大環化合物的立體化學

1978年，作者考入北京大學化學系，師從張滂院士，從事有機合成研究。北京大學化學系學術氣氛濃厚，常有著名學者的學術報告，其中維生素B12全合成的構象分析尤為精彩。加之同實驗室一位同學從事大環化合物的合成研究，新穎的結構和對合成技術的挑戰引起作者的極大興趣。1984年獲博士學位后，在原北京農業大學（現中國農業大學）從事農藥化學研究。
工作中作者發現不少大環化合物具有較好的農藥活性，有的甚至有優良的農藥活性，如阿維菌素、多殺菌素等，再次激發起心中的大環情結。于是，普通大環化合物作為農藥的創新研究，阿維菌素的結構改造等成為作者研究工作的重要內容。在研究中發現，大環化合物與普通環化合物在反應活性上有著顯著的差異，而這種差異可能與它們不同的立體化學特征有關，由此，大環化合物立體化學的研究提上日程。其中，“麝香酮的合成研究”“環十二酮立體化學的研究”曾獲國家自然科學基金資助，“大環化合物作為農藥的創新研究”多次被列入國家科技攻關項目和國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）。同時發現，目前尚沒有一本系統講述普通大環化合物立體化學的書籍，因而萌生了寫作本書的念頭。2018年底，在辭去《農藥學學報》主編職務后，斷斷續續，在四年多的時間里了卻了這一夙愿。
本書僅討論普通大環化合物，重點是它們的構象，不涉及冠醚、環肽、輪烯等特殊大環化合物。
本書部分晶體結構及其相應數據取自倫敦晶體數據庫。作者感謝王明安教授做出的學術貢獻和對書稿提出的修改意見，感謝與路慧哲教授的有益討論，感謝董燕紅教授和梁曉梅高級工程師在繪制圖表方面的幫助，感謝中國農業大學圖書館史麗文女士和遠在美國的宗廣輝博士在文獻獲取方面的幫助，感謝潘燦平、張建軍兩位教授對出版此書的支持，并再次感謝董燕紅教授在本書撰寫過程中給予的幫助。本書包含了作者研究團隊的部分研究成果，感謝參與這一項目工作的研究生和合作指導老師做出的貢獻。本書對一些文獻結果的分析討論加入了作者個人的見解，鑒于作者學術水平的局限，書中難免存在疏漏與不當之處，望讀者不吝賜教。
 
王道全    
2023年秋于綠園

王道全，曾任中國農業大學教授，博士生導師，現已退休。1984年3月研究生畢業于北京大學，獲理學博士學位，隨即入職中國農業大學。在職期間，曾于1989年、1999年兩次以訪問學者身份在加拿大多倫多大學從事合作研究。曾講授基礎有機化學、高等有機化學、現代有機化學選講等課程，并同時從事大環化合物立體化學及農藥化學研究。1991年1月，國家教委、國務院學位辦聯合授予“做出突出貢獻的中國博士學位獲得者”稱號；1993年10月起，享受國務院政府特殊津貼。

本書在概述大環化合物的研究概況、發展趨勢及展望的基礎上，系統闡述了普通大環化合物的立體化學，包括大環烷、大環烯烴，大環炔烴，大環酮、大環內酯、大環內酰胺的構象，及其由環內雙鍵和環上取代基引起的順反異構等內容，重點分析了大環化合物的構象。此外，還介紹了大環化合物某些特有的性質以及發生在大環環上的幾個典型反應的構象分析。
本書可供化學、化工、制藥、生物等領域研究人員閱讀，也可作為高等院校相關專業教師、研究生的參考書。

