吡咯及其衍生物的構建及修飾合成研究進展

王永輝

(滁州城市職業學院學生處,安徽滁州 239000)

0 前言

雜環化學是現代有機化學的組成部分之一，也是近幾十年來化學領域研究最活躍的一部分.對于雜環化合物來說，其存在于許多的天然產物和有生物活性的物質中，而含氮雜環化合物是雜環化合物中數量較多的一類物質，特別是吡咯類化合物更受到科學家們的關注，其存在廣泛，種類繁多，同時有些還具有良好的生物活性和一些特殊的性質，如生理性、導電性、熒光性等，已廣泛用于醫藥、農業、材料以及超分子等眾多領域，是有機合成領域的研究熱點[1-3].

吡咯類化合物作為有機雜環化合物的一個重要分支，在有機化學中扮演著重要的角色，吡咯是分子式為C4H5N的含氮五元雜環化合物，吡咯環是五原子六電子大π體系，是富電子環，所以很容易發生親電取代反應，同時吡咯也是構成一系列復雜大分子的重要結構單元，多取代吡咯是一類重要的吡咯衍生物，包括二取代、三取代、四取代和五取代吡咯等.此類化合物在功能材料、染料、食品添加劑等眾多領域都有重要的應用[4-7]，與人類生產和生活密切相關.因此，眾多合成工作者的興趣聚焦在對含吡咯雜環結構的化合物的構建和合成上，大量的吡咯衍生物被用于生活中眾多領域和諸多方面[8-9].

1 一取代吡咯衍生物

Chen等[10]通過釕卡賓催化的閉環復分解反應和FeCl3或CuCl2在O2存在下的原位氧化脫氫反應，以二烯丙胺為原料合成了芳基取代的吡咯衍生物，如圖1所示.該反應步驟簡單、條件溫和、產率較高.

圖1 合成1-芳基吡咯Fig.1 Synthesis of 1-arylpyrrole

2 二取代吡咯衍生物

Rupsha Chaudhuri等[11]等利用螯合甘氨酸酯烯醇化物，它是良好的親核試劑可用于邁克爾加成，對炔基Fischer卡賓配合物進行1，4-加成，形成了2，3-二取代的吡咯反應物，如圖2所示.該方法的缺點是沒法一步完成，有待改進.

圖2 合成2,3-二取代吡咯Fig.2 Synthesis of 2,3-disubstituted pyrrole

Adib M等[12]描述了2，4-二芳基吡咯的有效合成，在嗎啉和硫磺的存在下加熱4-硝基-1，3-二芳基丁-1-酮和乙酸銨的混合物，合成得到產率較高的相應的2，4-二芳基吡咯，如圖3所示.優點是產率高、反應時間短，反應活性高.

圖3 合成2,4-二芳基吡咯Fig.3 Synthesis of 2,4-diarylpyrrole

Zhou等[13]開發了銀催化的[3+2]環加成反應，該反應以中高產率合成多種多取代吡咯，從而為氧化自由基加成到亞胺，直接反應提供了一個新的選擇，如圖4所示.該反應的優點是條件溫和，缺點是催化劑比較昂貴.

圖4 合成1,5-二取代吡咯Fig.4 Synthesis of 1,5-disubstituted pyrrole

Adele Faulkne等[14]將Pd-催化劑氧化加成到 O-五氟苯甲酰基肟酯的 N-O 鍵中生成亞氨基-Pd(II) 中間體，其與空間不同的烯烴5-外環化，所得烷基-Pd(II)中間體在羰基化或非羰基化條件下被有機金屬親核試劑或醇合成吡咯化產物.該方法首次提供了實現烯烴1，2-氨基-酰化、羧化、芳基化、乙烯基化和炔基化反應，如圖5所示.該反應的缺點是產率不高，亟待改進.

圖5 合成2,5-二取代吡咯Fig.5 Synthesis of 2,5-disubstituted pyrrole

3 三取代吡咯衍生物

Senadi G C等[15]報道了一種在鈀催化下β-烯胺酮與簡單的烯烴發生馬爾科夫尼科夫規則，區域選擇性地合成 2，3，5-三取代吡咯衍生物，如圖6所示.優點是較廣的底物范圍，原料易得，收率較高.

圖6 合成2,3,5-三取代吡咯Fig.6 Synthesis of 2,3,5-trisubstituted pyrrole

Chang等[16]在無金屬條件下從芳基酮、胺和硝基乙烯基芳烴構建多芳基取代的吡咯衍生物，以良好的高產率獲得了同源的1，2，4-三芳基取代的吡咯產物，如圖7所示.該方法原料易得、成本低廉、產率優良.

圖7 合成1,2,4-三芳基吡咯Fig.7 Synthesis of 1,2,4-triarylpyrrole

Christian Paul Konken等[17]在合成 2，4-二甲基-3-乙酰基吡咯時，是首先合成 3，5-二甲基-4-乙酰基-2-吡咯甲酸乙酯，之后再進行水解脫羧，收率較好，如圖8所示.該方法的優點是步驟較簡單，缺點是反應時間過長.

