若干有机合成反应的构象效应

通过分析竞争反应的过渡态在构象上能量的高低,探讨构象效应(立体电子效应和位阻效应)对一些有机反应的立体性的影响;而立体电子效应和位阻效应与反应机制,反应物的结构-构象和反应条件等都有关系,最终能影响反应产物的立体结构。阐明其中的缘由可有助于正确预测产物的结构及选择可行的合成线路。     

含邻手性碳原子双键亲电加成反应的立体选择性模型

本文主要介绍了预测邻位具有手性中心π体系亲电加成反应的立体选择性模型,尤其是α,β-不饱和羰基化合物亲核共轭加成形成的烯醇负离子及其类似物和硝基烯烃亲核加成形成的氮酸根类中间体的烷基化和动力学控制质子化反应的立体选择性模型。立体位阻效应控制的Zimmerman前过渡态模型主要适用于底物构象受限的环状或联烯型烯醇负离子的动力学质子化。对于构象转化相对灵活的直链底物,Houk基于量子化学计算研究提出了亲电试剂的进攻角度或接触角在经过环状过渡态时是锐角还是钝角决定了亲电加成反应的立体选择性控制(Houk模型)。而Fleming模型首次将烯丙基A-1,3张力引入各类烯醇负离子烷基化和质子化的过渡态。Mohrig模型在考虑A-1,3张力的基础上,将吸电子取代基与即将形成的σ键反式共平面,主要阐述了立体电子效应对酯的烯醇负离子动力学控制质子化立体选择性的影响,后来又提出了金属离子参与的立体电子效应控制的六元环状半椅式模型。本文希望对理解亲电加成反应的立体化学控制提供一些有用的信息。     

手性助剂控制的不对称Michael加成立体选择性研究

手性助剂控制的不对称反应是不对称合成的主要方法之一.采用不同空间位阻Evans手性助剂对呋喃基丙烯酸进行立体选择性控制,通过不同空间位阻的格氏试剂对Michael受体1进行不对称1,4-Michael加成反应研究,合成了一系列新的Michael加成产物2a～2h.研究结果表明手性助剂及格氏试剂的空间位阻是影响反应立体选择性的主要因素.当手性助剂及格氏试剂的取代基为芳基时,产物的de值都大于95%,而取代基为烷基、苄基及脂环基时,产物的de值则低于70%.     

非对称环氧乙烷的区域选择性亲核开环反应

本文总结了常用亲核试剂对非对称环氧乙烷的亲核开环反应及其区域选择性。强亲核性的亲核试剂通常只受空间效应影响,进攻非对称环氧乙烷位阻小的碳原子,对于烯基取代环氧乙烷还可以进攻烯基的β-碳原子发生S_N2'开环反应,其他亲核试剂同时受空间效应和电子效应的影响,对于烷基环氧乙烷通常进攻其取代少的碳原子, 空间效应起主导作用,而对芳基和烯基取代环氧乙烷开环反应通常发生在环氧乙烷芳甲位和烯丙位的碳原子上, 电子效应起主导作用。在质子酸或强Lewis酸存在下,虽然单烷基环氧乙烷的开环仍然发生在其取代少的碳原子上,但对于芳基、烯基和同碳双取代环氧乙烷,亲核开环反应将主要受电子效应控制,一般亲核试剂倾向于进攻环氧乙烷的芳甲位、烯丙位或多取代的碳原子。分子内的亲核开环反应主要受成环时环大小的控制, 成环时的倾向是五元环> 六元环> 七元环。环氧乙烷亲核开环的区域选择性是环氧乙烷和亲核试剂空间效应和电子效应平衡的结果。     

质子化双氧/硫杂卟啉内氢原子迁移反应的理论研究

在确定各反应体系反应物、产物稳定构象的基础上, 采用B3LYP/6-31G**方法在Gaussian 03程序下, 对质子化的双氧/硫杂卟啉的内氢迁移(IHAT)反应进行研究, 寻找并优化相应的过渡态, 比较其迁移反应速率的差异. 计算结果表明, 质子化双氧/硫杂卟啉的构象稳定性仍然是由芳香性、空间位阻、静电作用共同决定的. 质子化后的双取代体系的内氢迁移反应速率大小差异显著, 内环取代对IHAT反应速率的影响主要来源于电子效应, 而非构象变化; 且双取代对体系IHAT反应速率的影响要远大于单取代.     

