眾所周知,Diels-Alder反應是雙烯體diene和親雙烯體dienophile的4+2環加成反應,而當反應物為炔、烯炔或者聯烯時,反應物和產 物均比常規的雙烯體和親雙烯體少了氫原子,產物也從環己烯變為苯,這類Diels-Alder反應被稱為脫氫Diels-Alder反應(DDA反應), 主要有少四個氫原子的脫氫Diels-Alder反應(TDDA)和少六個氫原子的脫氫Diels-Alder反應(HDDA)。
近 期,明尼蘇達大學化學系的Thomas R. Hoye在頂級期刊Nature上發表文章(文章doi:10.1038/nature17429),報道了少五個氫原子的脫氫Diels-Alder反 應(PDDA),這不僅是對Diels-Alder反應和脫氫Diels-Alder反應的重要補充,而且其產物的多樣性也使得PDDA反應具有廣闊的應 用前景。
圖1 常規的Diels-Alder反應、脫氫Diels-Alder反應及PDDA反應
圖2 氮原子連接的四炔底物的PDDA反應
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烯炔-二炔中間體16,接著發生PDDA反應生成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,生成帶有苯環的化合物18。
圖3 氮原子連接的二炔-乙腈類底物的氮雜PDDA反應
接著,作者也嘗試了氮原子連接的二炔-乙腈類底物,在類似的條件下發生PDDA反應,生成了帶有多取代吡啶環的化合物22,這是之前的脫氫Diels-Alder反應所不能實現的。
圖4 PDDA反應的機理探究
作者也對PDDA的反應機理進行了探究,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,則證明了反應過程中,堿性條件下生成聯烯炔-二炔中間體或者聯烯炔-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——PDDA反應并探索了其反應機理,證明了反應經歷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Diels-Alder反應和脫氫Diels-Alder反應的重要補 充,而且產物的多樣性尤其是生成帶有多取代吡啶環化合物的氮雜PDDA反應使得該反應將具有非常廣泛的應用前景。
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