Dienes和Mo理论

通过詹姆斯Ashenhurst

Diels-Alder反应中的区域化学

最后更新:2020年10月16日|

Diels-Alder反应中的区域化学(区域选择性)

Diels-Alder是一个洋葱,我们只是不断地剥下一层一层。今天的帖子是关于Diels-Alder地区化学的。快速总结:

在diels alder反应中,邻位产物和对位产物更受青睐,而非间位产物

当非对称二烯与非对称亲二烯反应时,可能产生两种区域异构体。端基上有取代基的二烯(“1-取代二烯”)倾向于产生“1,2”产物(“邻位”)。具有2位取代基的二烯(“2-取代二烯”)倾向于生成“1,4”产物(“对位”)。一般来说,“1,3”产品(“meta”)只是次要的副产品。

表的内容

  1. Diels-Alder反应中的区域化学
  2. 倒叙:马可夫尼科夫规则和“区域选择性”
  3. Diels-Alder反应具有区域选择性
  4. 摘要:Diels-Alder反应中的区域选择性
  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

1.《Diels-Alder反应》中的区域化学

到目前为止在Diels-alder中,我们已经看到了以下示例:

  • 对称二烯与对称亲二烯
  • 具有对称辅能力的非对称二烯
  • 对称二烯与不对称亲二烯

这三种情况(如下图所示)都有可能形成立体异构体(即非对映异构体和/或对映体)。但所有产品都完全相同连通性

这给我们带来了一个特别具有挑战性的案例。当我们有一个不对称二烯与不对称亲二烯体?

不对称二烯与不对称亲二烯反应的四种情况给出了不同的区域异构体可能性

为什么这种情况与前三种情况不同?

因为二烯和亲二烯有两种不同的“排列方式”!”.在上面的例子中,二烯和亲二烯可以通过两种方式结合在一起:

  • “头对头”,使二烯上的甲基和C=O键指向同一个方向(给出顶部产物);
  • “头到尾”,这样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关联的?

因为它们有相同的分子式但连通性不同,所以它们宪法同分异构体

现在有一个大问题。在这种Diels-Alder中,这些产物大致形成于平等的比率……或者是否有一种类型的连接优于另一种类型?

简单的回答是:是的,Diels-Alder偏爱一种连接方式。”

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:马可夫尼科夫规则和“区域选择性”

我们以前在哪里见过这种情况?

与烯烃!我们知道把盐酸这样的酸加到1-丁烯这样的烯烃上,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,我们发现这个反应的生成物的比例并不相同。相反,2-氯丁烷比1-氯丁烷的优势是4:1,我们看到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“马尔科夫尼科夫规则”:

区域选择性的例子是将盐酸加到烯烃上,得到主要和次要的产物

烯烃在这些反应中服从“马尔科夫尼科夫规则”的倾向就是一个例子区域选择性的反应是有选择性的在另一个组成一个构成异构体。

(我们说“选择性”和不是“特异性”是因为形成了多个产品。使用前缀“区域”是因为观察到氯倾向于攻击双键的一个区域,而质子倾向于攻击另一个区域。)

值得注意的是,2-氯丁烷是一种外消旋的对映体混合物。所以当反应具有区域选择性时,它确实是不是对映选择性。

3.Diels Alder是区域选择性的

与酸与烯烃的反应类似,Diels-桤木反应是区域选择性的。两个主要病例将说明这一点。

案例1:1取代的二烯

第一个重要的例子涉及在二烯的“1”位置上有取代基的二烯,如1-甲氧基丁二烯。(我知道如果一个甲基出现了,根据IUPAC,它在技术上应该是“4”位置——请原谅我)。

考虑用甲基丙烯酸甲酯的1-甲氧基丁二烯的DIELS-alder。有两种方法可以连接二烯和Dieophile。

  • 行它的一种方式(“头对头”,下同),你会得到一个新的六元环,其中两个取代基上的两个相邻碳原子(一个“1,2”的关系)
  • 将另一种方式(“头到尾”),两种取代基具有“1,3”的关系。

这两种产物连通性不同,因此是结构异构体(“区域异构体”)。

在diels alder中区域化学的第一个例子是1个取代二烯与不对称的亲二烯化合物1个甲氧基丁二烯结构异构体

与芳香命名法相似,“1,2”和“1,3”图案被昵称昊图公司,元-分别。[我说“绰号”,因为这些是方便,没有别的。不要告诉iupac!]