龙脑烯醛同单重态氧反应的立体选择性

用竹红菌甲素匹配高压钠灯光敏氧化龙脑烯醛,高产率并有立体选择性地获得反应主产物,α-(2,2-二甲基-3-亚甲基-4-羟基-1-环戊烷基)乙醛。反应具有协同的“ene”反应特性。反应的立体选择性被龙脑烯醛的分子构象,取代基的空间位阻效应和烯丙基氢的轴向定位所控制。羰基同环戊烯基的相互隐蔽的分子构象对反应的立体选择性起关键作用。     

锆氢化反应的研究——Ⅱ.锆氢化试剂高立体选择性还原炔醇

本文报道了炔醇的锆氢化反应。炔醇和两分子锆氢化试剂在室温反应可使还原产物高选择性地停留于烯醇,所得顺式烯醇的立体选择性高达100％。直链脂族a-炔醇锆氢化产物的产率为79～88％。当炔醇的羟基远离炔键时,由于减少了空间位阻使锆氢化产物的产率有所提高;在炔醇的a碳上有甲基取代基时,由于增加了空间障碍而使顺式烯醇产率下降。此外,后者在强酸介质中,部分异构化为反式烯醇及少量烯丙基型重排产物。本法是从炔醇合成顺式烯醇的一种新方法,它的主要特点是反应条件温和,立体选择性好以及产率较高。     

非对称氮杂环丙烷的亲核开环反应及其区域选择性*

本文系统地总结了各类亲核试剂对非对称氮杂环丙烷(吖丙啶)的亲核开环反应及开环的区域选择性.氮杂环丙烷亲核开环的区域选择性是一种空间效应和电子效应平衡的结果,非芳基和非烯基取代的氮杂环丙烷的亲核开环通常发生在氮杂环丙烷取代少的碳原子上,空间效应起主导作用;而芳基和烯基取代的氮杂环丙烷的亲核开环通常发生在氮杂环丙烷芳甲位和烯丙位的碳原子上,电子效应起主导作用,烯基取代的氮杂环丙烷的亲核开环还可以发生在烯基的β-碳原子上;分子内的亲核开环反应主要受成环时环大小的控制,成环时的倾向是五元环>六元环>七元环.对于亲核试剂,一般的亲核试剂也同时受电子效应和空间效应的影响; 而亲核性强的亲核试剂通常只受空间效应的影响.容易生成稳定自由基的亲核试剂容易发生单电子转移机理的开环反应,生成相当于亲核试剂进攻氮杂环丙烷中取代多的碳原子得到的开环产物.     

β-环糊精诱导苯乙酮衍生物不对称还原反应中的取代基效应

研究了在β-环糊精存在下,苯乙酮衍生物中取代基团对不对称还原反应的影响.结果表明,当苯乙酮上连有取代基团且在低温下进行不对称还原反应时,对映体选择性得到提高,产物醇的绝对构型与取代基团的位置有关,苯乙酮及其间位、对位衍生物还原产物绝对构型为S型,邻位衍生物所得产物为R型.苯乙酮衍生物的对映体选择性是取代基团的大小、氢键作用、空间位阻等因素协同作用的结果.此外,根据取代基团的性质以及取代位置推测了底物在β-环糊精空腔内的可能定位.     

烯酮及取代烯酮与环戊二烯环加成反应机理的理论研究

利用半经验分子轨道理论AM1方法,研究了烯酮及取代烯酮与环戊二烯环加成反应机理。采用Berny梯度法优化得到各反应的过渡态和中间体,并进行了振动分析确认。计算结果表明,该环加成反应是按照协同的非同步途径进行的,经过一个四元环发生扭曲的过渡态,并有部分电荷从环戊二烯迁移到烯酮或取代烯酮上,前线轨道分析表明反应机理为“2×[1+1]”机理;而氯甲基取代的烯酮与环戊二烯的环加成反应是按照分步途径发生的。计算结果可以很好地说明实验所观察到的立体选择性,并根据烯酮上取代基的电子效应和位阻效应对反应机理的影响进行了分析。     

非对称环硫乙烷的区域选择性亲核开环反应

环硫乙烷与它的氧类似物环氧乙烷和氮类似物氮杂环丙烷一样,是一类重要的有机合成中间体,在医药和农用化学品工业领域也得到广泛应用。通过开环和异构化反应,还广泛用于制备硫醇和硫醚等含硫化合物。本文总结了常用亲核试剂对非对称环硫乙烷的亲核开环反应及其区域选择性。环硫乙烷的亲核开环反应通常只受空间效应影响,亲核试剂进攻非对称环硫乙烷位阻小的碳原子,对于烯基取代的环硫乙烷有时可以进攻烯基的β碳原子发生SN2’开环反应。强亲核性的亲核试剂容易致使环硫乙烷脱硫生成烯烃,而亲核性相对较弱的亲核试剂容易发生多聚反应生成多硫醚。在Lewis酸存在下,电子效应会对开环反应的区域选择性产生影响,甚至起主导作用。虽然烷基取代环硫乙烷在Lewis酸存在下的开环仍然主要发生在其取代基少的碳原子上(位阻控制),但受电子效应影响,芳基和烯基取代环硫乙烷的亲核开环,其亲核试剂一般倾向于进攻环硫乙烷的芳甲位和烯丙位碳原子(电子效应控制)。     

