狄爾斯-阿爾德反應
/ DEELS-AL-der /
狄爾斯-阿爾德反應是周環化學皇冠上的明珠:在一個乾淨、協同的步驟中,它把一個共軛二烯(四個碳、提供四個π電子)與一個叫親二烯體的烯烴或炔烴(兩個碳、提供兩個π電子)縫合成一個六元環。因為是四個π電子遇上兩個,它也被稱為[4+2]環加成。兩根新的σ鍵一齊生成,在原本是兩個平面分子的地方冒出一個新環。
看電子怎麼走。二烯必須先捲成s-順式構象,讓它的兩端朝同一方向;然後這兩端伸過去與親二烯體的兩端相接。在六個電子的單一環狀流動中,三個π鍵重排為兩根σ鍵(新環的兩條邊)和一個π鍵(留在新環內部)。因為這一切在一個協同動作中完成、沒有中間體,反應極其立體專一:在親二烯體上原本互為順式的基團,在產物中仍是順式(同面加成);而且對內型(endo)產物有顯著偏好——在過渡態中親二烯體的取代基蜷縮到二烯之下。缺電子的親二烯體(那些帶羰基、腈基或其他吸電子基團的)反應快得多,因為降低親二烯體的LUMO能讓它更好地與二烯的HOMO匹配。
很少有反應如此受珍視。狄爾斯-阿爾德在單一、可預測、原子經濟的一步中搭建一個六元環、並生成多達四個新的立體中心,沒有廢料、沒有苛刻試劑——往往只需把兩個搭檔一起加熱。它在複雜天然產物與藥物的全合成中無處不在,也是伍德沃德與霍夫曼用軌域對稱性破解的那道謎題的核心。如果在整個領域裡你只學一個具名反應,它是個有力的候選。
1,3-丁二烯與馬來酸酐(一個非常缺電子的親二烯體)在溫和加熱下反應,一步生成一個併合了酸酐的環己烯環——三個π鍵變成兩個σ鍵和一個π鍵,取代基鎖定在內型排布。
二烯加親二烯體,一個協同的[4+2]步驟:一個六元環,帶有可預測的、同面的、內型的立體化學。
二烯只在其s-順式構象下反應;一個被鎖定為s-反式(或無法旋轉到s-順式,例如某些被環鎖住的體系)的二烯,無論親二烯體多好,都不會發生狄爾斯-阿爾德反應。