圖8 合成2,4-二甲基-3-乙酰基吡咯Fig.8 Synthesis of 2,4-dimethyl-3-acetylpyrrole

Danks[18]報道了在微波輔助條件下，帕路-諾爾環化反應順利進行，2，5-己二酮和苯胺在微波輻射下反應得到產率為 90%的吡咯化合物，如圖9所示.該方法的優點反應時間短，而在常規反應條件下，至少要反應12 h才能達到相似的產率.

圖9 合成1,2,5-三取代吡咯Fig.9 Synthesis of 1,2,5-trisubstituted pyrrole

4 四取代吡咯衍生物

Zheng等[19]報道了鈀催化N-芳基丙烯胺和炔溴，通過 C-N 和 C-C 鍵構建生成3-溴-吡咯衍生物，在此反應中，溴原子被保留形成 3-溴-吡咯，其可在隨后的結構修飾與其他物質偶聯反應，如圖10所示.該方法催化劑廉價易得，產率優良，底物多樣.

圖10 合成1,2,3,4-四取代吡咯Fig.10 Synthesis of 1,2,3,4-tetrasubstituted pyrrole

Ayushi Pokhriya等[20]開發出一種新型可見光介導的氧化還原中性1，3-偶極環加成反應，氮雜丙烯啶與2，4，6-三芳基吡咯鎓四氟硼酸鹽提供四取代的吡咯，在藍光照射下，2，4，6-三芳基吡啶鎓鹽在反應中充當偶極劑和光敏劑，如圖11所示.該方案的優點是條件溫和、底物范圍廣和區域選擇性.

圖11 合成2,3,4,5-四取代吡咯Fig.11 Synthesis of 2,3,4,5-tetrasubstituted pyrrole

Zhang等[21]報道了酮亞胺被探索作為有用的構建單元，用于通過與極性多鍵的環加成來合成含雜原子的環狀化合物，烯烴或炔烴的環加成反應.二氟烯酮亞胺由叔丁基異氰化物和二氟卡賓偶聯產生，二氟卡賓由(溴二氟甲基)三甲基硅烷原位形成，然后二氟烯酮亞胺與烯烴或炔烴原位反應合成氟化吡咯烷或吡咯，如圖12所示.該方法缺點是原料有臭味，需要小心處理.

圖12 合成1,2,3,5-四取代吡咯Fig.12 Synthesis of 1,2,3,5-tetrasubstituted pyrrole

5 五取代吡咯衍生物

Liu 等[22]使用被活化的炔烴和呋喃衍生物為原料，首先合成了N-呋喃-β-烯胺酮，其在氧氣的存在條件下，氯化銅催化環化生成五取代吡咯化合物，如圖13所示.該反應的缺點是無法一步完成，且需要在純氧條件下進行.

圖13 氧氣條件下合成五取代吡咯Fig.13 Synthesis of polysubstituted pyrrole under oxygen condition

Ge等人[23]通過1，3-烯炔、苯胺和Togni-II試劑，在溫和條件下產生具有高區域選擇性的完全取代的三氟甲基吡咯.該轉化通過 Cu(II)/Rh(III) 促進的氮雜-邁克爾加成，三氟甲基化環化/氧化反應進行，得到三氟甲基吡咯衍生物，如圖14所示.該反應優點是區域選擇性高，缺點是需要在氮氣條件下反應，對設備要求高.

圖14 氮氣條件下合成五取代吡咯Fig.14 Synthesis of polysubstituted pyrrole under nitrogen condition

Zhang等[24]通過異氰化物和α-重氮酮的反應合成多取代馬來酰亞胺吡咯，如圖15所示.該方法的特點是易于獲得的底物、原子經濟性和無金屬條件，同時產率較高.

圖15 氬氣條件下合成五取代吡咯Fig.15 Synthesis of polysubstituted pyrrole under argon condition

JagadeshwarVannada等[25]以α-酮醛、苯胺、活化炔烴和芳香親核試劑四組分聯環化反應合成各種具有藥學意義的五取代吡咯.該反應通過酰基亞胺(原位形成)與活化的炔烴和芳香親核試劑(如吡咯)在室溫下與鈣 (II) 催化下進環化，如圖16所示.該方法產率高，底物廣泛，溫度適宜.

圖16 鈣催化下合成五取代吡咯Fig.16 Synthesis of polysubstituted pyrrole catalyzed by calcium

6 結論

通過人們對吡咯衍生物的不斷研究，很多有藥物和其它優良活性的吡咯化合物逐漸被科學家們發現或者合成.此外，大量的吡咯衍生物做為含氮雜環化合物在自然界中分布廣泛，數目龐大，并且吡咯骨架是許多藥效團的關鍵部分，具有一些特殊的生物活性，低毒以及較高的內吸性，易于進行結構修飾，方便引入其他功能基團，是醫藥和農藥中常用的結構組成單元，在生物醫藥、新型功能光電材料、化工等諸多方面具有非常廣泛的應用.因此，研究其結構及處理修飾仍需學者進行不斷的嘗試和工作.