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Diels-Alder反应的综述

摘要：

自从1928年Diels和Alder报道环戊二烯与顺丁烯二酸酐的环加成反应后，Diels-Alder反应几十年来一直吸引着有机化学家们的广泛兴趣。

这个反应为合成六元环化合物提供了一条简单的途径。

不仅产率高，而且反应的立体专一性和定位选择性强，成为有机合成中一个十分重要的反应。

本文对Diels-Alder反应的发现背景、相关机理及应用价值作一总结，使人们更好地了解Diels-Alder反应。

关键词：

Diels-Alder反应背景机理催化剂

1.发现背景：

Diels-Alder（译作狄尔斯-阿德尔）反应，又名双烯加成，由共轭双烯与烯烃或炔烃反应生成六元环的反应，是有机化学合成反应中非常重要的碳碳键形成的手段之一，也是现代有机合成里常用的反应之一。

反应有丰富的立体化学呈现，兼有立体选择性、立体专一性和区域选择性等。

狄尔斯－阿尔德反应是1928年由德国化学家奥托·迪尔斯（OttoPaulHermannDiels）和他的学生库尔特·阿尔德（KurtAlder）发现的，他们因此获得1950年的诺贝尔化学奖。

最早的关于狄尔斯-阿尔德反应的研究可以上溯到1892年。

齐克（Zinke）发现并提出了狄尔斯-阿尔德反应产物四氯环戊二烯酮二聚体的结构；稍后列别捷夫（Lebedev）指出了乙烯基环己烯是丁二烯二聚体的转化关系。

但这两人都没有认识到这些事实背后更深层次的东西。

1906年德国慕尼黑大学研究生阿尔布莱希特（Albrecht）按导师惕勒（Thiele）的要求做环戊二烯与酮类在碱催化下缩合，合成一种染料的实验。

当时他们试图用苯醌替代其他酮做实验，但是苯醌在碱性条件下很容易分解。

实验没有成功。

阿尔布莱希特发现不加碱反应也能进行，但是得到了一个没有颜色的化合物。

阿尔布莱希特提了一个错误的结构解释实验结果。

1920年德国人冯·欧拉（vonEuler）和学生约瑟夫（Joseph）研究异戊二烯与苯醌反应产物的结构。

他们正确地提出了狄尔斯-阿尔德产物结构，也提出了反应可能经历的机理。

事实上他们离狄尔斯-阿尔德反应的发现已经非常近了。

但冯·欧拉并没有深入研究下去，因为他的主业是生物化学（后因研究发酵而获诺贝尔奖），对狄尔斯-阿尔德反应的研究纯属娱乐消遣性质的，所以狄尔斯-阿德尔反应再次沉没下去。

1921年，狄尔斯和其研究生巴克（Back）研究偶氮二羧酸乙酯与胺发生的酯变胺的反应，当他们用2-萘胺做反应的时候，根据元素分析，得到的产物是一个加成物而不是期待的取代物。

狄尔斯很自然地仿造阿尔布莱希特用环戊二烯替代萘胺与偶氮二羧酸乙酯作用，结果又得到第三种加成物。

通过计量加氢实验，狄尔斯发现加成物中只含有一个双键。

如果产物的结构是如阿尔布莱希特提出的，那么势必要有两个双键才对。

直到1928年，狄尔斯与另一个学生阿尔德（Alder）在1,3-丁二烯和顺丁烯二酸酐的研究中，发现共轭双烯与含有双键或三键化合物相互作用时，生成六元环状化合物，提供了正确的双烯加成物的结构，并将其发表，这标志着Diels-Alder反应的正式发现。