第1章 緒論	001
參考文獻	006

第2章 大環烷的立體化學	008
2.1 環十二烷的立體化學	008
2.1.1 環十二烷的優勢構象	008
2.1.2 環十二烷的結構式	011
2.1.3 環十二烷構象的命名	011
2.1.4 環十二烷的其他優勢構象及其相互轉換	012
2.1.5 取代環十二烷的立體化學	013
2.1.6 1,4,7,10-四取代-1,4,7,10-四氮雜環十二烷的構象	024
2.2 環十三烷的構象	025
2.3 環十四烷的構象	027
2.3.1 環十四烷的優勢構象	027
2.3.2 環十四烷的其他構象及構象間的相互轉換	029
2.3.3 環十四烷-1,8-雙乙縮酮的構象	030
2.3.4 1,8-二羥基-1,8-二氮雜環十四烷	030
2.4 環十五烷的構象	030
2.5 環十六烷的構象	032
2.5.1 環十六烷的優勢構象	032
2.5.2 環十六烷的其他構象及其構象間的相互轉換	033
2.5.3 偕二甲基取代的環十六烷的構象	035
2.5.4 氮雜環十六烷的構象	036
2.6 其他大環烷的構象	036
2.6.1 偶數大環烷的構象	036
2.6.2 奇數大環烷的構象	037
參考文獻	037

第3章 大環不飽和烴的立體化學	040
3.1 環十二烯的立體化學	040
3.1.1 反式環十二烯的構象	040
3.1.2 順式環十二烯的構象	043
3.2 1,5,9-環十二三烯的立體化學	045
3.2.1 反,反,反-1,5,9-環十二三烯的構象	045
3.2.2 順,反,反-1,5,9-環十二三烯的構象	047
3.2.3 順,順,反-1,5,9-環十二三烯的構象	048
3.2.4 順,順,順-1,5,9-環十二三烯的構象	048
3.3 1,2,5,6,9,10-三苯并-1,5,9-環十二三烯的構象	050
3.4 環十二四烯的立體化學	053
3.4.1 1,2,7,8-環十二四烯的構象	053
3.4.2 反,反,反,反-1,4,7,10-環十二四烯的構象	054
3.4.3 順,順,順,順-1,4,7,10-環十二四烯的構象	055
3.4.4 環四聚藜蘆烯的構象	055
3.5 反,順-3,8-環十四二烯-1,1,6,6-四羧酸甲酯的構象	057
3.6 1,3-大環二烯的構象	057
3.6.1 順,反-1,3-環十四二烯的構象	058
3.6.2 順,反-1,3-環十八二烯的構象	058
3.6.3 反,反-1,3-環十八二烯的構象	058
3.7 結構對稱的大環二烯的構象	059
3.7.1 反,反-大環二烯的構象	059
3.7.2 順,順-大環二烯的構象	059
3.8 環十二炔的構象	061
3.9 結構對稱的大環二炔的構象	062
3.9.1 1,7-環十二二炔及其衍生物的構象	064
3.9.2 1,8-環十四二炔及其衍生物的構象	065
3.9.3 含雜原子1,8-環十四二炔衍生物的構象	067
3.9.4 3,3,8,8,11,11,16,16-八甲基-3,8,11,16-四硅雜-1,9-環十六二炔的構象	070
3.9.5 1,10-環十八二炔的構象	070
3.9.6 1,13-環二十四二炔的構象	070
3.9.7 1,14-環二十六二炔的構象	071
參考文獻	071

第4章 大環酮的立體化學	074
4.1 環十二酮及其衍生物的立體化學	074
4.1.1 環十二酮的構象	074
4.1.2 α-單取代環十二酮的構象及其順反異構	077
4.1.3 α-單取代環十二酮肟和縮氨基硫脲的構象及類羰基順反異構	089
4.1.4 α,α-二取代環十二酮的構象及其羰基順反異構	091
4.1.5 α,α-二取代環十二酮的構象及其羰基順反異構	093
4.1.6 α,β-二取代環十二酮的構象及其羰基順反異構	101
4.1.7 α,α,α-三取代環十二酮的構象及其順反異構	104
4.1.8 含環十二酮單元的橋環化合物的構象	108
4.2 環十三酮的構象及Goto命名法	110
4.3 環十四酮的構象	113
4.4 環十五酮的構象	114
4.5 環十六酮的構象	115
4.6 大環酮的一般立體化學特征	117
4.7 1,2-環十二烷二酮及其衍生物的構象	118
4.7.1 1,2-環十二烷二酮的構象	118
4.7.2 α-單取代環十二烷二酮單肟的構象	118
4.8 偶數對稱大環二酮的構象	120
參考文獻	122

