大环化合物的立体化学

1978年，作者考入北京大学化学系，师从张滂院士，从事有机合成研究。北京大学化学系学术气氛浓厚，常有著名学者的学术报告，其中维生素B12全合成的构象分析尤为精彩。加之同实验室一位同学从事大环化合物的合成研究，新颖的结构和对合成技术的挑战引起作者的极大兴趣。1984年获博士学位后，在原北京农业大学（现中国农业大学）从事农药化学研究。
工作中作者发现不少大环化合物具有较好的农药活性，有的甚至有优良的农药活性，如阿维菌素、多杀菌素等，再次激发起心中的大环情结。于是，普通大环化合物作为农药的创新研究，阿维菌素的结构改造等成为作者研究工作的重要内容。在研究中发现，大环化合物与普通环化合物在反应活性上有着显著的差异，而这种差异可能与它们不同的立体化学特征有关，由此，大环化合物立体化学的研究提上日程。其中，“麝香酮的合成研究”“环十二酮立体化学的研究”曾获国家自然科学基金资助，“大环化合物作为农药的创新研究”多次被列入国家科技攻关项目和国家重点基础研究发展计划（973计划）。同时发现，目前尚没有一本系统讲述普通大环化合物立体化学的书籍，因而萌生了写作本书的念头。2018年底，在辞去《农药学学报》主编职务后，断断续续，在四年多的时间里了却了这一夙愿。
本书仅讨论普通大环化合物，重点是它们的构象，不涉及冠醚、环肽、轮烯等特殊大环化合物。
本书部分晶体结构及其相应数据取自伦敦晶体数据库。作者感谢王明安教授做出的学术贡献和对书稿提出的修改意见，感谢与路慧哲教授的有益讨论，感谢董燕红教授和梁晓梅高级工程师在绘制图表方面的帮助，感谢中国农业大学图书馆史丽文女士和远在美国的宗广辉博士在文献获取方面的帮助，感谢潘灿平、张建军两位教授对出版此书的支持，并再次感谢董燕红教授在本书撰写过程中给予的帮助。本书包含了作者研究团队的部分研究成果，感谢参与这一项目工作的研究生和合作指导老师做出的贡献。本书对一些文献结果的分析讨论加入了作者个人的见解，鉴于作者学术水平的局限，书中难免存在疏漏与不当之处，望读者不吝赐教。
　　
王道全        
2023年秋于绿园  

本书在概述大环化合物的研究概况、发展趋势及展望的基础上，系统阐述了普通大环化合物的立体化学，包括大环烷、大环烯烃，大环炔烃，大环酮、大环内酯、大环内酰胺的构象，及其由环内双键和环上取代基引起的顺反异构等内容，重点分析了大环化合物的构象。此外，还介绍了大环化合物某些特有的性质以及发生在大环环上的几个典型反应的构象分析。本书可供化学、化工、制药、生物等领域研究人员阅读，也可作为高等院校、研究单位相关专业的教师、研究的参考书。

王道全，曾任中国农业大学教授，博士生导师，现已退休。1984年3月研究生毕业于北京大学，获理学博士学位，随即入职中国农业大学。在职期间，曾于1989年、1999年两次以访问学者身份在加拿大多伦多大学从事合作研究。曾讲授基础有机化学、高等有机化学、现代有机化学选讲等课程，并同时从事大环化合物立体化学及农药化学研究。1991年1月，国家、国务院学位办联合授予“做出突出贡献的中国博士学位获得者”称号；1993年10月起，享受国务院政府特殊津贴。

第1章  绪论 001
参考文献 006

第2章  大环烷的立体化学 008
2.1  环十二烷的立体化学 008
2.1.1  环十二烷的优势构象 008
2.1.2  环十二烷的结构式 011
2.1.3  环十二烷构象的命名 011
2.1.4  环十二烷的其他优势构象及其相互转换 012
2.1.5  取代环十二烷的立体化学 013
2.1.6  1,4,7,10-四取代-1,4,7,10-四氮杂环十二烷的构象 024
2.2  环十三烷的构象 025
2.3  环十四烷的构象 027
2.3.1  环十四烷的优势构象 027
2.3.2  环十四烷的其他构象及构象间的相互转换 029
2.3.3  环十四烷-1,8-双乙缩酮的构象 030
2.3.4  1,8-二羟基-1,8-二氮杂环十四烷 030
2.4  环十五烷的构象 030
2.5  环十六烷的构象 032
2.5.1  环十六烷的优势构象 032
2.5.2  环十六烷的其他构象及其构象间的相互转换 033
2.5.3  偕二甲基取代的环十六烷的构象 035
2.5.4  氮杂环十六烷的构象 036
2.6  其他大环烷的构象 036
2.6.1  偶数大环烷的构象 036
2.6.2  奇数大环烷的构象 037
参考文献 037

