1.3.2　1，4-二锂-1，3-丁二烯试剂同小分子底物的分子间反应

当双锂试剂同小分子底物反应时，其结构中的两个碳-锂键可能会同时参与反应，表现出协同效应，从而得到与传统单金属有机试剂不同的反应结果。

图1-7 α-锂噻咯化合物6与多种亲电试剂反应后得到的多取代噻咯化合物

1.同羰基类化合物的反应

双锂试剂与1.0当量酮类或醛类化合物在-78℃下反应，可以得到多取代环戊二烯化合物7（图1-8）^[23]。在该反应过程中，首先双锂试剂中的一个碳-锂键对羰基基团进行亲核加成，随后另一个碳-锂键进行分子内的亲核进攻，最终形成环戊二烯衍生物，同时可能伴随氧化锂的消除。

图1-8 双锂试剂与酮类或醛类化合物的反应

双锂试剂同2.0当量醛类化合物反应，能够以高立体选择性得到2，5-二氢呋喃衍生物10（图1-9）^[41]。对于该过程，有两种可能的反应路径。第一种是分子内亲核进攻，随后消除氧化锂得到最终产物（路线a）。第二种则是酸促进的烯丙基重排和环化反应（路线b）。

图1-9 双锂试剂与醛类化合物的反应

2.同异硫氰酸酯的反应

有机锂试剂同异硫氰酸酯的反应是制备含S、N或O化合物的常用方法。双锂试剂同异硫氰酸酯反应，能够以高分离收率和高选择性得到环戊二烯基亚胺衍生物13和14（图1-10）^[42]。

图1-10 双锂试剂与异硫氰酸酯的反应

3.同二氧化碳和二硫化碳的反应

有机锂试剂同二氧化碳和二硫化碳的反应在有机合成中具有广泛的应用。有机锂化合物同二氧化碳反应后的产物经水解后通常为羧酸类化合物^[43]。1992年，Breitmaier等报道了分子不同的两种有机锂试剂同二氧化碳反应得到不对称酮类化合物的反应^[44]。当双锂试剂与二氧化碳反应时，所得产物为环戊二烯酮类衍生物15（图1-11）^[22]。而当双锂试剂与二硫化碳反应时，并未生成相应的环戊二烯基硫酮化合物16。根据取代基的不同，该反应所得产物为多取代的噻吩衍生物17或噻喃-2-硫酮衍生物18^[45，46]。

图1-11 双锂试剂与二氧化碳和二硫化碳的反应

4.同一氧化碳的反应

有机锂试剂同一氧化碳的反应通常得到酰基锂试剂，它是合成羰基类化合物的重要中间体^[47]。但是酰基锂具有非常高的反应性，即使在低温条件下也难以稳定存在，这极大地限制了它的应用。

当双锂试剂同一氧化碳反应时，由于分子中两个碳-锂键的协同效应，其中一个碳-锂键发生羰基化反应生成的酰基锂能够被邻近的另外一个碳-锂键所稳定，从而表现出不同的反应模式，并且成功实现了反应中间体——氧代-环戊二烯基二锂化合物（OCp化合物）19的分离（图1-12）^[48，49]。

图1-12 双锂试剂与一氧化碳的反应

OCp化合物19的单晶结构中含有两个氧代-环戊二烯基阴离子单元，两者通过一个“Li₂O₂”的四元环连接在一起。每个环戊二烯阴离子环上均有一个锂原子以η⁵的形式与之配位（图1-13）。

(https://www.daowen.com)

图1-13 OCp化合物19的晶体结构

OCp化合物19经水解后能够以高收率得到3-环戊烯-1-酮化合物20（图1-14）。当OCp化合物19与2.0当量亲电试剂如碘甲烷、烯丙基溴、苄基卤化物和炔丙基卤化物等反应时，可以高收率和高选择性地得到相应的多取代3-环戊烯-1-酮化合物。

5.同腈类化合物的反应

有机锂试剂同腈类化合物反应得到的N-锂代酮亚胺在金属有机化学中具有重要的应用。通常，反应所得的N-锂代酮亚胺中间体既能够与有机卤化物或质子进行分子间反应得到亚胺或酮类化合物，又能够与有机卤化物进行分子内反应生成含氮杂环。我们的研究结果表明，双锂试剂同腈类化合物反应时展现出不同于一般有机锂试剂与腈类化合物的反应结果。根据丁二烯骨架上取代基及所用腈类化合物的不同，反应后可以分别得到吡啶、环戊二烯基胺、Δ¹-双吡咯啉（Δ¹-bipyrroline）、噻咯、（Z，Z）二乙烯基硅烷和2，6-二氮杂半瞬烯（NSBV）等化合物。