芳香族关系ortho meta para类比Diels桤木产品

那么两个Diels-alder产品中的哪一个受到青睐?这 ”昊图公司”或者是“元”

下面是实验告诉我们的:

昊图公司产品主要和产品是次要的。

这适用于大量的1-取代二烯;我只展示两个。在UW-Madison的Hans Reich有更长的例子列表 -在这里看到的

  • 1-methoxybutadiene,昊图公司是唯一的产品!
  • 当甲基在这个位置时昊图公司寡头数见过一个大约8:1

1取代二烯有利于1邻位产物而不是间位产物,例如1甲氧基丁二烯与丙烯酸甲酯

案例二:2-取代二烯

第二种重要的情况是二烯的2位上有取代基,比如2-甲基丁二烯。

再次,它有两种方法可以排队,除了这次提供帕拉(4)(3)产品。

2取代二烯与不对称亲二烯分子可以得到两种不同的区域异构体

那么哪些产品占主导地位?

帕拉产品主要和产品是次要的。

  • 2-甲氧基丁二烯的利益帕拉产品约8:1
  • 2-甲基丁二烯有利于帕拉乘积约为2:1

2取代二烯优惠1 4帕拉产品不含甲氧基丁二烯和丙烯酸甲酯的产品实例

如果有替代品,该怎么办?这两个1和2的位置?在这些情况下,1位上的取代基对产物的导向作用更强。见脚注

4.概述:DIELS-ALDER反应中的测定

避免元-产品。这是真的。

所以为什么DIELS-ALDER是否以这种方式结束?

好问题。

想知道答案,请访问.....


笔记

了解区域选择性

想想二烯作为一个亲核官员和辅能力一样电泳

主导产品将是其中的主要产品二烯上最亲核的碳排队大部分亲电碳在亲二烯上。

那么我们如何确定什么这些碳?

  1. 寻找二烯和亲二烯的第二最佳共振形式!(有时被称为格罗斯曼的统治
  2. 将二烯上的负电荷与辅助浸润的阳性电荷排列。

这会让你得到正确的结果!

在diels alder反应中区域化学合理化寻找第二最佳共振形式排列相反的电荷

注意这是如何在昊图公司- product而不是the元-产品,就像在实验中观察到的一样。

2替代的二烯呢?

同样的协议。引出“次佳”共振形式。现在把亲核试剂上的负电荷和第二好的亲电试剂上的正电荷排列起来

合理的区域化学2取代二烯烃绘制第二最佳共振形式排列相反的电荷

注意这是如何正确预测的帕拉产品会比产品。

就是这样。

这是现在…真的最好的方法是什么?

就我们的目的而言,是的。

在更高级的用途上,我们依靠分子轨道计算。在高级课程中,我们经常讨论二烯/亲二烯试剂的HOMO或LUMO的“系数”的大小,我们不会讲这个。如果你对这个话题感兴趣,我强烈推荐伊恩·弗莱明的书前沿轨道与有机化学反应.经典书。

那么1,2-取代二烯呢?

