[2+2]环加成的拓展内容

上一期链接：初探[2+2]环加成

流动化学技术的使用也极大的方便了这类化合物的制备与监测，使得这类反应能够兼顾高产率与高通量。下面的这个例子在通常的反应器中转化率仅有8%：

热条件下的[2+2]环加成

在非光照的[2+2]环加成的例子中，很少出现低温反应，而常常在200℃以上。结合前面看到的芳烃的[2+2]环加成反应，可以推测反应经过自由基中间体——自由基的反应不需要考虑分子轨道波函数的相位和对称性禁阻，并且甚至可能是分两步的反应——当然进一步的验证还需要更多证据。

利用丙二烯衍生物作为模板化合物，可以推测对称的丙二烯二聚反应将产生两种异构体，而不对称的丙二烯二聚将产生更多的异构体，包括四种以上的不同物种。

基于实验结果，研究人员提出了自由旋转的双自由基机理，但是需要一种机制来保证其立体选择性，并且还要解释为何这类反应常倾向于得到位阻更大的产物。这种双自由基中间体要么在其存在过程中保持其立体化学(可能是通过次级轨道重叠)，要么是由丙二烯底物以立体特异性步骤形成(可能是在空间和轨道对称性控制下)。

虽然我们已经定性地讨论了双键发生[2+2]环加成的可行性，但是在环加成中还存在一个特殊的例子——烯酮和双键的[2+2]环加成并不需要高温条件，但是按照传统的前线轨道理论似乎又是对称性禁阻的，因此对烯酮体系的[2+2]环加成反应还需要更具有说服力的计算化学结果来支持。

通过最简单的单点计算，可以绘出烯酮与烯烃的前线轨道，显而易见是对称性禁阻的。对于左边这个模板底物，烯酮和双键处于同一个分子内。利用IRC计算，可以绘出模板底物的两种典型区域选择性的能量-路径图：

可以看出，形成[3·2·0]比[3·1·1]的过渡态能量更低，从而很好的解释了区域选择性。而从过渡态可以看出，实际上并未出现一个平面四边形的过渡态，而是出现了轨道的斜交——这就很有效的避免了对称性禁阻的环加成方式。

参考文献

[1]          Gaussian 09, Revision A.02-SMP ,M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R.Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, X. Li, M.Caricato, A. Marenich, J. Bloino, B. G. Janesko, R. Gomperts, B. Mennucci, H.P. Hratchian, J. V. Ortiz, A. F. Izmaylov, J. L. Sonnenberg, D. Williams-Young,F. Ding, F. Lipparini, F. Egidi, J. Goings, B. Peng, A. Petrone, T. Henderson,D. Ranasinghe, V. G. Zakrzewski, J. Gao, N. Rega, G. Zheng, W. Liang, M. Hada,M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda,O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, K. Throssell, J. A. Montgomery, Jr., J. E.Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N.Staroverov, T. Keith, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J.C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, J. M. Millam, M. Klene, C.Adamo, R. Cammi, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, O. Farkas, J. B.Foresman, and D. J. Fox, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2016.

[2]          Nagata,T.; Obora, Y., Transition‐Metal‐Mediated/Catalyzed Synthesis of Pyridines,Pyrimidines, and Triazines by [2+2+2] Cycloaddition Reactions. Asian Journal ofOrganic Chemistry 2020, 9 (10), 1532-1547.

[3]          Lledó,A.;  Pla-Quintana, A.; Roglans, A.,Allenes, versatile unsaturated motifs in transition-metal-catalysed [2+2+2]cycloaddition reactions. Chemical Society Reviews 2016, 45 (8), 2010-2023.

[4]          Alcaide,B.;  Almendros, P.; Aragoncillo, C.,Exploiting [2+2] cycloaddition chemistry: achievements with allenes. Chem. Soc.Rev. 2010, 39 (2), 783-816.

[5]          Sarkar,D.;  Bera, N.; Ghosh, S., [2+2]Photochemical Cycloaddition in Organic Synthesis. European Journal of OrganicChemistry 2020, 2020 (10), 1310-1326.

[6]          Garcia-Lacuna,J.;  Dominguez, G.; Perez-Castells, J.,Flow Chemistry for Cycloaddition Reactions. ChemSusChem 2020, 13 (19),5138-5163.

[7]          Fan,X.;  Zhang, P.;  Wang, Y.; Yu, Z. X., Mechanism andRegioselectivity of Intramolecular [2+2] Cycloaddition of Ene–Ketenes: A DFTStudy. European Journal of Organic Chemistry 2020, 2020 (37), 5985-5994.

[8]          RichardRemy and Christian G. Bochet，Arene−AlkeneCycloaddition，DOI: 10.1021/acs.chemrev.6b00005

[9]          Domínguez,G.; Pérez-Castells, J., Recent advances in [2+2+2] cycloaddition reactions.Chemical Society Reviews 2011, 40 (7).

[10]       AnnaRoglans, Anna Pla-Quintana, and Miquel Solà，MechanisticStudies of Transition-Metal-Catalyzed [2 + 2 + 2] Cycloaddition Reactions

https://dx.doi.org/10.1021/ acs.chemrev.0c00062

[11]       SanerPoplata, Andreas Tröster, You-Quan Zou, and Thorsten Bach，Recent Advances in the Synthesis ofCyclobutanes by Olefin[2 + 2] Photocycloaddition Reactions，DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00723

[12]       Lemal,D. M., Pathways for Concerted [2 + 2] Cycloaddition to Cumulenes. The Journalof Organic Chemistry 2017, 82 (24), 13012-13019.