狄尔斯-阿尔德反应
/ DEELS-AL-der /
狄尔斯-阿尔德反应是周环化学皇冠上的明珠:在一个干净、协同的步骤中,它把一个共轭二烯(四个碳、提供四个π电子)与一个叫亲二烯体的烯烃或炔烃(两个碳、提供两个π电子)缝合成一个六元环。因为是四个π电子遇上两个,它也被称为[4+2]环加成。两根新的σ键一齐生成,在原本是两个平面分子的地方冒出一个新环。
看电子怎么走。二烯必须先卷成s-顺式构象,让它的两端朝同一方向;然后这两端伸过去与亲二烯体的两端相接。在六个电子的单一环状流动中,三个π键重排为两根σ键(新环的两条边)和一个π键(留在新环内部)。因为这一切在一个协同动作中完成、没有中间体,反应极其立体专一:在亲二烯体上原本互为顺式的基团,在产物中仍是顺式(同面加成);而且对内型(endo)产物有显著偏好——在过渡态中亲二烯体的取代基蜷缩到二烯之下。缺电子的亲二烯体(那些带羰基、腈基或其他吸电子基团的)反应快得多,因为降低亲二烯体的LUMO能让它更好地与二烯的HOMO匹配。
很少有反应如此受珍视。狄尔斯-阿尔德在单一、可预测、原子经济的一步中搭建一个六元环、并生成多达四个新的立体中心,没有废料、没有苛刻试剂——往往只需把两个搭档一起加热。它在复杂天然产物与药物的全合成中无处不在,也是伍德沃德与霍夫曼用轨道对称性破解的那道谜题的核心。如果在整个领域里你只学一个具名反应,它是个有力的候选。
1,3-丁二烯与马来酸酐(一个非常缺电子的亲二烯体)在温和加热下反应,一步生成一个并合了酸酐的环己烯环——三个π键变成两个σ键和一个π键,取代基锁定在内型排布。
二烯加亲二烯体,一个协同的[4+2]步骤:一个六元环,带有可预测的、同面的、内型的立体化学。
二烯只在其s-顺式构象下反应;一个被锁定为s-反式(或无法旋转到s-顺式,例如某些被环锁住的体系)的二烯,无论亲二烯体多好,都不会发生狄尔斯-阿尔德反应。