過渡金屬催化1,2,4-三唑衍生物的合成研究進(jìn)展

劉亞威，王建紅，賴貞貞，楊鵬坤，柴　嶺，徐　浩，徐元清，安光旭

(1.河南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，河南 開封 475004；　2.京東方科技集團(tuán)股份有限公司，北京 100015)

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過渡金屬催化1,2,4-三唑衍生物的合成研究進(jìn)展

劉亞威1，王建紅1，賴貞貞1，楊鵬坤1，柴嶺1，徐浩1，徐元清1，安光旭2

(1.河南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，河南 開封 475004；2.京東方科技集團(tuán)股份有限公司，北京 100015)

1,2,4-三唑衍生物在醫(yī)藥、農(nóng)藥、功能性材料等多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，該類化合物的合成也成為當(dāng)前的熱點之一，尤其是過渡金屬催化1,2,4-三唑的合成具有簡單、直接、高效等優(yōu)點，近年來發(fā)展迅速. 本文針對當(dāng)前報道較多的幾種過渡金屬催化1,2,4-三唑合成新方法的研究進(jìn)展進(jìn)行了簡要介紹.

1,2,4-三唑；合成方法；過渡金屬；研究進(jìn)展

三唑化合物是由三個氮原子構(gòu)成的芳香族雜環(huán)結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)存在著多種分子間作用，如氫鍵、配位、離子偶極、疏水等作用等. 1,2,4-三唑環(huán)的獨特結(jié)構(gòu)使其具有抗菌、抗病毒、抗炎、抗癌、抗氧化等多種生物活性和藥物活性，在醫(yī)藥、農(nóng)藥、材料科學(xué)等領(lǐng)域取得了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用[1]. 如具有抗真菌的氟康唑、伏立康唑[2]，抗癌作用的來曲唑、阿那曲唑，抗病毒常用藥物利巴韋林中都含有1,2,4-三唑骨架[3]，在農(nóng)業(yè)方面，1,2,4-三唑作為農(nóng)用化學(xué)品得到了廣泛的應(yīng)用，如殺菌劑、除草劑、殺蟲劑等[4]. 因此，尋找簡單、高效的方法合成1,2,4-三唑衍生物吸引了越來越多化學(xué)工作者的注意力. 近些年，過渡金屬催化合成氮雜環(huán)衍生物的發(fā)展相當(dāng)迅速，這些方法具有簡單、高普適性、高收率等特點，為目標(biāo)分子提供了一種高效、實用的合成方法. 下面對過渡金屬催化合成1,2,4-三唑類衍生物的合成方法進(jìn)行分類簡要介紹.

1　銅催化合成1,2,4-三唑衍生物

2009年，SAGANAWA課題組報道了從簡單的脒和腈出發(fā)，銅催化串聯(lián)氧化合成1,2,4-三唑衍生物的方法(見圖1). 該方法以環(huán)境友好的空氣作為氧化劑，首次實現(xiàn)了從簡單底物出發(fā)1,2,4-三唑衍生物的催化合成[5].

2012年，F(xiàn)U課題組報道了以脒為底物，銅催化1,2,4-三唑的合成方法，該方法簡便、溫和且產(chǎn)率高(見圖2)[6].

圖1　以腈和脒為底物銅催化合成1,2,4-三唑衍生物Fig.1　Copper-catalyzed synthesis of 1,2,4-triazoles from nitriles and amidines

圖2　以脒為底物銅催化合成1,2,4-三唑Fig.2　Copper-catalyzed synthesis of 1,2,4-triazoles from amidines

2014年，ZHAO課題組報道了非均相銅鋅復(fù)合催化體系催化合成1,2,4-三唑衍生物的方法. 該方法以空氣作為氧化劑，具有良好的收率，并且該催化劑可以多次循環(huán)使用(見圖 3)[7].

