中文名:第爾斯-阿爾德反應mbth:第爾斯-阿爾德反應類型:有機反應的定義、發現、諾貝爾化學獎、加合物的結構、顛覆、在全合成中的應用、反應機理、立體化學、在合成中的價值、第爾斯-阿爾德反應的定義(第爾斯-阿爾德反應，第爾斯-阿爾德反應又稱二烯加成，是共軛二烯與烯烴或炔烴反應形成六元環的反應，是有機化學合成中形成碳碳鍵的最重要手段之壹，也是常見的該反應富含立體化學，具有立體選擇性、立體專壹性和區域選擇性。諾貝爾化學獎第爾斯-阿爾德反應的發現是德國化學家奧托·保羅·第爾斯和他的學生庫爾特·阿爾德在1928年發現的，因此他們獲得了1950年的諾貝爾化學獎。1892關於狄爾斯-阿爾德反應最早的研究可以追溯到1892。津克發現並提出了四氯環戊二烯二聚體的結構，它是第爾斯-阿爾德反應的產物。後來列別傑夫指出乙烯基環己烯是丁二烯二聚體的轉化關系。但兩人都沒有意識到這些事實背後更深層的東西。1906德國慕尼黑大學研究生Albrecht按照導師Thiele的要求，做了堿催化環戊二烯與酮縮合合成壹種染料的實驗。當時他們嘗試用苯醌代替其他酮類，但是苯醌在堿性條件下容易分解，實驗沒有成功。Albrecht發現反應可以在不加堿的情況下進行，但得到了無色的化合物。Albrecht提出了壹個錯誤的結構來解釋實驗結果。65438-0920年，德國人馮·歐拉和學生約瑟夫研究了異戊二烯和苯醌的反應產物的結構。他們正確地提出了狄爾斯-阿爾德的產物結構和反應的可能機理。事實上，他們非常接近於發現狄爾斯-阿爾德反應。但馮·歐拉並沒有更進壹步，因為他的主業是生物化學(後來他因為研究發酵獲得了諾貝爾獎)，對狄爾斯-阿爾德反應的研究純屬消遣，於是狄爾斯-阿爾德反應又沈寂了。加合物的結構為1921年。Diers和他的研究生Back研究了偶氮二甲酸乙酯(半個世紀後在有機合成中大放異彩的試劑)和胺之間的酯-胺反應。當它們與2-萘胺反應時，根據元素分析，獲得的產物是加成產物，而不是預期的取代產物。狄爾斯敏銳地意識到這種反應與阿爾布雷特十多年前做出的奇怪反應有相似之處。這使他認為該產物類似於Albrecht提出的雙鍵加成產物。Diers自然模仿Albrecht的反應，用環戊二烯代替萘胺與偶氮二甲酸乙酯反應。結果，獲得了第三種加成產物。通過計量氫化實驗，Diers發現加合物只含有壹個雙鍵。如果產物的結構如Albrecht所提出的那樣，那麽壹定有兩個雙鍵。這壹現象深深吸引了狄爾斯，他和另壹名研究生阿爾德壹起提出了二烯加合物的正確結構。他們在1928公布了結果。這標誌著第爾斯-阿德爾反應的正式發現。從此，Diers和Adel這兩個名字開始在化學史上大放異彩。顛覆在他們的論文中，兩位作者深刻地看到了這個反應對有機合成概念的顛覆作用，他們預言了這個反應在未來天然產物合成領域的重大意義。當然，兩人在文章中也流露出地主惡霸的風格。在文章的開頭，Albrecht用非常惡毒的語言批評了錯誤的結構，在文章的結尾，他們聲明他們對該反應擁有專屬權利，不允許他人使用。當然，科學界並不把這些話當回事。狄爾斯和阿爾德後來卷入了反應的發現權之爭，分散了他們的註意力，沒能實現他們“在天然產物全合成中的應用”的預言。Woodward在1950中率先將Diels-Alder反應應用於全合成中。從那以後，合成大師們用他們智慧的大腦將這種反應運用到了極致。值得指出的是，在伍德沃德之前，我國化學家莊長功曾試圖通過這壹反應合成甾體化合物，但由於當時缺乏對反應區域選擇性控制的認識而失敗。反應機理Diels-Alder反應是共軛二烯體系與烯烴或炔烴鍵的環加成反應，得到環己烯或1，4-環己二烯環體系。1928期間，德國化學家O . P.H Diers和K. Alder在研究丁二烯與馬來酸酐的相互作用時發現了這類反應:在這類反應中，與共軛二烯相互作用的烯烴和炔烴稱為親雙烯體，親雙烯體上的親電取代基(如羰基、氰基、硝基、羧基等。)