吡咯和吲哚羧酸的脫羧官能化研究進展

張 嬌，劉晉言，陳 霞

(六盤水師范學院 化學與材料工程學院，貴州 六盤水 553004)

吡咯和吲哚具有特殊的結構(圖1)，其N-H鍵具有微弱的酸性，含氮雜環(huán)部分具有較高的電子云密度。因此，在吡咯和吲哚官能化過程中，存在N-，2-和3-位三個活性位點之間存在著競爭反應，如在吲哚的烴基化反應中，可以通過反應條件或烴烷基化試劑的控制，選擇性合成N-烴基化[1]，2-烴基化[2]或3-烴基化產物[3]。

圖1 吡咯和吲哚的結構

通過吡咯羧酸和吲哚羧酸類化合物的脫羧和脫羧官能化過程，可以實現(xiàn)吡咯和吲哚的高選擇性、溫和轉化，為吲哚類化合物的轉化和吲哚骨架功能分子的合成提供新方法。目前，吡咯羧酸和吲哚羧酸的脫羧官能化主要集中在質子酸促進吡咯羧酸的脫羧反應和過渡金屬催化吲哚羧酸的脫羧官能化反應方面的研究。

1 質子酸促進吡咯羧酸的脫羧反應

圖2 水在質子酸催化2-吡咯羧酸脫羧反應中的作用

在吡咯羧酸的脫羧反應方面，主要集中于質子酸催化或促進2-吡咯羧酸的反應機理研究。Kluger等人詳細研究了水在質子酸催化2-吡咯羧酸脫羧反應中的作用(圖2)[4]。

研究發(fā)現(xiàn)，在質子酸催化作用下，有助于羧酸與水形成原甲酸類物種，并進一步分解生成吡咯、二氧化碳和水。隨后的研究中，作者系統(tǒng)研究了質子酸催化羧酸類化合物的脫羧反應過程，分析和實驗驗證了原甲酸活性物種的生成[5]。

2 過渡金屬催化吲哚羧酸的脫羧官能化

吲哚羧酸的脫羧官能化反應研究起步較晚，直到2008年，Miura課題組發(fā)展了鈀催化2-吲哚羧酸和3-吲哚羧酸的脫羧官能化反應研究。在此項研究中，以銅鹽為氧化劑、烯烴為烯基化試劑，可以實現(xiàn)吲哚羧酸的區(qū)域選擇性氧化脫羧烯基化反應，合成2-烯基吲哚或3-烯基吲哚類化合物(圖3)。同時，此催化體系可以適用于呋喃、吡咯和噻吩羧酸的氧化烯基化，取得了中等以上的收率[6]。

圖3 鈀催化吲哚羧酸區(qū)域選擇性氧化脫羧烯基化

圖4 鈀催化吲哚羧酸脫羧官能化合成稠雜芳香化合物

在接下來的工作中，該課題組進一步拓展鈀催化吲哚羧酸的氧化脫羧官能化反應的應用，實現(xiàn)了吲哚羧酸與炔烴合成稠雜芳香化合物(圖4)。在此反應基礎上，研究者推測并初步驗證了反應可能經歷的歷程[7]。

最近，Hikuwa等人開展了金催化3-吲哚羧酸的脫羧官能化反應研究(圖5)。在此項研究中，作者以四氯金酸鈉為催化劑、芐醇為芐基化試劑、水為溶劑，實現(xiàn)了3-吲哚羧酸的高效、高選擇性脫羧芐基化反應，并推測了反應可能存在的機理[8]。機理推測認為，在金催化劑作用下，反應可能經歷了環(huán)狀亞胺鹽正離子和芐基碳正離子中間體，促進反應順利進行。

圖5 金催化3-吲哚羧酸脫羧芐基化

Guo課題組在銅催化2-吲哚羧酸的脫羧N-芳基化研究中取得進展(圖6)。作者研究發(fā)現(xiàn)，以氧化亞銅為催化劑、芳基碘代物或溴代物為芳基化試劑，能夠高效、高選擇性獲得N-芳基吲哚產物。機理分析認為，脫羧反應過程中，有助于N-[Cu]中間體的形成，進一步發(fā)生C-N偶聯(lián)反應，實現(xiàn)N-芳基吲哚的選擇性合成[9]。

圖6 銅催化2-吲哚羧酸脫羧N-芳基化

3 展望

羧酸類化合物的脫羧和脫羧官能化反應研究是有機化學關注的焦點領域。在過去的研究中，主要集中于芳基羧酸的脫羧官能化反應研究[10]，針對雜環(huán)羧酸類化合物的研究較少[11]，尤其是吡咯羧酸和吲哚羧酸的研究。通過開展吡咯羧酸和吲哚羧酸的脫羧官能化反應研究，實現(xiàn)此類雜環(huán)骨架功能分子的合成，具有重要的實際應用意義。此外，在現(xiàn)有吡咯羧酸和吲哚羧酸脫羧反應機理的基礎上，開發(fā)新型反應體系和反應試劑，將為其官能化反應研究提供更多事實依據(jù)。