铜催化含氮杂环C—H键活化反应研究

刘健　王炳福　曹若涵　王翠苹　张志强

摘 要 近几十年来，随着绿色化学的发展，人们的环保意识逐渐增强，过渡金属（钌、铑、钯等）催化的C-N键及C-C键的形成反应得到了迅速发展。铜作为人体的一种必需的微量金属元素，与这些过渡金属相比，具有毒性较低、价格低廉、绿色环保等优点，因此，使用铜作为催化剂来催化有机化学反应符合绿色化学的发展，具有重要的意义。本文综述了近年来铜催化含氮杂环C-H键活化反应研究进展。

关键词 铜催化 含氮杂环 C-H键活化 研究进展

在有机化学中，含氮杂环化合物是一类极其重要的环状化合物，自然界中存在着大量的含氮杂环类化合物，[1]如核酸、维生素、激素、抗生素和生物碱等。含氮杂环化合物具有特殊的药物活性，因为它毒性低、内吸性高，常被用作化合物的骨架组成结构单元，在医药和农药的合成方面起着重要的作用。含氮杂环化合物的另一个特点是容易进行骨架结构修饰，可以引入各种功能基团，在材料化学和太阳能电池等领域有着广泛的应用。铜催化剂具有价格低廉、绿色环保等优点，因此，近年来，铜催化剂越来越多地被用于有机化学反应中。

一、铜催化含氮杂环C-H键活化反应

（一）与苯甲酰甲酸类化合物反应

2013年，王磊教授课题组[2]报道了在Cu（OAc）2·H2O的促进下，吲哚与苯甲酰甲酸类化合物反应，成功得到3-芳酰基吲哚，但是收率相对较低。同时，该课题组还尝试了向反应体系中加入氧化剂，如Ag2CO3、TBHP、H2O2以及K2S2O8等，但是反应结果并不理想，对于这一合成方法吲哚N位必须保护，且反应需在1.2 equiv的Cu（OAc）2·H2O的促进下才可顺利进行。

（二）与苯乙酮反应

2016年，曹华研究组[3]以苯乙酮作为双羰基化试剂，与咪唑并吡啶在过渡金属铜催化下，用AcOH作为添加剂，甲苯作溶剂，反应可顺利进行，得到咪唑并吡啶-1，2-乙二酮类化合物。该反应最突出的特点是其使用的氧化剂是对环境无任何副作用的氧气。

（三）与苯乙醛类化合物反应

2016年，Sakhuja研究组[4]报道了2-苯基-咪唑并吡啶与苯乙醛类化合物的双羰基化反应，在过渡金属铜催化、2，2-联吡啶作为配体条件下发生交叉偶联反应，成功合成了2-苯基-咪唑并吡啶-1，2-乙二酮類化合物，收率为55%～85%。为含氮杂环取代的1，2-乙二酮类化合物的合成提供了一种新的方法。

二、结语

本文对近年来铜催化含氮杂环C-H键活化反应的研究进展进行了简要综述，相对于贵金属来说，铜催化剂具有毒性较低、价格低廉、绿色环保等优点，使用铜作为催化剂来催化有机化学反应符合绿色化学的发展。但是，随着科学技术的提升，铜催化具有越来越多的限制性，因而面临着巨大的挑战。因此，铜催化含氮杂环C-H键活化反应的研究还有待进一步提升。

（作者单位为辽宁科技大学化学工程学院）

参考文献

[1] And I N，Yamamoto Y . Transition-Metal-Catalyzed Reactions in Heterocyclic Synthesis[J]. Cheminform，2004，35（31）：2127-98.

[2] Yu L，Li P H，Wang L . Copper- promoted decarboxylative direct C3-acylation of N-substituted indoles with α-oxocarboxylic acids

[J]. Chem.Commun，2013，49

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[3] Lei S，Chen G，Cao H，et al . Regioselective copper-catalyzed oxidative cross-coupling of imidazo[1，2-a]pyridines with methyl ketones： an efficient route for synthesis of 1，2-diketones[J]. Adv.Synth.Catal，2016，358（1）：67-73.

[4] Shakoor S.M.A，Agarwal D S，Sakhuja R，et al . ChemInform Abstract：Copper catalyzed direct aerobic double-oxidative cross-dehydrogenative coupling of imidazoheterocycles with aryl acetaldehydes： an articulate approach for dicarbonylation at C-3 position[J]. Tetrahedron，2016，72（5）：645-652.