圖3　銅鋅體系催化合成1,2,4-三唑Fig.3　Copper-zinc system catalyzed synthesis of 1,2,4-triazoles

2015年，YOUNG-DAE課題組報道了以硫酸鈰作為氧化劑，銅輔助多步法合成1,2,4-三唑衍生物的方法(見圖4)，并取得了較高的收率(88%)[8].

圖4　硝酸銅輔助合成1,2,4-三唑Fig.4　Cu(NO3)2 mediated synthesis of 1,2,4-triazoles

2015年，華南理工大學(xué)JIANG課題組報道了在空氣氧化條件下氯化銅催化合成1,2,4-三唑的方法(見圖5)[9]. 同年，BHISMA課題組報道了溴化銅催化合成雙取代苯基的1,2,4-三唑衍生物(見圖6)[10].

圖5　氯化銅催化合成1,2,4-三唑Fig.5　CuCl2 catalyzed synthesis of 1,2,4-triazoles

圖6　溴化銅催化合成雙取代苯基的1,2,4-三唑Fig.6　CuBr2 catalyzed synthesis of phenyl substituted 1,2,4-triazoles

2015年，河南大學(xué)XU課題組報道了以結(jié)構(gòu)更為簡單的腈和羥胺為底物，銅催化一鍋合成對稱和非對稱二取代的1,2,4-三唑衍生物的方法(見圖7)[11].

圖7　醋酸銅催化一鍋法合成不同取代基的1,2,4-三唑Fig.7　Cu(OAc)2 catalyzed one-pot synthesis of1,2,4-triazoles

過渡金屬在催化有機(jī)合成方面已取得了廣泛應(yīng)用，與其他貴金屬催化劑相比，銅催化劑活性較低，但在1,2,4-三唑合成方面，銅催化方法反應(yīng)收率較高，具有反應(yīng)條件溫和、環(huán)境友好等方面的優(yōu)勢. 隨著環(huán)境保護(hù)的力度加大，銅催化合成1,2,4-三唑衍生物仍將成為未來研究的熱點之一.

2　其他過渡金屬催化合成1,2,4-三唑類衍生物

2.1鐿催化

腙作為底物的過渡金屬催化分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)是合成氮雜環(huán)化合物的一類重要方法，具有簡潔、高收率等優(yōu)點. 2005年，浙江工業(yè)大學(xué)的SU課題組報道了以腙和腈為底物，通過鐿催化環(huán)化反應(yīng)合成三唑類衍生物的方法(見圖8)，并且催化量的鐿化合物催化反應(yīng)后可重復(fù)使用且活性沒有變化，但該方法底物較為復(fù)雜，具有一定的局限性[12].

圖8　鐿催化合成1,2,4-三唑Fig.8　Ytterbium-catalyzed synthesis of 1,2,4-triazoles

2.2鈀催化

以一氧化碳作為羰基碳源的鈀催化環(huán)化反應(yīng)是合成雜環(huán)化合物的一類重要方法，該方法具有簡單、高收率等優(yōu)點，并且可以利用有害氣體一氧化碳作為碳源，具有明顯的環(huán)境優(yōu)勢. 2009年，STEVEN課題組報道了以一些簡單、易得的底物出發(fā)，使用鈀催化環(huán)化反應(yīng)構(gòu)建一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化合物的方法(見圖9)[13].

圖9　鈀催化合成1,2,4-三唑Fig.9　Palladium-catalyzed synthesis of 1,2,4-triazoles

2.3銀催化

銀鹽作為催化劑，在氮雜環(huán)的合成中也有著廣泛的應(yīng)用. 使用銀鹽催化環(huán)化合成1,2,4-三唑是一類重要的方法，該方法最大的優(yōu)點在于可以合成具有手性的1,2,4-三唑. 2011年，MATHIEU課題組報道了，使用銀鹽作為催化劑合成1,2,4-三唑的方法(見圖10)[14]. 同年，AL-SOUND課題組報道了在碳酸銀的催化下，腙衍生物在乙腈中回流得到1,3,5-三取代的1,2,4-三唑化合物的方法(見圖11)[15].