如果它们都被取代了呢?这里有一个实际的例子。

在Diesl桤木中的1 2个二取代的含量的测定蛋白是哪个群体更强大的导演1个取代基

我们观察到的是二烯上的1个位置对产品的影响更大,而不是2位。


(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胡克
    化学研究1975年,8(11),361-369
    DOI10.1021 / ar50095a001
  2. 烯烃和二烯的广义前沿轨道。Diels-Alder反应中的区域选择性
    k·n·胡克
    美国化学学会杂志1973年,95.(12), 4092 - 4094
    DOI10.1021 / ja00793a069
  3. 建模化学反应性。1. Diels-Alder富含电子富含电子的循环加油的区域选择性,电子缺乏型辅酶
    D. Kahn, C. F. Pau, L. E. Overman和Warren J. here
    美国化学学会杂志1986年,108(23), 7381 - 7396
    DOI10.1021 / 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
    Luis R. Domingo,M.JoséAurell,PatriciaPérez和Renato Contreras
    物理化学学报2002,106(29), 6871 - 6875
    DOI10.1021 / JP020715J
  5. 具有供电子取代基的二烯与具有供电子取代基的亲二烯之间的diels-alder反应的区域选择性:前沿轨道理论的一个试验案例
    Ian Fleming, Federico L. Gianni, Talat Mah
    四面体。1976年17(11),881-884
    DOI10.1016 / s0040-4039(00)92909-5
    比Ian Fleming更好詹姆斯•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. 异源Diels-Alder反应的区域选择性
    Carla Grosso, Marta Liber, Amadeu F. Brigas, Teresa M. V. D. Pinho e Melo, Américo Lemos
    化学教育杂志2019年,96.(1), 148 - 152
    DOI10.1021 / acs.jchemed.7b00933
  7. 卤醌与极性二烯烃Diels-Alder反应中区域选择性的Brassard法则
    Mauricio Maldonado-Domínguez, Karen Ruiz-Pérez, Oscar González-Antonio, Margarita Romero-Ávila, José Méndez-Stivalet, Blas Flores-Pérez
    RSC睡觉。,20166, 75194 - 75201
    DOI10.1039 / C6RA14073D
  8. 双蒽醌类抗生素BE-43472B的Diels−Alder反应区域选择性的起源
    Amy E. Hayden,Robert S. Paton,Jochen Becker,Yee Hwee Lim,K.C.Nicolaou和K. N. Houk
    有机化学杂志2010,75(3), 922 - 928
    DOI10.1021 / jo902572y.
    特别复合二烯/辅能式配对的实验与理论研究。

评论

评论部分

关于“”的7个想法Diels-Alder反应中的区域化学

  1. 嗨,快速问题。In regards to ‘1-substituted dienes’ and ‘2-substituted dienes’ can electron withdrawing groups vs electron donating groups affect the ‘head:head or head:tail’ alignments and therefore break the given rule that a ‘1-substituted diene’ always gives ortho product?

    1. 好问题!其结果仍然是“邻位”和“对位”产物。如果你开始在二烯上加入吸电子基团,那么它将倾向于进行逆按需电子diels alder反应(即与富含电子的“亲二烯分子”反应)。所以像2-氰基丁二烯这样的物质会和乙基乙烯醚反应,但仍然是对的,而不是中位!

  2. 首先,整个网站非常有帮助,非常感谢你帮助澄清所有这些令人困惑的概念!
    在1,2二取代二烯的例子中有2个相同的取代基。如果有1,2二取代二烯有不同的取代基(例如,1号位上有一个甲基,2号位上有一个甲氧基)反应中会发生什么?一个取代基是否比另一个更“强大”从而更能影响最终的Diels-Alder产物,即使位置1取代基才是决定最终结构的那个?我在网上读到甲氧基是比甲基更强大的导向基团。不确定这有多正确也不确定这和本案是否相关。谢谢你!

  3. 嗨,詹姆斯,这个网站对真正理解(而不仅仅是反刍)有机化学有巨大的帮助,所以非常感谢你!我注意到,在Case 1: 1-取代二烯一节中,第四个点点提到邻位和对位的比例是8:1,然而随后的图像显示的是邻位和间位的比例是8:1。这里是否也有邻对位关系,还是点应该是邻对位关系?再一次感谢您!

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