通性不同，所以它们宪法同分异构体．

现在最大的问题来了。在这种Diels-Alder反应中，这些产物大致是在平等的比率……或者是一种类型的连接比另一种更有偏好?

简单的回答是，”是的，Diels-Alder偏好一种类型的连接。”

换句话说，反应具有区域选择性。

等待。是什么区域选择性?快速回顾一下:

2.倒叙:马氏规则与“区域选择性”

我们以前在哪里见过这种情况?

与烯烃！我们知道，向an中加入HCl这样的酸烯烃像1-丁烯一样，我们可以得到两种可能的产物:1-氯丁烷或2-氯丁烷。(参见:马氏规则的像］

这些产物具有相同的分子式，但连通性不同，这使它们成为结构异构体。

但是，我们看到这个反应并没有给出等比的产物。相反，2-氯丁烷比1-氯丁烷有4:1的偏好，这是由于更倾向于更稳定的碳正离子中间体。

这种偏好被称为"马氏规则的像”:

的趋势烯烃服从"马氏规则的像是这些反应中的一个例子区域选择性．反应是有选择性的形成一种结构异构体。

(我们说“选择性”和不“特定的”是因为形成了不止一个产物。使用前缀“区域”是因为观察到氯离子倾向于攻击双键的一个区域，而质子则倾向于攻击另一个区域。

值得注意的是2-氯丁烷是以a的形式形成的外消旋混合物的对映体．因此，尽管这种反应具有区域选择性，但确实如此不拆分。

3.Diels Alder是有地域选择性的

就像酸和烯烃， Diels-Alder反应具有区域选择性。有两个主要案例可以说明这一点。

情况1:1-取代二烯

第一个重要的例子是在二烯的“1”位上有取代基的二烯，如1-甲氧基丁二烯。(我知道如果有一个甲基出现，根据IUPAC，技术上它将是“4”的位置——在这一点上请容忍我)。

考虑1-的Diels-Alder甲氧基丁二烯和甲基丙烯酸甲酯。二烯和亲二烯试剂有两种连接方式。

• 以一种方式排列("正面交锋，就得到了一个新的六元环，两个取代基在两个相邻的碳上(“1,2”关系)
• 用另一种方式排列首尾相接)，两个取代基具有“1,3”关系。

这两个产品具有不同的连接性，因此宪法同分异构体(“regioisomers”)。

通过类比芳香命名法，“1,2”和“1,3”模式是绰号昊图公司-而且元-分别。[我说“绰号”是因为这些是方便的术语，没有别的。别告诉IUPAC!］

那么两个Diels-Alder产物中哪个更受青睐呢?“昊图公司”或者是”元”吗?

以下是实验告诉我们的:

的昊图公司产品是主要的和元产品是次要的。

这适用于大量的1-取代二烯;我只展示两个。威斯康星大学麦迪逊分校的汉斯·赖希(Hans Reich)有一个更长的例子列表-在这里看到的．

• 用1-甲氧基丁二烯昊图公司是唯一的产品!!
• 当一个甲基在那个位置时昊图公司的数量见过一个大约8:1

情况2:2-取代二烯

第二个重要的情况是二烯的2号位上有取代基，比如2-甲基丁二烯。

同样，它有两种排列方式，除了这次是提供帕拉(4)元(3)产品。

那么，这些产品中哪个占主导地位呢?

的帕拉产品是主要的和元产品是次要的。

• 2-甲氧基丁二烯有利于帕拉产品比例约为8:1
• 2-甲基丁二烯有利于帕拉产品比约2:1

如果有取代基呢这两个1号和2号位置?在这些情况下，1位的取代基对产物的引导更有效。［看到注1］

4.Diels-Alder反应的区域化学

避免元-产品(1、3)．真的是这样。

所以为什么迪尔斯-阿尔德家族是这样结束的吗?

