手性氧化吲哚螺六元雜環(huán)衍生物的催化不對稱合成研究進展

楊 爽，許正偉，黃 磊，馮 穎，張睿珩，徐佳琦，吳 瓊

（徐州工程學(xué)院，江蘇 徐州 221018）

手性氧化吲哚螺環(huán)衍生物廣泛存在于天然生物堿和藥物分子中，尤其是手性氧化吲哚螺六元雜環(huán)衍生物，具有多樣的生物活性，例如抗腫瘤、抗菌、抗艾滋病、抗瘧疾、抗病毒等[1]。因此，手性氧化吲哚螺六元雜環(huán)衍生物的高效合成，特別是相關(guān)化合物的催化不對稱合成方法研究，引起了有機化學(xué)工作者的關(guān)注。本研究簡要概述了近年來基于催化不對稱方式合成手性氧化吲哚螺六元雜環(huán)衍生物的相關(guān)研究進展，具體內(nèi)容如下。

1 催化不對稱[3+3]環(huán)化反應(yīng)

[3+3]環(huán)化反應(yīng)是有機合成領(lǐng)域構(gòu)建六元雜環(huán)骨架的重要方法之一，催化不對稱[3+3]環(huán)化反應(yīng)已經(jīng)發(fā)展成為合成手性氧化吲哚螺六元雜環(huán)衍生物的一種有效方法。

2014年，石楓課題組[2]報道了一例手性磷酸催化的3-吲哚甲醇1與醛2和氨基丙二酸二乙酯3原位生成的甲亞胺葉立德的對映選擇性[3+3]環(huán)化反應(yīng)，高收率、高對映選擇性地合成了一系列手性氧化吲哚螺六元含氮雜環(huán)衍生物4（見圖1）。通過Michael加成反應(yīng)和分子內(nèi)Pictet-Spengler反應(yīng)，手性磷酸與兩種反應(yīng)物之間的氫鍵作用對反應(yīng)的對映選擇性控制發(fā)揮了重要作用。

圖1 3-吲哚甲醇和醛、氨基丙二酸二乙酯參與的[3+3]環(huán)化反應(yīng)

該課題組還實現(xiàn)了手性磷酸催化C3取代的靛紅衍生的甲亞胺葉立德5與2-吲哚甲醇6參與的不對稱[3+3]環(huán)化反應(yīng)[3]，不僅為手性氧化吲哚螺六元含氮雜環(huán)衍生物7的對映選擇性構(gòu)建提供了高效的方法，還豐富了2-吲哚甲醇的研究內(nèi)容（見圖2）。

圖2 2-吲哚甲醇和靛紅衍生的甲亞胺葉立德參與的[3+3]環(huán)化反應(yīng)

2 催化不對稱[4+2]環(huán)化反應(yīng)

除[3+3]環(huán)化反應(yīng)外，[4+2]環(huán)化反應(yīng)也是一種構(gòu)建六元雜環(huán)化合物的高效、簡潔、原子經(jīng)濟性高的方法。

2013年，石楓課題組[4]報道了在手性磷酸催化下靛紅8、鄰羥基苯乙烯9和芳胺10參與的不對稱Povarov反應(yīng)（見圖3），高收率、高對映選擇性地合成了一系列手性螺[吲哚-3,2’-喹啉]衍生物11。

圖3 靛紅、鄰羥基苯乙烯、芳胺參與的不對稱Povarov反應(yīng)

2014年，Zheng等[5]以手性Mg(Ⅱ)/N,N’-氧化絡(luò)合物為催化劑，首次實現(xiàn)靛紅8與Brassard’s二烯烴12的催化不對稱串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)，高收率、高對映選擇性地構(gòu)建了一系列手性氧化吲哚螺六元含氧雜環(huán)衍生物13（見圖4）。

圖4 靛紅和Brassard’s二烯烴的不對稱串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)

