銅催化的雙環化反應合成五元并六元氮雜環研究

范 威

(滁州城市職業學院科技處,安徽 滁州 239000)

雜環化合物種類多樣,氮雜環、硫雜環、硅雜環、磷雜環等均為雜環化合物。其中,最常見也最重要的當屬氮雜環。如圖1所示,Vasicine[1]、Batracylin[2]、Neocryptolepine[3]等活性分子均為氮雜環衍生物,且都含有五元并六元氮雜環骨架。該類衍生物可用作抗生素、抗癌藥、拓撲異構酶I抑制劑等[4],藥理活性突出。通過鎂、鈷、鎳等金屬催化劑可以合成眾多氮雜環化合物。與其他金屬相比,銅作為催化劑具有配體簡單、毒性低、條件溫和的優點,被廣泛用于催化氮雜環骨架的構建。本研究綜述了銅催化下的雙環化反應在合成五元并六元氮雜環中的應用,將更好地指導該類衍生物的高效合成。

圖1 含有五元并六元氮雜環骨架的活性分子

1 構建含有兩個氮原子的五元并六元氮雜環骨架

ZHENG等[5]發展了鄰碘代芳亞胺炔和異腈參與的環加成反應。該反應的催化劑為溴化銅,反應溫度為90 ℃,通過[4 + 1]反應構建了吡啶環,通過[3 + 2]反應構建了吡咯環,最終合成了三環稠合的吡咯并喹啉衍生物(圖2)。

圖2 構建吡咯并吡啶骨架

ZHOU等[6]研究了碘化亞銅催化下構建吡咯并吡啶酮骨架的反應。該合成方案從異腈和鄰取代芳胺酮炔出發,通過分子間的[4 + 1]和[3 + 2]反應,合成了多例三取代的吡咯并喹啉酮衍生物(圖3)。

圖3 構建吡咯并吡啶酮骨架

JIANG等[7]發展了在DMSO溶液中構建吡咯并嘧啶骨架的兩組分雙環化反應。該合成策略的原料為鄰溴取代的芐胺衍生物和吸電子基團取代的乙腈,在碘化亞酮和碳酸鉀的作用下,合成了苯并嘧啶并吲哚衍生物(圖4)。

圖4 構建吡咯并嘧啶骨架

OUYANG等[8]研究了碘化亞銅催化下分子間構建咪唑并吡啶骨架的雙環化反應。該反應的原料為鄰芳炔苯甲醛、鄰苯二胺、碘,溶液為二甲基亞砜,溫度為120 ℃,合成了碘取代的苯并咪唑并異喹啉衍生物(圖5)。

圖5 構建咪唑并吡啶骨架

LI等[9]報道了銀和銅共同催化下構建吡唑并吡啶骨架的三組分雙環化反應。該反應從鄰炔基芳醛、對甲基苯磺酰肼、叔胺出發,在二氯甲烷溶液中反應,合成了吡唑并異喹啉衍生物(圖6)。

圖6 構建吡唑并吡啶骨架

2 構建含有三個氮原子的五元并六元氮雜環骨架

ZHANG等[10]報道了2-氨基-N’-苯基苯甲酰肼和2-溴-3-苯基丙烯醛參與的兩組分雙環化反應。該合成路徑通過環化、芳構化、Michael加成、消除等反應歷程,合成了二苯基取代的苯并嘧啶酮并吡唑(圖7)。

圖7 構建吡唑并嘧啶酮骨架

MANDADAPU等[11]報道了碘化亞銅催化下構建苯并三唑骨架的分子間雙環化反應。該合成方法的原料為疊氮和聯芳炔,溫度為90 ℃,溶液為乙腈,反應2～4天,合成了芳基取代的萘并三唑衍生物(圖8)。

圖8 構建苯并三唑骨架

3 構建含有四個氮原子的五元并六元氮雜環骨架

CAI等[12]研究了兩組分構建三唑并吡啶骨架的雙環化反應。該反應的原料為鄰取代的芳胺炔和疊氮,溶劑為DMSO,在碘化亞銅和碳酸鉀作用下,合成了三環稠合的三唑并喹啉衍生物(圖9)。

JIA等[13]團隊報道了在二甲基亞砜中構建三唑并嘧啶骨架的分子間反應。該合成路徑的催化劑為碘化亞銅,通過[3 + 2]環加成、SNAr、環化等過程,三組分反應合成了苯基取代的三唑并喹唑啉(圖10)。

圖10 構建三唑并嘧啶骨架

4 結論

本文敘述了銅催化下雙環化反應在構建五元并六元氮雜環骨架中的應用,通過[4+1]反應、Michael加成、SNAr等反應歷程,構建了吡咯并喹啉、吡唑并嘧啶酮、三唑并嘧啶等氮雜環骨架,既豐富了五元并六元氮雜環化合物,也補充了銅催化的雙環化反應。