本文作者：孙苏赟

对于非对称的二烯体和亲二烯体底物，反应的区域选择性依然可以用前线轨道理论来解释。

1. 一般规律

一般来说，反应的规律是倾向于生成邻位和对位的产物，例如[1]：

以邻位产物为例，邻位产物所对应的过渡态更符合能垒最小的反应途径，以之前说的LUMO-HOMO相互作用来说，亲双烯体LUMO和双烯体HOMO相互作用时比亲双烯体HOMO和双烯体LUMO相互作用能量差更低：

如果有两个反应组分，双烯体X和亲双烯体Y，X和Y的端位常数分别为x, (x+n)和y, (y+m)，那么按照Salem-Klopman方程可得出表两种相互作用的表达式分别为达式

xy+(x+n)(y+m) 和x(y+m)+y(x+n)：

当n,m同号时，两式子相差：

[ xy+( x+ n)( y+ m)]-[ x( y+ m)+ y( x+ n)]= mn>0

也就是说前者的相互作用大于后者，因此更有利于反应的发生。

同时，也可供电子推动的角度来看DA反应的区域选择性：

但是这个方法不能在所有的情况下推广，例如(Z)-1, 3-戊二烯酸和丙烯酸的反应中，上述理论使得双烯体的C₄和亲双烯体的C₃带有正电性，这样的反应中产物应该以间位产物居多，但是事实上邻位产物位主产物，占比90%：

因此以上的价键理论是存在缺陷的。对于以上双烯体和亲双烯体上有相同取代基的反应体系，可以用前线轨道理论进行一下处理：

计算得到，双烯体HOMO和亲双烯体LUMO的相互作用和双烯体LUMO和亲双烯体HOMO的相互作用相比，前者的能量差更小，因此在反应中体现出的结果是产物以邻位产物为主。

对于三类不同的取代基X, Z, C在双烯体和亲双烯体上不同的位置，一共有18种不同的组合，其中邻位产物由端位取代的双烯体产生，对位产物由非端位取代的双烯体产生，并且两者的数量各占一半，这里是几个例子：

2. 几个特例

a. X-取代基双烯体和X-取代基亲双烯体的反应

当双烯体和亲双烯体的取代基均为X类时，这样的环加成和以上的区域选择性就会有明显的出入，下边的前线轨道作用图就可以看出：

无论是X-取代的端位取代的双烯体还是非端位取代的双烯体，当他们和另一个X-取代的亲双烯体相互作用时，HOMO和LUMO的能量之差相差地不大，因此在实际的反应中两种反应方式的竞争效应不是很明显，以导致会产生较多的和之前规律预测相反的反应结果，例如：

另一个对于此类反应结果的解释是采用双自由基中间体的理论，因为周环反应的性质和自由基在一定程度上是类似的。例如2-取代的双烯体作为例子，可以发现反应中更加稳定的自由基中间体可以反应得到间位产物：

b. 硼取代基底物

当底物中取代基含硼时，硼的电负性会改变反应的性质，并且硼有一个可以作为σ-供电和π-吸电的空p轨道，所以我们可以把它当做一个Z取代基来降低双烯体中LUMO来活化反应。例如乙烯基-9-BBN，就可以在常温下非常快速的和双烯体发生环加成：

但是对应的烯基硼酸和硼酸酯衍生物的反应速率就大不如此了，因为硼原子的p轨道和氧原子发生共轭，因此对于共轭的双键的活化作用就不是那么的明显了。这里值得注意的是，反应得到间位加成产物的原因是由于9-BBN的大位阻使得难以发生得到邻位产物的反应。

c. 双羰基的差别活化效应

而对于二羰基取代的亲双烯体，反应也有一些特殊性。例如下边的顺丁烯二酸酐的加成反应：

由于甲基的超共轭作用，使得C₄-羰基对双键的活化作用远不如C₁-羰基，在此导向下产生的环加成区域选择性使得产物以邻位为主。另一个例子是在对苯醌衍生物作为亲双烯体的反应中，区域选择性的原理是类似的：

另外一种情况，是不对称且与其他体系共轭的双烯体，他们不能被简单的分类到X/C/Z取代的底物中去，例如托普酮，其LUMO和HOMO常数如下所示：

当不同电子密度环境的亲双烯体与之发生反应时，使用的前线轨道是不同的，但区域选择性相同：

3. 杂原子DA反应的区域选择性

能参与杂原子DA反应的官能团不是很多，例如在一定条件下的羰基，氰基，和一些其他含大电负性原子的不饱和体系。以羰基为例，因为碳-氧共轭的作用，使得羰基的LUMO能量相对较低：

因此大多数羰基参与的杂原子DA反应都是双烯体的HOMO和羰基的LUMO之间的相互作用而发生的，这样就解释了为什么羰基化合物的DA反应的区域选择性大都比较好：

而当羰基作为双烯体的一部分参与DA反应时，例如丙烯醛的二聚反应，反应的情况和之前说的顺丁烯二酸和丙烯酸的DA反应就有有些类似了：

References

1. Chem. Int. Ed. Engl.,1967, 6, 16. DOI: 10.1002/anie.196700161