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[学术]电环化反应扭转选择性的立体电子效应解释

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在如图所示的电环化反应中,反应物可以通过两种不同的顺旋开环方式生成一对顺反异构体。文献数据表明当取代基R富电子时(例如氨基、羟基、氟原子、氧负离子等)倾向于向外侧旋转生成outward产物,当取代基R缺电子时(例如醛基、亚硝基、亚胺盐等)则倾向于向内侧旋转生成inward产物。


IP属地:英国来自Android客户端1楼2018-12-21 01:24回复
    我们以图中两个例子为例,尝试定性解释这个现象(虚线箭头表示超共轭作用)。当σ键逐渐断裂时,其轨道重叠效果逐渐变差,σ轨道(成键轨道)能量逐渐升高成为更好的电子给体,而σ*轨道(反键轨道)能量逐渐降低成为更好的电子受体。当氧负离子向外侧旋转时,其孤对电子与σ*背面叶重叠程度升高,可以有效地发生超共轭作用使得过渡态能量降低,反应速率快。若氧负离子向内顺旋,其孤对电子与σ*轨道重叠效果不好,不能有效发生超共轭;除此之外还会发生氧孤对电子与σ轨道之间的重叠,这两个轨道均已经填满,会互相排斥,因而使过渡态能量升高,反应速率慢。综上所述,该反应的outward产物是动力学优势产物。


    IP属地:英国来自Android客户端2楼2018-12-21 01:25
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      醛基原理类似,但这里主导选择性的两个轨道是即将断裂的σ成键轨道与羰基的π*轨道(未考虑Bürgi-Dunitz 角)。羰基π*轨道与内侧σ轨道重叠效果最好,因而该反应inward过渡态能量低,对应的inward产物具有动力学优势。


      IP属地:英国来自Android客户端3楼2018-12-21 01:26
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        不过需要注意的是,并不是所有吸电子基团都倾向于向内旋转,但是随着取代基吸电子能力增强,其向内旋转的趋势也会增强。更加具体的分析可以阅读一下参考文献。


        IP属地:英国来自Android客户端4楼2018-12-21 01:28
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          参考文献:
          Houk et al. Acc. Chem. Res 1996, 29, 471


          IP属地:英国来自Android客户端5楼2018-12-21 01:28
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