第3章  大环不饱和烃的立体化学 040
3.1  环十二烯的立体化学 040
3.1.1  反式环十二烯的构象 040
3.1.2  顺式环十二烯的构象 043
3.2  1,5,9-环十二三烯的立体化学 045
3.2.1  反,反,反-1,5,9-环十二三烯的构象 045
3.2.2  顺,反,反-1,5,9-环十二三烯的构象 047
3.2.3  顺,顺,反-1,5,9-环十二三烯的构象 048
3.2.4  顺,顺,顺-1,5,9-环十二三烯的构象 048
3.3  1,2,5,6,9,10-三苯并-1,5,9-环十二三烯的构象 050
3.4  环十二四烯的立体化学 053
3.4.1  1,2,7,8-环十二四烯的构象 053
3.4.2  反,反,反,反-1,4,7,10-环十二四烯的构象 054
3.4.3  顺,顺,顺,顺-1,4,7,10-环十二四烯的构象 055
3.4.4  环四聚藜芦烯的构象 055
3.5  反,顺-3,8-环十四二烯-1,1,6,6-四羧酸甲酯的构象 057
3.6  1,3-大环二烯的构象 057
3.6.1  顺,反-1,3-环十四二烯的构象 058
3.6.2  顺,反-1,3-环十八二烯的构象 058
3.6.3  反,反-1,3-环十八二烯的构象 058
3.7  结构对称的大环二烯的构象 059
3.7.1  反,反-大环二烯的构象 059
3.7.2  顺,顺-大环二烯的构象 059
3.8  环十二炔的构象 061
3.9  结构对称的大环二炔的构象 062
3.9.1  1,7-环十二二炔及其衍生物的构象 064
3.9.2  1,8-环十四二炔及其衍生物的构象 065
3.9.3  含杂原子1,8-环十四二炔衍生物的构象 067
3.9.4  3,3,8,8,11,11,16,16-八甲基-3,8,11,16-四硅杂-1,9-环十六二炔的构象 070
3.9.5  1,10-环十八二炔的构象 070
3.9.6  1,13-环二十四二炔的构象 070
3.9.7  1,14-环二十六二炔的构象 071
参考文献 071

第4章  大环酮的立体化学 074
4.1  环十二酮及其衍生物的立体化学 074
4.1.1  环十二酮的构象 074
4.1.2  α-单取代环十二酮的构象及其顺反异构 077
4.1.3  α-单取代环十二酮肟和缩氨基硫脲的构象及类羰基顺反异构 089
4.1.4  α,α-二取代环十二酮的构象及其羰基顺反异构 091
4.1.5  α,α'-二取代环十二酮的构象及其羰基顺反异构 093
4.1.6  α,β'-二取代环十二酮的构象及其羰基顺反异构 101
4.1.7  α,α,α'-三取代环十二酮的构象及其顺反异构 104
4.1.8  含环十二酮单元的桥环化合物的构象 108
4.2  环十三酮的构象及Goto命名法 110
4.3  环十四酮的构象 113
4.4  环十五酮的构象 114
4.5  环十六酮的构象 115
4.6  大环酮的一般立体化学特征 117
4.7  1,2-环十二烷二酮及其衍生物的构象 118
4.7.1  1,2-环十二烷二酮的构象 118
4.7.2  α-单取代环十二烷二酮单肟的构象 118
4.8  偶数对称大环二酮的构象 120
参考文献 122