非对称氮杂环丁烷的区域选择性开环反应

本文系统总结了非对称氮杂环丁烷的区域选择性开环反应。氮杂环丁烷的开环反应主要包括亲核开环、Stevens重排扩环及消除开环反应等。其中,亲核开环反应是氮杂环丁烷的主要开环方式。开环的区域选择性与氮杂环丁烷取代基结构密切相关。氮杂环丁烷相对比较稳定,其开环通常需要路易斯酸催化或者先转化成季铵盐才可以发生,因此,其开环反应的区域选择性受电子效应的影响比较明显。邻位带有不饱和官能团的氮杂环丁烷及其季铵盐一般发生氮原子与带有不饱和官能团的碳原子之间化学键的断裂,这是因为如芳基、烯基、氰基、酰基、甲酸酯基和甲酰胺基等不饱和官能团的共轭效应可以稳定其连接的碳原子在开环时形成的过渡态或者中间体,使该C—N键更容易断裂。如亲核开环反应,亲核试剂一般进攻芳甲位、烯丙位或连有氰基或甲酸酯基或甲酰胺基的邻位碳原子,电子效应起主要作用。对于2-烷基取代的氮杂环丁烷及其季铵盐,大位阻或者亲核性强的亲核试剂的开环反应一般发生在位阻小的氮邻位碳原子,空间效应起主要作用。分子内的亲核开环反应主要受反应过程中环大小的控制,一般有利于经过三元环、五元环、六元环和七元环过程开环得到开环产物。氮杂环丁烷是一类非常重要的含氮杂环化合物,通过总结和分析氮杂环丁烷的开环反应及其区域选择性,可以更好地认识和利用这类反应,通过有效地预测和控制开环反应的方向,来制备所需的有机化合物。希望本文能够促进氮杂环丁烷开环反应在有机化学中的发展与应用。     

含未保护羟基2-吡咯烷酮衍生物的直接还原氰基化:N-甲基-2-别-Bulgecinine的立体选择性合成

报道手性合成砌块(4S,5R)-N-苄基-4-苄氧基-5-羟甲基-2-吡咯烷酮(3a)的直接还原氰基化及产物的立体化学与转化研究.含未保护羟基的内酰胺用Li Al H4/KCN体系直接还原氰基化,生成比例为69∶31的2,5-反式/顺式非对映立体异构体.与文献类似结果对比显示,氰基负离子对5-羟甲基-(35)-1-吡咯啉鎓中间体的加成主要受立体电子效应和C(5)位取代基(羟甲基)与进攻试剂间烯丙型1,3-位阻控制.该混合物在碱性条件下水解,生成比例为10∶90的2,5-反式/2,5-顺式-bulgecinine衍生物.这一结果表明氰基水解反应伴随着在C(2)位发生了有合成价值的串联差向异构化.由此建立了立体选择性地合成2,5-顺式(-)-N-甲基-2-别-bulgecinine的简便方法.     

芳香酮的不对称还原*

本文从化学方法和生物方法两个角度,化学催化法、手性试剂法和酶催化法三个方面综述了近年来芳香酮的不对称还原进展。文章概述了芳香酮取代基的电子效应与空间效应、手性催化剂和手性试剂的结构、反应体系等对产物光学活性的影响,以及全细胞酶、分离酶等不同生物催化体系中芳香酮结构对产物光学活性的影响,并展望了不对称还原的研究及应用前景。     

Bischler-Napieralski反应合成那可丁及其衍生物的立体化学

对通过Bischler-Napieralski反应制备的那可丁及其衍生物的立体选择性进行了研究. 以N-β-(3-甲氧基-4,5-亚甲二氧基苯基)乙基-6 ,7 -二甲氧基苯并呋喃酮-3-酰胺(1)和N-β-(3,4-亚甲二氧基苯基)乙基-6 ,7 -二甲氧基苯并呋喃酮-3-酰胺(2)为原料, 经Bischler-Napieralski反应和硼氢化钠还原制得五对苯酞类四氢异喹啉类化合物对映体3, 4a, 4b, 5a, 5b, 其中3和5a经氮甲基化反应得到外消旋的那可丁(α-narcotine)和白毛莨碱(b-hydrastine). 该法制得的苯酞类四氢异喹啉类化合物具有一定的立体选择性, 产物构型以赤式对映体为主, 中间产物二氢异喹啉环8位取代基的空间位阻将导致硼氢化钠还原时产生立体选择性.     

