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【今日化學(xué)前沿】Nature報道,著名的Diels-Alder反應(yīng)有新突破

來源:化學(xué)加      2016-04-21
導(dǎo)讀:Diels-Alder反應(yīng)是有機化學(xué)中非常重要的反應(yīng)之一,德國化學(xué)家Diels和他的學(xué)生Alder因Diels-Alder反應(yīng)曾獲1950年的諾貝爾化學(xué)獎。Diels-Alder反應(yīng)因其在環(huán)系和手性中心構(gòu)建中的高效性和可控性也備受關(guān)注,是發(fā)展較為成熟的反應(yīng)之一,也是應(yīng)用較多的反應(yīng)之一。

眾所周知,Diels-Alder反應(yīng)是雙烯體diene和親雙烯體dienophile的4+2環(huán)加成反應(yīng),而當(dāng)反應(yīng)物為炔、烯炔或者聯(lián)烯時,反應(yīng)物和產(chǎn) 物均比常規(guī)的雙烯體和親雙烯體少了氫原子,產(chǎn)物也從環(huán)己烯變?yōu)楸?,這類Diels-Alder反應(yīng)被稱為脫氫Diels-Alder反應(yīng)(DDA反應(yīng)), 主要有少四個氫原子的脫氫Diels-Alder反應(yīng)(TDDA)和少六個氫原子的脫氫Diels-Alder反應(yīng)(HDDA)。

近 期,明尼蘇達(dá)大學(xué)化學(xué)系的Thomas R. Hoye在頂級期刊Nature上發(fā)表文章(文章doi:10.1038/nature17429),報道了少五個氫原子的脫氫Diels-Alder反 應(yīng)(PDDA),這不僅是對Diels-Alder反應(yīng)和脫氫Diels-Alder反應(yīng)的重要補充,而且其產(chǎn)物的多樣性也使得PDDA反應(yīng)具有廣闊的應(yīng) 用前景。

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圖1 常規(guī)的Diels-Alder反應(yīng)、脫氫Diels-Alder反應(yīng)及PDDA反應(yīng)

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圖2 氮原子連接的四炔底物的PDDA反應(yīng)

首先,作者嘗試了氮原子連接的四炔底物,在DBU作堿的條件下先生成聯(lián)烯炔-二炔中間體16,接著發(fā)生PDDA反應(yīng)生成17, 這是一種叫做α,3-脫氫甲苯(α,3-dehydrotoluene)的中間體,可以被親核試劑捕獲,生成帶有苯環(huán)的化合物18。

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圖3 氮原子連接的二炔-乙腈類底物的氮雜PDDA反應(yīng)

接著,作者也嘗試了氮原子連接的二炔-乙腈類底物,在類似的條件下發(fā)生PDDA反應(yīng),生成了帶有多取代吡啶環(huán)的化合物22,這是之前的脫氫Diels-Alder反應(yīng)所不能實現(xiàn)的。

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圖4 PDDA反應(yīng)的機理探究

作者也對PDDA的反應(yīng)機理進(jìn)行了探究,通過氘代氯仿的實驗證明了α,3-脫氫甲苯(α,3-dehydrotoluene)中間體的存在,而通過計算化學(xué),則證明了反應(yīng)過程中,堿性條件下生成聯(lián)烯炔-二炔中間體或者聯(lián)烯炔-乙腈類中間體的過程是其決速步。

總之,本文作者報道了一種新穎的脫氫Diels-Alder反應(yīng)——PDDA反應(yīng)并探索了其反應(yīng)機理,證明了反應(yīng)經(jīng)歷α,3-脫氫甲苯(α,3- dehydrotoluene)的中間體并被親核試劑捕獲的過程。這不僅是對常規(guī)Diels-Alder反應(yīng)和脫氫Diels-Alder反應(yīng)的重要補 充,而且產(chǎn)物的多樣性尤其是生成帶有多取代吡啶環(huán)化合物的氮雜PDDA反應(yīng)使得該反應(yīng)將具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

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