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过渡金属催化的C-H键官能化反应文献综述

 2020-05-24 12:16:01  

三元杂环类化合物自发现以来,已经有一个多世纪的历史了,近年来随着结构分析和鉴定技术的进步,越来越多的三元杂环类化合物被发现。起化合物的用途和应用范围也不断地拓展,其应用领域也在不断扩大。

三元杂环类化合物是庞大的一类有机化合物,由于其独特的结构和性质,使得他们在许多领域中有着非常广泛和重要的用途。并且,有关它们的性质和应用的研究越来越收到重视。因而三元杂环类化合物时非常重要的,这不仅仅时由于他们的广泛存在,而且还由于它们在化学,生物学和工业方面的广泛应用,三元氮杂环不但存在于许多天然产物中,如维生素,激素,抗生素,生物碱,也存在于医药,农药和其他重要的化工产品中,如缓蚀剂,抗衰老药物,敏化剂,稳定剂等。

氮杂环丙烯化合物代表在天然产物和合成中间体找到的非常有价值的一类化合物。具有最小的杂环高环张力,其独特反应性允许氮杂环丙烯化合物以用作氮烯,亲电二烯体的广泛来源。这些反应导致的各种高效合成开发含氮杂环包括吡咯,吲哚,吡唑并[1,5-α]吡啶,异恶唑,和哌啶。尽管他们广泛的用途,氮杂环丙烯化合物合成方法的可用性是相当有限的,主要依靠Neber反应和乙烯基叠氮化物热/光化学重排。然而,这些反应的效率是高度可变的并且取决于基材由于氮杂环丙烯化合物敏感的性质略去促进进一步的激活和随后的分解。此外,这些反应通常需要化学计 量的试剂和反应条件苛刻。

在自然界中,氮杂环丙烯存在着俩种构型。理论研究表明,1-H氮杂环丙烯的能量比2-H氮杂环丙烯高32-37千卡、摩尔,所以,天然产物中存在的氮杂环丙烯基本为2-H氮杂环丙烯。近年来,科学家已经在多种天然产物中发现了氮杂环丙烯的身影,第一个被发现含有氮杂环丙烯的天然产物是氨丙霉素,它是Streptomyces aureus中分离得到的,研究证明其在外体试验中具有抗革兰氏阳性菌的革兰氏阴性菌的生物活性。

氮杂环丙烯的合成方法非常多,综合文献可以将其分为以下几类:(1)经典的Neber反应,(2)叠氮化合物的光解反应,(3)氮杂环丙烷类衍生物的消除反应或者Swern氧化,(4)异噁唑或者氮杂环丁二烯衍生物的开环重排反应,(5)卡宾与腈类或者氮宾与炔烃的分子内反应。

重氮化合物的基本反应中,沃尔夫重排发现有广阔的合成应用前景。烯酮所产生的金属催化或热/重氮化合物的光化学激活已得到证明,包括通用中间体亲核加成,环,环收缩,和同系化。然而,就我们所知,没有通过沃尔夫重排反应合成氮杂环丙烯化合物的例子的报道。在我们最近的研究相结合α-重氮肟醚的化学,我们调查了的金属介导的级联重排形成2-羧酸酯氮杂环丙烯(当量2)可行性在α-重氮的肟醚组通过引入乙烯基相继重排成吡咯。

由于N上故对电子的存在,氮杂环丙烯化合物可作为亲核试剂参与一系列反应,制备三元或者无缘含氮杂环化合物。

由于氮杂环丙烯化合物的环张力比较大,因此,在加热,光照,有机金属世纪或者亲电试剂的作用下很容易发生N-C2键断裂,形成氮宾,从而反应生成一系列含氮杂环衍生物。1.加热重排反应:氮杂环丙烯化合物在加热条件下发生N-C2键的断裂,生成乙烯氮宾中间体,进而经过不同的反应途径生成一系列含氮化合物。2.与亲电试剂反应:氮杂环丙烯化合物在强质子酸作用下,很容易开环与亲电试剂反应。3.与金属试剂的反应:氮杂环丙烯化合物在有机金属试剂的催化下,可通过开环重排生成相应的含氮杂环化合物。4.催化氢化反应:氮杂环丙烯化合物在Pd/C或者Raney Ni氢化条件下会发生N-C2键的断裂,生成的烯胺类中间体通过分子内异构化生成相应的杂环化合物。

在氮杂环丙烯化合物中,C-C键的断裂比C-N键的断裂困难许多,但在加热或者光照条件下,C-C键仍可发生断裂,形成亚胺双自由基或者腈基叶丽德中间体,它们可与不同试剂反应生成相应的换装或者链状衍生物。1.加热条件下反应:由于C-C键能较高,所以其断裂需要更高的能量,在340摄氏度的高温下,Ghosez等人实现了C-C键的断裂,并且通过Diles-Alder反应合成了相应的含氮杂环化合物。2.光照条件下反应:氮杂环丙烯化合物在光照条件下可发生C-C键的断裂,形成腈基叶丽德中间体,这种活泼的中间体可作为1,3-偶极子与多种试剂反应。

在报道的合成氮杂环丙烯衍生物的原料简单易得;众多方法中,除了Neber反应应用较为广泛外,其他方法基本上为反应的特例,不具有普遍适用性。而且,由于Neber反应对底物结构的要求及底物的不稳定性限制了它在有机合成中的应用。所以,不断开发高效便捷的合成氮杂环丙烯衍生物的方法具有重要意义,新方法应尽可能的满足:1.原料简单易得;2.反应条件温和;3.扩大底物的类型;官能团多样性及其位置为之的多样性。

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