第5章 大環內酯及大環內酰胺的立體化學	124
5.1 大環內酯的結構特征	124
5.2 十二元環內酯的構象	125
5.2.1 Dendrodolides的構象	125
5.2.2 類彎孢菌素A的構象	127
5.2.3 鄰麝香草酸三內酯（tri-ortho-thymotide）的構象	128
5.3 十三元環內酯的構象	130
5.3.1 氟代十三元環內酯的構象	130
5.3.2 布雷菲德菌素A（Brefeldin A）的構象	131
5.4 十四元環內酯的構象	133
5.4.1 結構簡單的十四元環內酯的構象	133
5.4.2 金剛石晶格模型與某些十四元環內酯抗生素的構象	136
5.4.3 某些十四元環內酯抗生素構象的現代技術研究	140
5.5 十五元環內酯的構象	150
5.5.1 前溝藻內酯O和P（amphidinolides O, P）的構象	150
5.5.2 阿奇霉素（azithomycin）的構象	151
5.6 十六元環內酯的構象	152
5.6.1 12-芳氧乙酰氧基亞氨基-1,15-十五內酯的構象	153
5.6.2 麥新米星（mycinamicin）的構象	154
5.6.3 N-芳基磺?；?13-氮雜十六元環內酯的構象	155
5.6.4 1-硫雜-2-芳亞氨基-3,4-二氮雜-9-氧雜-10-氧代螺【4,15】二十-3-烯的構象	156
5.7 大環內酰胺的結構特征	157
5.8 十二元環內酰胺的構象	158
5.8.1 1,11-十一內酰胺的構象	158
5.8.2 N,N,N-三取代鄰氨基苯甲酸三內酰胺的構象	159
5.9 十四元環內酰胺的構象	159
5.9.1 1,13-十三內酰胺的構象	159
5.9.2 fluvirucin A1的構象	161
5.10 十六元環內酰胺的構象	162
參考文獻	164

第6章 大環化合物的動態立體化學	166
6.1 偕二甲基效應與構效關系研究	166
6.1.1 一種天然麝香內酯的構效關系研究	166
6.1.2 麝香酮的構效關系研究	167
6.2 環大小與反應活性	169
6.2.1 大環飽和碳原子上的親核取代反應	169
6.2.2 α-羰基環烷酮的酮-烯醇式互變異構	172
6.2.3 α-硝基環烷酮與α-取代丙烯醛的Michael加成	174
6.3 環十二酮取代反應的順反選擇性	177
6.3.1 具有順式選擇性的反應—α-羰基順-R-環十二酮的合成	177
6.3.2 具有反式選擇性的反應—α-羰基反-R-環十二酮的合成	180
6.4 取代環十二酮還原的順反選擇性	182
6.5 取代環十二酮與氨衍生物反應的順反選擇性	183
6.6 環十二酮的擴環反應	186
6.7 1,10-十八烷二酮兩個羰基反常的反應活性	188
6.8 大環烯順反異構體的相互轉換	190
6.9 大環烯的跨環環氧化	192
6.9.1 順,反,反-1,5,9-環十二三烯的跨環環氧化	192
6.9.2 阿匹枯拉菌素A（apicularen A）全合成中的跨環環氧化	193
6.10 大環烯的跨環Michael加成	194
6.10.1 (+)-Sch 642305全合成中的跨環Michael加成	195
6.10.2 (-)-sinulariadiolide全合成中的跨環Michael加成及串聯反應	196
6.11 大環的跨環醇酮縮合	198
6.11.1 1,3,5,7,9,11-環十二六酮的跨環醇酮縮合及串聯反應	198
6.11.2 (+)-miyakolide全合成中的跨環醇酮縮合	201
6.12 跨環D-A反應	202
6.12.1 跨環D-A反應的發現	202
6.12.2 跨環D-A反應的一般規律	203
6.12.3 大環三烯連接鏈長與跨環D-A反應活性的關系	211
6.12.4 不對稱催化跨環D-A反應	213
6.12.5 (-)-spinosyn A全合成中的跨環D-A反應	216
參考文獻	219