合成氧雜環(huán)化合物的雙環(huán)化反應(yīng)研究

范 威

（滁州城市職業(yè)學(xué)院 科研處，安徽 滁州 239000）

氧雜環(huán)化合物具有抗癌[1]、抗?jié)僛2]、抗氧化[3]等活性，在雜環(huán)化合物中扮演著特殊角色。Puupehedione[4]、Peniphenone A[5]、Virgatoldes B[5]等活性分子的主要母核均為氧雜環(huán)骨架（圖1）。通過(guò)雙環(huán)化反應(yīng)構(gòu)建氧雜環(huán)骨架得到了廣泛報(bào)道[6]。按照原料的個(gè)數(shù)，可將雙環(huán)化反應(yīng)分為分子內(nèi)和分子間兩種形式。本文按照這兩種雙環(huán)化反應(yīng)對(duì)氧雜環(huán)的構(gòu)建進(jìn)行敘述，將為探索新的合成氧雜環(huán)化合物的方法提供指導(dǎo)。

圖1 含有氧雜環(huán)骨架的活性分子

1 分子內(nèi)雙環(huán)化反應(yīng)

Liu G等[7]用對(duì)甲苯磺酰氯為活化劑，4-二甲基氨基吡啶為親核促進(jìn)劑，從酮酸出發(fā)，制備了具有良好非對(duì)映選擇性的雙環(huán)β-內(nèi)酯。該反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是選用的溶劑廉價(jià)（二氯甲烷），溫度適宜（23℃），原料易得（反應(yīng)方程式1）。

化學(xué)方程式1

Wagner P等[8]報(bào)道了金催化下的分子內(nèi)雙環(huán)化反應(yīng)，在DMF中合成了呋喃并吡喃衍生物。該反應(yīng)涉及到5-endo-dig環(huán)化、區(qū)域選擇性8-endo-dig環(huán)化、逆向8π和6π電環(huán)化等過(guò)程。該反應(yīng)的缺點(diǎn)是選用的催化劑為金，價(jià)格偏貴（化學(xué)方程式2）。

化學(xué)方程式2

Yokoo K等[9]從烷基鏈中帶有二烷基的底物出發(fā)，在1,2-二氯甲烷溶液中回流反應(yīng)24 h，非對(duì)映選擇性地合成了稠合的四氫吡喃。該反應(yīng)涉及氫化物轉(zhuǎn)移所觸發(fā)的雙C(sp3)-H鍵官能化。該合成方法的優(yōu)點(diǎn)是d.r.= ＞20:1，缺點(diǎn)是需要反應(yīng)24 h（反應(yīng)機(jī)理3）。

化學(xué)方程式3

Topczewski J J等[10]描述了環(huán)氧基引發(fā)的串聯(lián)雙環(huán)化反應(yīng)，在三氟化硼乙醚（BF3·OEt2）溶液中合成了一系列苯并色烯。該反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)物結(jié)構(gòu)新穎，缺點(diǎn)是產(chǎn)率不高（化學(xué)方程式4）。

化學(xué)方程式4

Wu C等[11]用二（氰基苯）二氯化鈀催化二醇芳基乙炔衍生物，室溫條件下合成了2H-吡喃并[4,3,2-ij]苯并吡喃。該反應(yīng)選用的溶劑綠色，催化劑廉價(jià)，缺點(diǎn)是原料不易制得（化學(xué)方程式5）。

化學(xué)方程式5

Gai S等[12]從1,3-二酮衍生物出發(fā)，在鈀催化下合成了呋喃螺吡喃衍生物，補(bǔ)充了螺環(huán)化合物的合成方法。該反應(yīng)耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn)有待改進(jìn)（化學(xué)方程式6）。

化學(xué)方程式6

Lee J等[13]報(bào)道了Au（I）催化的環(huán)氧炔烴的環(huán)化反應(yīng)，合成了多功能化的吡喃螺吡喃衍生物。該反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是溫度適宜，但選用的催化劑過(guò)于昂貴，且底物范圍狹窄（化學(xué)方程式7）。

化學(xué)方程式7

2 分子間雙環(huán)化反應(yīng)