炔丙型硫Ylide环丙烷化反应及其立体选择性

炔丙型硫Ylide与丙烯酸酯的反应是一个多反应竞争的复杂反应, 通常环丙烷化产物收率很低. 本文通过对反应底物的优化, 成功获得了高收率、高选择性的反式环丙烷化产物. 同时利用Gaussian 03程序, 选择密度泛函BHHLYP方法, 6-31G**基组对反应路径及过渡态模型进行了计算, 进而采用密度泛函理论中的B3LYP方法, 选择6-31G**基组, 对顺、反式产物的热稳定性进行了分析, 明确了该反应的高非对映选择性是由过渡态的能量差异和产物的热稳定性两个因素共同决定的, 而过渡态的能量差异可以归于分子内弱的立体电子效应的不同.     

Evans手性助剂控制的不对称Michael加成立体选择性研究(Ⅱ)

手性助剂控制的不对称反应是不对称合成的重要方法之一.以Evans手性助剂控制的Michael受体1为底物,在FeCl3催化下,通过不同格式试剂对其进行Michael加成,一步反应得到了一系列含两个手性中心的Michael加成产物2a～2h.获得了较高的立体选择性,其中化合物2d和2e得到了de值高达98%的非对映选择性.研究结果表明,亲核试剂的空间位阻是影响产物立体选择性的主要因素.     

非对称氧杂环丁烷的选择性开环

氧杂环丁烷的开环反应主要包括亲核性开环、亲电性开环、自由基开环、酸催化和还原开环等几大类。本文主要总结了非对称氧杂环丁烷开环反应的区域选择性。非对称氧杂环丁烷开环反应的区域选择性主要受空间效应和电子效应的影响。氧杂环丁烷的开环反应以亲核性开环为主,强亲核性亲核试剂的开环,受空间位阻控制,主要进攻氧杂环丁烷位阻小的氧邻位碳原子;主要进攻2-乙烯基氧杂环丁烷乙烯基的β-位碳原子,发生S_N2'开环反应。只有在酸性条件下,亲核性相对较弱的含氧和卤素亲核试剂才受电子效应控制,主要进攻氧杂环丁烷位阻大的氧邻位碳原子。亲电性开环、自由基开环、路易斯酸催化的开环和钯催化的氢解开环都是在氧杂环丁烷位阻大的氧邻位碳原子一侧开环。希望本文的结论能够为利用氧杂环丁烷开环反应的同行提供一些有价值的信息,促进氧杂环丁烷开环反应的应用。     

铑催化去对称氢酰化机制理论研究

本文运用密度泛函理论(DFT)计算,研究了手性双膦络合Rh(I)催化去对称性烯烃氢酰基化反应机理.计算确定了该反应最优反应路径包括醛基C–H键活化、第一个烯基插入Rh–H键、β-H消除、第二个烯基插入Rh–H键以及还原消除.计算结果表明,第一个烯基插入Rh–H键是立体选择性决定步,还原消除反应是整个反应的决速步.我们还通过理论计算研究了可能的烯烃碳酰基化副反应机理.计算预测反应主产物是S构型——季碳环戊酮,与实验报道一致.我们通过非共价弱相互作用分析研究配体对反应化学选择性的影响,结果表明,当使用位阻大的双膦配体(R)-DTBM-MeOBIPHEP时,由于配体与底物的排斥较大,不利于碳酰化反应发生,反应优势产物是烯烃氢酰化产物;而当用空间位阻小的双膦配体BzDPPB时,碳酰化反应变得更加有利,反应主产物为碳酰化产物双环[2.2.1]庚酮.因此,配体的空间位阻决定了Rh(I)催化烯烃酰基化反应的化学选择性.     

取代基电性效应对碳硅还原消除区域选择性调控的理论研究

有机反应区域选择性的调控是有机化学的重要研究内容之一,而电性效应则是其重要调控因素.运用密度泛函理论计算,以钯催化2-碘联苯化合物与硅杂环丁烷的环化反应为模板,研究了取代基电性效应在还原消除过程中对区域选择性的影响,并给出了该反应的详细反应机理.计算结果表明,该反应经历了Pd—I键氧化加成、协同金属去质子、Pd—Si键氧化加成、还原消除过程得到硅杂八元环产物,且C—Si键还原消除是反应的速率决定步骤.对Pd(IV)还原消除过渡态中电子效应的研究证明,当使用不对称2-碘联苯作为反应底物时,芳环电子密度是区域选择性的主要控制因素,电子密度更高的基团更容易发生还原消除,与该基元反应电子流向一致.