圖10　銀催化合成1,2,4-三唑Fig.10　Silver-catalyzed synthesis of 1,2,4-triazoles

圖11　碳酸銀催化合成1,2,4-三唑Fig.11　Ag2CO3 catalyzed synthesis of 1,2,4-triazoles

2.4汞催化

2009年，KISELYOV課題組報道了汞作用下，利用脒腙衍生物的分子內(nèi)環(huán)化合成1,2,4-三唑的方法(見圖12). 該方法的收率為78%[16]. 2011年，DU課題組報道了醋酸汞催化下，甲酰肼與硫代酰胺環(huán)化，成功合成了具有抑制糖尿病活性的1,2,4-三唑中間體(見圖13)，但此方法只有22%的收率[17]，收率太低，難以在實際生產(chǎn)中應(yīng)用.

圖12　汞作用合成1,2,4-三唑Fig.12　Synthesis of 1,2,4-triazoles under the action of mercury

圖13　醋酸汞催化合成1,2,4-三唑Fig.13　Hg(OAc)2 catalyzed synthesis of 1,2,4-triazoles

2.5鉬催化

2016年，MANGARAO課題組報道了在鉬催化下一鍋法合成1,2,4-三唑衍生物的方法(見圖14)，該方法收率較高，但此催化劑毒性較高，具有一定的局限性[18].

綜上所述，銀、鐿、鈀等過渡金屬催化劑活性高，反應(yīng)所需條件溫和，收率較高，在已報道的1,2,4-三唑衍生物的催化合成中過渡金屬催化占有一定的比例. 但是，這些過渡金屬催化合成1,2,4-三唑的方法存在有著底物復(fù)雜、金屬催化劑毒性相對較高等問題，具有一定的局限性，不利于在實際中的應(yīng)用.

圖14　鉬催化合成1,2,4-三唑Fig.14　Molybdenum catalyzed synthesisof 1,2,4-triazoles

3　結(jié)論與展望

1,2,4-三唑衍生物在醫(yī)藥、農(nóng)藥等方面的廣泛應(yīng)用使它的合成方法研究成為當(dāng)前的一個研究熱點. 尤其是從簡單底物出發(fā)1,2,4-三唑衍生物的合成，銅催化劑顯示出了非常好的催化效果. 但從產(chǎn)物類型來看，非對稱二芳基取代的1,2,4-三唑及與其他雜環(huán)稠并的雜化1,2,4-三唑衍生物的合成，還缺乏簡單、有效的方法. 因此，這兩類1,2,4-三唑衍生物的合成將是今后該類化合物合成方法構(gòu)建的一個重點研究方向.

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[責(zé)任編輯：吳文鵬]

Research progress of transition metal-catalyzed synthesis of 1,2,4-triazole

LIU Yawei1，WANG Jianhong1，LAI Zhenzhen1，YANG Pengkun1，CHAI Ling1， XU Hao1*， XU Yuanqing1, AN Guangxu2

(1.CollegeofChemistryandChemicalEngineering，HenanUniversity，Kaifeng475004，Henan，China;2.BOETechnologyGroupCo.Ltd.Beijing100015,China)

1,2,4-triazole derivatives are widely used in many fields of medicine, pesticide, functional materials, and synthesis of these compounds has become one of the current hot spots. Particularly transition metal-catalyzed synthesis 1,2,4-triazoles of is simple, direct and efficient, and developing quickly in recent years. In this paper, we mainly introduce several transiton metal catalysts which are widely applied in synthesis of 1,2,4-triazoles.

1,2,4-triazole; synthesis; the transition metal；research progress

2016-06-16.

河南大學(xué)科研基金項目 (2013YBZR008, zzjj20140007), 河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點項目 (15A150041).

劉亞威(1990-),男, 碩士生, 研究方向為有機(jī)合成方法學(xué).*

, E-mail:xuhao@henu.edu.cn.

O626

A

1008-1011(2016)05-0660-05