吡咯和吲哚羧酸的脱羧官能化研究进展

张 娇，刘晋言，陈 霞

(六盘水师范学院 化学与材料工程学院，贵州 六盘水 553004)

吡咯和吲哚具有特殊的结构(图1)，其N-H键具有微弱的酸性，含氮杂环部分具有较高的电子云密度。因此，在吡咯和吲哚官能化过程中，存在N-，2-和3-位三个活性位点之间存在着竞争反应，如在吲哚的烃基化反应中，可以通过反应条件或烃烷基化试剂的控制，选择性合成N-烃基化[1]，2-烃基化[2]或3-烃基化产物[3]。

图1 吡咯和吲哚的结构

通过吡咯羧酸和吲哚羧酸类化合物的脱羧和脱羧官能化过程，可以实现吡咯和吲哚的高选择性、温和转化，为吲哚类化合物的转化和吲哚骨架功能分子的合成提供新方法。目前，吡咯羧酸和吲哚羧酸的脱羧官能化主要集中在质子酸促进吡咯羧酸的脱羧反应和过渡金属催化吲哚羧酸的脱羧官能化反应方面的研究。

1 质子酸促进吡咯羧酸的脱羧反应

图2 水在质子酸催化2-吡咯羧酸脱羧反应中的作用

在吡咯羧酸的脱羧反应方面，主要集中于质子酸催化或促进2-吡咯羧酸的反应机理研究。Kluger等人详细研究了水在质子酸催化2-吡咯羧酸脱羧反应中的作用(图2)[4]。

研究发现，在质子酸催化作用下，有助于羧酸与水形成原甲酸类物种，并进一步分解生成吡咯、二氧化碳和水。随后的研究中，作者系统研究了质子酸催化羧酸类化合物的脱羧反应过程，分析和实验验证了原甲酸活性物种的生成[5]。

2 过渡金属催化吲哚羧酸的脱羧官能化

吲哚羧酸的脱羧官能化反应研究起步较晚，直到2008年，Miura课题组发展了钯催化2-吲哚羧酸和3-吲哚羧酸的脱羧官能化反应研究。在此项研究中，以铜盐为氧化剂、烯烃为烯基化试剂，可以实现吲哚羧酸的区域选择性氧化脱羧烯基化反应，合成2-烯基吲哚或3-烯基吲哚类化合物(图3)。同时，此催化体系可以适用于呋喃、吡咯和噻吩羧酸的氧化烯基化，取得了中等以上的收率[6]。

图3 钯催化吲哚羧酸区域选择性氧化脱羧烯基化

图4 钯催化吲哚羧酸脱羧官能化合成稠杂芳香化合物

在接下来的工作中，该课题组进一步拓展钯催化吲哚羧酸的氧化脱羧官能化反应的应用，实现了吲哚羧酸与炔烃合成稠杂芳香化合物(图4)。在此反应基础上，研究者推测并初步验证了反应可能经历的历程[7]。

最近，Hikuwa等人开展了金催化3-吲哚羧酸的脱羧官能化反应研究(图5)。在此项研究中，作者以四氯金酸钠为催化剂、苄醇为苄基化试剂、水为溶剂，实现了3-吲哚羧酸的高效、高选择性脱羧苄基化反应，并推测了反应可能存在的机理[8]。机理推测认为，在金催化剂作用下，反应可能经历了环状亚胺盐正离子和苄基碳正离子中间体，促进反应顺利进行。

图5 金催化3-吲哚羧酸脱羧苄基化

Guo课题组在铜催化2-吲哚羧酸的脱羧N-芳基化研究中取得进展(图6)。作者研究发现，以氧化亚铜为催化剂、芳基碘代物或溴代物为芳基化试剂，能够高效、高选择性获得N-芳基吲哚产物。机理分析认为，脱羧反应过程中，有助于N-[Cu]中间体的形成，进一步发生C-N偶联反应，实现N-芳基吲哚的选择性合成[9]。

图6 铜催化2-吲哚羧酸脱羧N-芳基化

3 展望

羧酸类化合物的脱羧和脱羧官能化反应研究是有机化学关注的焦点领域。在过去的研究中，主要集中于芳基羧酸的脱羧官能化反应研究[10]，针对杂环羧酸类化合物的研究较少[11]，尤其是吡咯羧酸和吲哚羧酸的研究。通过开展吡咯羧酸和吲哚羧酸的脱羧官能化反应研究，实现此类杂环骨架功能分子的合成，具有重要的实际应用意义。此外，在现有吡咯羧酸和吲哚羧酸脱羧反应机理的基础上，开发新型反应体系和反应试剂，将为其官能化反应研究提供更多事实依据。