吲哚的羥醛/串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)近來也被廣泛用于手性氧化吲哚螺六元雜環(huán)衍生物的合成。2016年，Wu等[6]建立了一種手性硫脲-叔胺（CA-1）催化的靛紅8和高酞酸酐14參與的羥醛/串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)，高產(chǎn)率、高對映選擇性地合成一系列手性氧化吲哚螺二氫異香豆素衍生物（見圖5）。

圖5 靛紅和高酞酸酐參與的不對稱羥醛/串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)

近年來，Han課題組[7]實現(xiàn)了靛紅8與亞甲基吲哚酮衍生物16的催化不對稱羥醛/串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)，高產(chǎn)率、高對映選擇性合成了一系列手性氧化吲哚螺六元含氧雜環(huán)衍生物17（見圖6）。

圖6 靛紅和3-亞甲基吲哚酮衍生物參與的不對稱羥醛/串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)

3 催化不對稱Diels-Alder反應(yīng)

催化不對稱Diels-Alder反應(yīng)是手性六元環(huán)狀化合物經(jīng)典有效的合成方法，亞甲基吲哚酮18參與的催化不對稱Diels-Alder反應(yīng)也被廣泛應(yīng)用于合成手性氧化吲哚螺六元衍生物[8-9]。

2014年，Chen課題組[8]利用手性伯胺催化劑，實現(xiàn)了亞甲基吲哚酮18與3,5-二烯酮19的β、ε-區(qū)域選擇性不對稱Diels-Alder反應(yīng)，高產(chǎn)率、高對映選擇性合成了一系列手性氧化吲哚螺六元衍生物20（見圖7）。

圖7 亞甲基吲哚酮和3,5-二烯酮參與的不對稱Diels-Alder反應(yīng)

2015年，石楓課題組[9]開發(fā)了一種手性磷酸催化的亞甲基吲哚酮18與2-乙烯基吲哚21的不對稱Diels-Alder反應(yīng)，高產(chǎn)率、高對映選擇性地合成了一系列氧化吲哚螺四氫咔唑衍生物22（見圖8）。

圖8 亞甲基吲哚酮和2-乙烯基吲哚的不對稱Diels-Alder反應(yīng)

4 其他催化不對稱反應(yīng)

除了[3+3]、[4+2]串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)，一些其他反應(yīng)方式也可以用于手性氧化吲哚螺六元雜環(huán)衍生物的高效合成。例如，Zhao等[10]報道了手性硫脲-叔胺催化劑CA-19催化的氧化吲哚23與酯鍵聯(lián)的雙烯酮24的[5+1]環(huán)加成反應(yīng)（見圖9），高產(chǎn)率、高對映選擇性合成了一系列氧化吲哚螺六元含氧雜環(huán)衍生物25。這一反應(yīng)策略中包含兩步連續(xù)的Michael加成反應(yīng)，氧化吲哚23用作1,1-雙親核試劑。

圖9 氧化吲哚和酯鍵聯(lián)的雙烯酮的不對稱[5+1]環(huán)加成反應(yīng)

1-羥基-N-芳基-2-萘酰胺衍生物26的第一例對映選擇性去芳構(gòu)化螺環(huán)化反應(yīng)，是由Zhang等[11]在手性高價有機碘化合物CAI-1存在下，通過氧化交叉偶聯(lián)反應(yīng)實現(xiàn)的，該反應(yīng)為從不含氧化吲哚的底物出發(fā)合成手性氧化吲哚螺六元環(huán)衍生物27提供了一種簡便的方法（見圖10）。

圖10 1-羥基-N-芳基-2-萘酰胺衍生物的氧化交叉偶聯(lián)反應(yīng)

5 結(jié)語

簡要概述了近年來基于催化不對稱[3+3]、[4+2]串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)以及Diels-Alder反應(yīng)等方式合成手性氧化吲哚螺六元雜環(huán)衍生物的研究進展，為手性氧化吲哚螺六元雜環(huán)衍生物的構(gòu)建提供了高效的方法，以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供參考。