第5章  大环内酯及大环内酰胺的立体化学 124
5.1  大环内酯的结构特征 124
5.2  十二元环内酯的构象 125
5.2.1  Dendrodolides的构象 125
5.2.2  类弯孢菌素A的构象 127
5.2.3  邻麝香草酸三内酯（tri-ortho-thymotide）的构象 128
5.3  十三元环内酯的构象 130
5.3.1  氟代十三元环内酯的构象 130
5.3.2  布雷菲德菌素A（Brefeldin A）的构象 131
5.4  十四元环内酯的构象 133
5.4.1  结构简单的十四元环内酯的构象 133
5.4.2  金刚石晶格模型与某些十四元环内酯抗生素的构象 136
5.4.3  某些十四元环内酯抗生素构象的现代技术研究 140
5.5  十五元环内酯的构象 150
5.5.1  前沟藻内酯O和P（amphidinolides O, P）的构象 150
5.5.2  阿奇霉素（azithomycin）的构象 151
5.6  十六元环内酯的构象 152
5.6.1  12-芳氧乙酰氧基亚氨基-1,15-十五内酯的构象 153
5.6.2  麦新米星（mycinamicin）的构象 154
5.6.3  N-芳基磺酰基-13-氮杂十六元环内酯的构象 155
5.6.4  1-硫杂-2-芳亚氨基-3,4-二氮杂-9-氧杂-10-氧代螺[4,15]二十-3-烯的构象 156
5.7  大环内酰胺的结构特征 157
5.8  十二元环内酰胺的构象 158
5.8.1  1,11-十一内酰胺的构象 158
5.8.2  N,N',N''-三取代邻氨基苯甲酸三内酰胺的构象 159
5.9  十四元环内酰胺的构象 159
5.9.1  1,13-十三内酰胺的构象 159
5.9.2  fluvirucin A1的构象 161
5.10  十六元环内酰胺的构象 162
参考文献 164

第6章  大环化合物的动态立体化学 166
6.1  偕二甲基效应与构效关系研究 166
6.1.1  一种天然麝香内酯的构效关系研究 166
6.1.2  麝香酮的构效关系研究 167
6.2  环大小与反应活性 169
6.2.1 大环饱和碳原子上的亲核取代反应 169
6.2.2  α-羰基环烷酮的酮-烯醇式互变异构 172
6.2.3  α-硝基环烷酮与α-取代丙烯醛的Michael加成 174
6.3  环十二酮取代反应的顺反选择性 177
6.3.1  具有顺式选择性的反应—α-羰基顺-R-环十二酮的合成 177
6.3.2  具有反式选择性的反应—α-羰基反-R-环十二酮的合成 180
6.4  取代环十二酮还原的顺反选择性 182
6.5  取代环十二酮与氨衍生物反应的顺反选择性 183
6.6  环十二酮的扩环反应 186
6.7  1,10-十八烷二酮两个羰基反常的反应活性 188
6.8  大环烯顺反异构体的相互转换 190
6.9  大环烯的跨环环氧化 192
6.9.1  顺,反,反-1,5,9-环十二三烯的跨环环氧化 192
6.9.2  阿匹枯拉菌素A（apicularen A）全合成中的跨环环氧化 193
6.10  大环烯的跨环Michael加成 194
6.10.1  ( )-Sch 642305全合成中的跨环Michael加成 195
6.10.2  (-)-sinulariadiolide全合成中的跨环Michael加成及串联反应 196
6.11  大环的跨环醇酮缩合 198
6.11.1  1,3,5,7,9,11-环十二六酮的跨环醇酮缩合及串联反应 198
6.11.2  ( )-miyakolide全合成中的跨环醇酮缩合 201
6.12  跨环D-A反应 202
6.12.1  跨环D-A反应的发现 202
6.12.2  跨环D-A反应的一般规律 203
6.12.3  大环三烯连接链长与跨环D-A反应活性的关系 211
6.12.4  不对称催化跨环D-A反应 213
6.12.5  (-)-spinosyn A全合成中的跨环D-A反应 216
参考文献 219

本书在概述大环化合物的研究概况、发展趋势及展望的基础上，系统阐述了普通大环化合物的立体化学，包括大环烷、大环烯烃，大环炔烃，大环酮、大环内酯、大环内酰胺的构象，及其由环内双键和环上取代基引起的顺反异构等内容，重点分析了大环化合物的构象。此外，还介绍了大环化合物某些特有的性质以及发生在大环环上的几个典型反应的构象分析。本书可供化学、化工、制药、生物等领域研究人员阅读，也可作为高等院校、研究单位相关专业的教师、研究的参考书。

王道全，曾任中国农业大学教授，博士生导师，现已退休。1984年3月研究生毕业于北京大学，获理学博士学位，随即入职中国农业大学。在职期间，曾于1989年、1999年两次以访问学者身份在加拿大多伦多大学从事合作研究。曾讲授基础有机化学、高等有机化学、现代有机化学选讲等课程，并同时从事大环化合物立体化学及农药化学研究。1991年1月，国家、国务院学位办联合授予“做出突出贡献的中国博士学位获得者”称号；1993年10月起，享受国务院政府特殊津贴。