2.相关机理：

2.1反应机理

Diels-Alder反应：

含有一个活泼的双键或叁键的化合物（亲双烯体）与共轭二烯类化合物（双烯体）发生1,4-加成，生成六元环状化合物：

这个反应极易进行并且反应速度快，应用范围极广泛，是合成环状化合物的一个非常重要的方法。

带有吸电子取代基的亲双烯体和带有给电子取代基的双烯体对反应有利。

常用的亲双烯体有：

下列基团也能作为亲双烯体发生反应：

常用的双烯体有：

这是一个协同反应，反应时，双烯体和亲双烯体彼此靠近，互相作用，形成一个环状过渡态，然后逐渐转化为产物分子：

反应是按顺式加成方式进行的，反应物原来的构型关系仍保留在环加成产物中。

例如：

正常的Diels-Alder反应主要是由双烯体的HOMO（最高已占轨道）与亲双烯体的LUMO（最低未占轨道）发生作用。

反应过程中，电子从双烯体的HOMO“流入”亲双烯体的LUMO。

也有由双烯体的LUMO与亲双烯体的HOMO作用发生反应的。

反应实例：

本反应具有很强的区域选择性，当双烯体与亲双烯体上均有取代基时，主要生成两个取代基处于邻位或对位的产物：

当双烯体上有给电子取代基、亲双烯体上有不饱和基团如：

2.2催化剂参与反应的机理

在药物、天然化合物、萜类化合物的合成中Diels-Alder反应得到了广泛应用，对于Diels-Alder反应中催化剂的应用研究也十分深入，主要使用的催化剂多为路易斯酸和布鲁斯酸，比如，金属氯化物，碘化物，三氟甲磺酸盐，烷基金属化合物，BH，三氟化硼的乙醚溶液，二氟化芳基硼等。

IlshilnaY，SaitN等1991年在异戊二烯和顺丁烯二酸酐的反应中应用AlCl作为催化剂在超临界CO：

的环境中，用FT瓜进行了C=C，C=O的振动趋势追踪研究，对产物NMR测量显示，只有产物P生成，提出在超临界CO：

介质中通过数据显示，机理可能分为如下两步，其中超临界CO：

的存在对反应也有一定的影响，但并没有提出确定的结论。

自2000年以来，在Diels-Alder反应中催化剂嗯唑硼烷广泛应用于合成倍半萜类化合物和大分子的药物中间体中。

这种手性催化剂对产物的立体结构和区位活性点起着选择性的作用，在手性硼烷的催化作用下，一系列α，β不饱和羰基化合物（不饱和的醛，酮，酯，醌，羧酸）与1，3-丁二烯，或戊二烯反应生成环己烯类化合物，得到的对映体产率量大于90％。

2.3Diels-Alder反应有如下规律：

（1）区域选择性：

反应产物往往以“假邻对位”产物为主。

即若把六元环阿尔德反应产物比作苯环，那么环上官能团（假设有两个官能团）之间的相互位置以邻位，或者对位为主。

（2）立体选择性：

反应产物以“内型”为主，即反应主产物是经过“内型”过渡态得到的。

（3）立体专一性：

加热条件下反应产物以“顺旋”产物为唯一产物；光照条件下以“对旋”产物为唯一产物。

3.小结与展望

科学工作者研究了催化剂、水溶剂、离子溶剂、超临界CO：

溶剂Diels-Alderr反应的影响，并在反应速率、立体结构和区位选择性等方面开展了大量研究。

我们对反应机理有了初步的认识，但是限于化学模拟本身的局限性，具体反应环境的影响，我们仍需要对Diels-Alder反应的理论研究建立新的模型，采用新的方法，进行深入探讨。

实验中对传统有机溶剂的应用较多，但是绿色化学是学科发展的必然趋势，目前研究已经表明绿色的溶剂水、离子液体、超临界CO：

等的恰当选择，不仅能使反应速率大大提高并且在立体选择性上具有很大的优势，能定向生成预期产物。

可以预期，在今后的绿色合成、定位合成药物中间体、天然半萜类化合物以及在巨环分子化合物的合成中，Diels-Alder反应将会因其高产率、过程简单脱颖而出，发挥巨大的优势，体现它的价值。

参考文献：

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高等教育出版社.

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