和共軛二烯上的給電子取代基可以加速反應。這類反應具有很強的定位和立體選擇性。當雙烯和親雙烯體都有適當的取代基，使得反應可能在不同的位置發生得到兩種產物時，實際上只有壹種是主要的。例如，異戊二烯與甲基乙烯基酮反應得到甲基-(4-甲基-3-環己烯基)酮。在立體化學中，這些反應都是順式加成，當反應物有可能產生內產物和外產物時，壹般只有內化合物的反應，如環戊二烯和馬來酸酐。這些立體選擇性不僅符合大量的實驗事實，而且在理論上可以用分子軌道對稱性守恒來解釋。Diels-Alder反應壹般是可逆的，這種可逆性有時可以很好地應用在合成中。比如實驗室需要少量丁二烯時，可以通過熱解獲得環己烯；2-環丙基甲酸甲酯的合成也是利用第爾斯-阿爾德反應及其逆反應。這是壹步協同反應，沒有中間體，只有過渡態。壹般來說，雙烯的最高含電子軌道(HOMO)與親雙烯體的最低空軌道(LUMO)相互作用形成鍵。因為不涉及離子的協同反應，普通酸堿對反應沒有影響。而路易斯酸可以通過絡合作用影響最低空軌道的能級，因此可以催化反應。立體化學Diels-Alder反應有以下規律:1，區域選擇性:反應產物往往主要是“假鄰對位”產物。即如果把六元環產物比作苯環，環上官能團之間的相互位置(假設有兩個官能團)主要是鄰位(如1)或對位(如3)。2.立體選擇性:主要反應產物為“內型(即5)”，即通過“內型”過渡態得到主要反應產物。3.立體專壹性:二烯合成反應對二烯和親二烯體都表現出高度的立體專壹性。親二烯體總是對二烯進行順式加成，並且加合物保持了二烯和親二烯體的取代基的相對取向。只有同時形成兩個新的σ鍵，並且在形成過程中相互聯系、相互制約，才能完全保證反應的立體專壹性。例如，在下面的兩個熱反應中，產物7和8的相對立體構型是唯壹的，兩種烯烴原料的原始官能團A、B、C和D的順反立體化學關系在產物中被忠實地翻譯。在合成中的價值受到高度重視，因為該反應壹次產生兩個碳-碳鍵和至多四個相鄰的手性中心。如果在合成設計中使用Diels-Alder反應，則可以大大減少反應步驟並提高合成效率。許多著名的合成大師擅長利用Diels-Alder反應合成復雜的天然產物，如羅伯特·伯恩斯·伍德沃德、elias james corey和Danishefsky。據說Woodward根據凱庫勒苯環兩種結構的不可辯駁性，在童年時期就預言了狄爾斯-阿爾德反應的存在。12歲時，伍德沃德通過德國駐波士頓的外交官獲得了壹些德國化學期刊。在壹期上，他讀了壹篇由Dills和Alder發表的文章，目睹了這種反應的發現。Woodward在他壹生的合成實踐中使用Diels-Alder反應來構建六元環。伍德沃德從1960年代開始，攜手剛剛進入哈佛大學進行研究的理論化學家羅德·霍夫曼，結合大量的實驗事實，對狄爾斯-阿爾德反應及相關的周環反應的立體化學進行了深入的理論研究，最終誕生了震驚當時整個有機化學領域的“分子軌道對稱性守恒”。伍德沃德死於1979；1981年，霍夫曼因該理論獲得諾貝爾化學獎(與日本的福井健壹分享)。2004年，有機合成領域的另壹位著名人物科裏在伍德沃德去世20多年後，公開聲稱伍德沃德剽竊了他的思想，創造了對稱守恒定律。所有這些都使第爾斯-阿爾德反應充滿了某種宿命論的傳奇色彩。Corey對Diels-Alder反應也有很大貢獻，發明了壹個Lewis-Alder反應。酸催化的不對稱Diels-Alder反應。在前列腺素合成過程中，Corey試圖通過與環戊二烯的Diels-Alder反應來構建前列腺素的母環，從而發明了不穩定烯酮的替代試劑。Denishevsky最著名的是發明了對Diels-Alder反應非常有用的“Denishevsky diene”，在他的全合成實踐中也隨處可見Diels-Alder反應。