好问题。

你可以在.....上找到答案

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笔记

了解区域选择性

把二烯看成a会有帮助亲核试剂二嗜性是亲电试剂．

主导产品将是二烯上最亲核的碳与大多数亲电碳都在二亲性碳上。

那么我们如何确定什么这些碳是?

1. 寻找二烯和亲二烯试剂的次佳共振形式!(有时被称为格罗斯曼的统治）
2. 将二烯上的负电荷与二烯亲试剂上的正电荷对齐。

这会让你得到正确的结果!

注意这是如何导致昊图公司- product而不是the元-和实验中观察到的一样。

2-取代二烯呢?

同样的过程。画出“次优”共振形式。现在把负电荷排列在亲核试剂带正电荷的"第二最佳"共振形式亲电试剂：

注意这是如何正确地预测帕拉产品将会受到青睐元产品。

就是这样。

现在…真的最好的方法是什么?

对我们来说，是的。

为了更高级的目的，我们依靠分子轨道计算。在高级课程中，我们讲了很多关于二烯/二亲水性分子HOMO或LUMO上的“系数”的大小，我们不会讲到那里。如果你对这个话题感兴趣，我强烈推荐伊恩·弗莱明的前沿轨道与有机化学反应“，．经典的书。

1,2-取代二烯呢?

注1。如果他们是这两个代替吗?这里有一个实际的例子。

我们观察到的是二烯上的1位对产物的影响大于2位。

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(高级)参考资料和进一步阅读

1. 环加成反应的前沿分子轨道理论
   肯德尔·n·霍克
   化学研究纪要1975年,8(11), 361 - 369
   DOI：10.1021 / ar50095a001
2. 的广义前沿轨道烯烃和二烯烃。Diels-Alder反应的区域选择性
   k·n·侯克
   美国化学学会杂志1973年,95(12), 4092 - 4094
   DOI：10.1021 / ja00793a069
3. 化学反应模型。1.富电子二烯与缺电子二烯试剂Diels-Alder环加成的区域选择性
   D.卡恩，C. F.保罗，L. E.欧弗曼和沃伦J.在这里
   美国化学学会杂志1986年,108(23), 7381 - 7396
   DOI：10.1021 / ja00283a038
4. 有机分子局部亲电性的定量表征。理解Diels - Alder反应的区域选择性
   路易斯·r·多明戈，M. José奥雷尔，帕特里夏·Pérez，雷纳托·孔特雷拉斯
   物理化学杂志A2002年,106(29), 6871 - 6875
   DOI：10.1021 / jp020715j
5. 具有给电子取代基的二烯与具有给电子取代基的二烯亲二烯反应的区域选择性:前沿轨道理论的一个测试用例
   伊恩·弗莱明，费德里科·l·詹尼，塔拉特·玛
   四面体。1976，17(11), 881 - 884
   DOI：10.1016 / s0040 - 4039 (00) 92909 - 5
   比伊恩·弗莱明的詹姆斯•邦德但他关于前沿分子轨道理论的书非常优秀，推荐给所有有机化学的高级学生。
6. 异Diels-Alder反应的区域选择性
   Carla Grosso, Marta Liber, Amadeu F. Brigas, Teresa M. V. D. Pinho e Melo和Américo Lemos
   化学教育杂志2019年,96(1), 148 - 152
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7. 卤代醌与极性二烯Diels-Alder反应的Brassard区域选择性规则
   毛里西奥Maldonado-Domínguez，凯伦Ruiz-Pérez，奥斯卡González-Antonio，玛格丽塔·罗梅罗-Ávila, José Méndez-Stivalet和布拉斯Flores-Pérez
   RSC睡觉。,2016，6, 75194 - 75201
   DOI：10.1039 / C6RA14073D
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   艾米·e·海登，罗伯特·s·佩顿，约亨·贝克尔，林尔辉，k·c·尼科劳和k·n·侯克
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   DOI：10.1021 / jo902572y
   一种特别复杂的二烯/二烯亲和物配对的实验和理论研究。