图1-14 OCp化合物19与亲电试剂的反应

双锂试剂与芳基腈类化合物在六甲基磷酸三酰胺（HMPA）存在的条件下反应，能够以高收率得到全取代的吡啶衍生物21（图1-15）。当使用2-氰基吡啶时，能够得到2，2′-双吡啶衍生物^[50，51]。

图1-15 双锂试剂与芳基腈类化合物的反应

如果降低反应温度，将四烷基取代的双锂试剂同2-氰基吡啶在－60℃和HMPA存在的条件下反应，则能够分离得到环戊二烯基胺化合物22，同时仍伴随吡啶化合物21a的生成（图1-16）。

图1-16 双锂试剂与2-氰基吡啶的反应

先将丁二烯骨架上1，4-位无取代基且2，3-位为烷基环状结构的双锂试剂同三级脂肪腈反应，随后用NaHCO₃水溶液淬灭，能够得到三环Δ¹-双吡咯啉化合物24。我们推测，该反应过程中可能存在二阴离子中间体23。该反应是三环Δ¹-双吡咯啉化合物的首次合成（图1-17）^[52]。

图1-17 双锂试剂与三级脂肪腈的反应

当1，2，3，4-四取代的双锂试剂同Me₃SiCN反应时，经过分子内串联硅烷化反应，能够得到噻咯化合物25。然而，当2，3-二取代的双锂试剂与Me₃SiCN反应时，能够高选择性地得到（Z，Z）二乙烯基硅烷化合物26（图1-18）。

图1-18 双锂试剂与Me₃SiCN的反应

上述一系列结果表明，双锂试剂同腈类化合物具有丰富的反应化学，并且反应所得产物受双锂试剂丁二烯骨架上取代基及腈类化合物的种类的影响。

2，6-二氮杂半瞬烯（NSBV）及其全碳类似物半瞬烯（SBV）的分子骨架中含有较大张力的环状结构，且具有分子内快速aza-Cope重排和同芳香性的结构特点，在理论和实验中均有很高的研究价值^[53]。但是由于其合成方法的局限性，关于NSBV的合成、结构和反应化学的研究鲜有报道。我们通过将丁二烯骨架上1，4-位为氢原子的双锂试剂同不含α氢的腈类化合物反应，成功合成了多取代NSBV化合物^[54]。如图1-19所示，我们发展了两种方法合成NSBV，第一种方法为一锅法（方法a）。反应过程中首先形成环状二阴离子化合物27，随后向体系中加入二叔丁基过氧化物作为氧化剂，最后能够得到NSBV 28a～28f。第二种方法为分步法（方法b）。首先双锂试剂与腈反应得到Δ¹-双吡咯啉，随后加入正丁基锂生成化合物27，然后加入高价碘化合物PhI（OAc）₂作为氧化剂与化合物27反应，最后能够得到NSBV 28a～28e、28g和28h。该反应展示了双锂试剂在合成化学中的独特应用价值。

图1-19 2，6-二氮杂半瞬烯的合成

6.同白磷的反应

磷杂环戊二烯负离子化合物具有五元6π芳香性环状结构，是配位化学中的重要配体之一。但是磷杂环戊二烯负离子化合物通常需要多步反应制得，并且反应条件苛刻、后处理过程烦琐^[55]。

双锂试剂与白磷（P₄）反应，能够直接从白磷分子以高收率得到磷杂环戊二烯基锂化合物29，同时生成膦锂簇化合物[P₃Li]_x（图1-20）^[56，57]。该反应的操作流程简单、时间短，适用于多种取代基，是一种磷杂环戊二烯负离子化合物的高效合成方法。

理论计算显示，双锂试剂的双锂桥结构对于白磷的选择性活化具有重要的影响（图1-21）。在反应过程中，首先，一个锂离子同白磷的一个磷原子上的孤对电子进行配位，得到中间体IM1。随后，白磷分子中的两个磷-磷键断裂，同时生成两个碳-磷键和一个磷-锂键。之后，双锂试剂的另一个碳-锂键进攻同一个磷原子，在芳构化驱动力的作用下，经过环状过渡态TS2，得到最终产物磷杂环戊二烯基锂化合物29。

图1-20 磷杂环戊二烯基锂化合物29的合成

图1-21 双锂试剂活化白磷的反应机理