Nature:一类新型的Diels-Alder反应

诸平

狄尔斯-阿尔德（Diels-Alder）反应是含有一个活泼的双键或叁键的化合物(亲双烯体)与共轭二烯类化合物(双烯体)发生1,4-加成，生成六员环状化合物：

这个反应极易进行并且反应速度快，应用范围极广泛，是合成环状化合物的一个非常重要的方法。Diels-Alder反应是有机化学中非常重要的反应之一，发现者德国化学家Otto Diels和他的学生Kurt Alder因此获得1950年的诺贝尔化学奖。Diels-Alder反应中，双烯体（diene）和亲双烯体（dienophile）发生[4+2]环加成反应，生成六元碳环，例如丁二烯和乙烯反应生成环己烯。
       带有吸电子取代基的亲双烯体和带有给电子取代基的双烯体对反应有利。常用的亲双烯体有：

下列基团也能作为亲双烯体发生反应：

常用的双烯体有：

其反应机理就是一个协同反应，反应时，双烯体和亲双烯体彼此靠近，互相作用，形成一个环状过渡态，然后逐渐转化为产物分子：

反应是按顺式加成方式进行的，反应物原来的构型关系仍保留在环加成产物中。例如：

        正常的Diels-Alder反应主要是由双烯体的HOMO(最高已占轨道)与亲双烯体的LUMO(最低未占轨道)发生作用。反应过程中，电子从双烯体的HOMO“流入”亲双烯体的LUMO。也有由双烯体的LUMO与亲双烯体的HOMO作用发生反应的。

据物理学家组织网(Phys.org)2016年4月27日报道，美国明尼苏达大学（University of Minnesota）的研究人员发现了一类新型的狄尔斯-阿尔德（Diels-Alder）反应。狄尔斯-阿尔德反应在有机化学当中，是一种合成环状化合物非常重要的反应。此反应通常包括一个二烯烃和一个亲二烯体之间发生，形成环状化合物。二烯烃有四个碳原子，所有碳原子都采用sp² 杂化以便形成π键。亲二烯体有两个sp² 杂化的碳原子。二烯烃和亲二烯体进行环加成反应形成环己烯。这个反应可以通过对反应物脱氢，使碳原子形成sp杂化，然后再形成六元环。例如一个狄尔斯-阿尔德反应并非就一定是一个烯烃和二烯化合物之间的反应, 炔和烯炔烃（allenyne）反应也可以发生狄尔斯-阿尔德反应。与经典的狄尔斯-阿尔德反应（见上图a）相比较，乙炔与炔烯烃之间发生的狄尔斯-阿尔德反应，因为少了4个氢原子，故称为四脱氢狄尔斯-阿尔德反应（TDDA），首先形成六元环过渡态，然后再转化为苯（如图b）。如果是炔烃与1,4-二炔烃反应，因为与经典的狄尔斯-阿尔德反应（图a）相比较,少6个氢原子，故称其为六脱氢狄尔斯-阿尔德反应（HDDA）,形成反应中间体是一种苯炔或者1,2-脱氢苯（见图c化合物9），最终转化为产物10，即一种功能化的苯环型化合物。炔烃与连二烯炔烃（11）也可以发生狄尔斯-阿尔德反应，被称为五脱氢狄尔斯-阿尔德反应（PDDA）,形成α，3-脱氢甲苯（12）中间产物，最后转化为功能化苯环型化合物（13），这种反应是前所未有的一种反应。还有烯炔化合物（Myers-Saito, 14）发生环异构化也可以形成α，3-脱氢甲苯（12）中间产物，最后转化为功能化苯环型化合物（13）。研究人员随后在实验中证实了这种高活性的α,3-脱氢甲苯中间体的存在。这种Diels-Alder反应中前所未见的中间体与苯炔（benzyne）有着相同的氧化态，同苯炔一样，能被多种捕获剂捕获，产生结构不同的多种产物。这种全新的脱氢Diels-Alder反应，产物多样性是一大优点，能很好的补充经典Diels-Alder反应和脱氢Diels-Alder反应的产物范围，进一步扩展了Diels-Alder反应的应用空间。相关研究结果2016年4月28日已经在Nature杂志网站发表。

更多信息请浏览：Teng Wang, Rajasekhar Reddy Naredla, Severin K. Thompson, Thomas R. Hoye. The pentadehydro-Diels–Alder reaction. Nature, 2016, 532:484–488. DOI:10.1038/nature17429

Abstract 
In the classic Diels–Alder [4 + 2] cycloaddition reaction, the overall degree of unsaturation (or oxidation state) of the 4π (diene) and 2π (dienophile) pairs of reactants dictates the oxidation state of the newly formed six-membered carbocycle. For example, in the classic Diels–Alder reaction, butadiene and ethylene combine to produce cyclohexene. More recent developments include variants in which the number of hydrogen atoms in the reactant pair and in the resulting product is reduced by, for example, four in the tetradehydro-Diels–Alder (TDDA) and by six in the hexadehydro-Diels–Alder (HDDA) reactions. Any oxidation state higher than tetradehydro (that is, lacking more than four hydrogens) leads to the production of a reactive intermediate that is more highly oxidized than benzene. This increases the power of the overall process substantially, because trapping of the reactive intermediate can be used to increase the structural complexity of the final product in a controllable and versatile manner. Here we report an unprecedented overall 4π + 2π cycloaddition reaction that generates a different, highly reactive intermediate known as an α,3-dehydrotoluene. This species is in the same oxidation state as a benzyne. Like benzynes, α,3-dehydrotoluenes can be captured by various trapping agents to produce structurally diverse products that are complementary to those arising from the HDDA process. We call this new cycloisomerization process a pentadehydro-Diels–Alder (PDDA) reaction—a nomenclature chosen for chemical taxonomic reasons rather than mechanistic ones. In addition to alkynes, nitriles (RC≡N), although non-participants in aza-HDDA reactions, readily function as the 2π component in PDDA cyclizations to produce, via trapping of the α,3-(5-aza)dehydrotoluene intermediates, pyridine-containing products.

也可以参考：Researchers achieve enzyme-catalyzed Diels-Alder reaction