Mukherjee S等[14]報(bào)道了N-雜環(huán)卡賓催化的烯醛與2-烯丙基吡啶的環(huán)化反應(yīng)，通過(guò)生成均烯酸酯等效中間體，非對(duì)映選擇性地合成了β-內(nèi)酯稠合的環(huán)戊烷。該反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需金屬催化、溫度適中、非對(duì)映選擇性高。缺點(diǎn)是用時(shí)過(guò)長(zhǎng)，有待進(jìn)一步的縮短（化學(xué)方程式8）。

化學(xué)方程式8

Mullapudi V等[15]以1,6-二炔和直鏈醇為起始原料，二氯甲烷為溶劑，在金和銀共同催化下，合成了呋喃并吡喃衍生物。該反應(yīng)的催化劑價(jià)格偏高，不利于大量合成。最佳產(chǎn)率僅為58%，還需進(jìn)一步優(yōu)化（化學(xué)方程式9）。

化學(xué)方程式9

Huang S等[16]報(bào)道了底物控制的不對(duì)稱Prins/ Conia-烯串聯(lián)雙環(huán)化反應(yīng)，在三氟甲烷磺酸銦作用下以高收率得到高度官能化的吡喃酮。該反應(yīng)的缺點(diǎn)是在制備原料時(shí)步驟繁瑣且需要用到致癌的溶劑，不符合綠色化學(xué)的理念（化學(xué)方程式10）。

化學(xué)方程式10

Liu J等[17]從4-（2-羥苯基）丁-3-烯-2-酮和α,β-不飽和醛出發(fā)，非對(duì)映選擇性地合成了苯并[c]色烯-9-酮。該反應(yīng)成本低廉，溫度適宜。缺點(diǎn)是產(chǎn)率均在80 %以下，不是太理想（化學(xué)方程式11）。

化學(xué)方程式11

Song X等[18]報(bào)道了N-烷基吡啶鎓鹽或N-烷基喹啉鎓鹽和鄰羥基亞芐基丙酮之間的對(duì)映選擇性串聯(lián)反應(yīng)，通過(guò)交叉二烯胺介導(dǎo)的加成反應(yīng)、脫芳香化的烯胺型中間體的捕獲和氨基形成等過(guò)程，構(gòu)建了六元并吡喃骨架。該反應(yīng)的ee值達(dá)到了98%，dr值＞19:1（反應(yīng)方程式12）。

化學(xué)方程式12

Venegas E R等[19]從不飽和3,5-二羥基-二芳基庚烷出發(fā)，在0℃條件下合成了反式-2,8-二氧雜雙環(huán)[4.4.0]癸烷。該反應(yīng)的顯著優(yōu)點(diǎn)是用時(shí)短，僅需10 min（化學(xué)方程式13）。

化學(xué)方程式13

Shu Z等[20]發(fā)展了三價(jià)銠催化下偶氮甲亞胺與重氮膦酸酯的雙C-H官能化/串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)，合成了高度稠合的吡喃并[de]異色烯。該反應(yīng)需要在氮?dú)鈼l件下反應(yīng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求高（化學(xué)方程式14）。

化學(xué)方程式14

3 結(jié)論

分子內(nèi)雙環(huán)化反應(yīng)構(gòu)建了呋喃并吡喃、苯并色烯、吡喃并[4,3,2-ij]苯并吡喃等骨架，該類反應(yīng)大多具有原料易得、溫度適宜、催化劑廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，具有反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)率不高等缺點(diǎn)。分子間雙環(huán)化反應(yīng)構(gòu)建了苯并[c]色烯-9-酮、六元并吡喃、吡喃并[de]異色烯等骨架，該類反應(yīng)大多具有無(wú)需金屬催化、成本低、ee值和dr值高等優(yōu)點(diǎn)，但產(chǎn)率不理想、對(duì)設(shè)備要求高等缺點(diǎn)也不容忽視。以上兩種雙環(huán)化反應(yīng)合成了各種氧雜環(huán)化合物，豐富了化合物的種類。吸取已有合成方法的優(yōu)點(diǎn)，將缺點(diǎn)降低到最小，是探尋合成氧雜環(huán)化合物新法必須要掌握的兩個(gè)準(zhǔn)則。