铜催化的双环化反应合成五元并六元氮杂环研究

范 威

(滁州城市职业学院科技处,安徽 滁州 239000)

杂环化合物种类多样,氮杂环、硫杂环、硅杂环、磷杂环等均为杂环化合物。其中,最常见也最重要的当属氮杂环。如图1所示,Vasicine[1]、Batracylin[2]、Neocryptolepine[3]等活性分子均为氮杂环衍生物,且都含有五元并六元氮杂环骨架。该类衍生物可用作抗生素、抗癌药、拓扑异构酶I抑制剂等[4],药理活性突出。通过镁、钴、镍等金属催化剂可以合成众多氮杂环化合物。与其他金属相比,铜作为催化剂具有配体简单、毒性低、条件温和的优点,被广泛用于催化氮杂环骨架的构建。本研究综述了铜催化下的双环化反应在合成五元并六元氮杂环中的应用,将更好地指导该类衍生物的高效合成。

图1 含有五元并六元氮杂环骨架的活性分子

1 构建含有两个氮原子的五元并六元氮杂环骨架

ZHENG等[5]发展了邻碘代芳亚胺炔和异腈参与的环加成反应。该反应的催化剂为溴化铜,反应温度为90 ℃,通过[4 + 1]反应构建了吡啶环,通过[3 + 2]反应构建了吡咯环,最终合成了三环稠合的吡咯并喹啉衍生物(图2)。

图2 构建吡咯并吡啶骨架

ZHOU等[6]研究了碘化亚铜催化下构建吡咯并吡啶酮骨架的反应。该合成方案从异腈和邻取代芳胺酮炔出发,通过分子间的[4 + 1]和[3 + 2]反应,合成了多例三取代的吡咯并喹啉酮衍生物(图3)。

图3 构建吡咯并吡啶酮骨架

JIANG等[7]发展了在DMSO溶液中构建吡咯并嘧啶骨架的两组分双环化反应。该合成策略的原料为邻溴取代的苄胺衍生物和吸电子基团取代的乙腈,在碘化亚酮和碳酸钾的作用下,合成了苯并嘧啶并吲哚衍生物(图4)。

图4 构建吡咯并嘧啶骨架

OUYANG等[8]研究了碘化亚铜催化下分子间构建咪唑并吡啶骨架的双环化反应。该反应的原料为邻芳炔苯甲醛、邻苯二胺、碘,溶液为二甲基亚砜,温度为120 ℃,合成了碘取代的苯并咪唑并异喹啉衍生物(图5)。

图5 构建咪唑并吡啶骨架

LI等[9]报道了银和铜共同催化下构建吡唑并吡啶骨架的三组分双环化反应。该反应从邻炔基芳醛、对甲基苯磺酰肼、叔胺出发,在二氯甲烷溶液中反应,合成了吡唑并异喹啉衍生物(图6)。

图6 构建吡唑并吡啶骨架

2 构建含有三个氮原子的五元并六元氮杂环骨架

ZHANG等[10]报道了2-氨基-N’-苯基苯甲酰肼和2-溴-3-苯基丙烯醛参与的两组分双环化反应。该合成路径通过环化、芳构化、Michael加成、消除等反应历程,合成了二苯基取代的苯并嘧啶酮并吡唑(图7)。

图7 构建吡唑并嘧啶酮骨架

MANDADAPU等[11]报道了碘化亚铜催化下构建苯并三唑骨架的分子间双环化反应。该合成方法的原料为叠氮和联芳炔,温度为90 ℃,溶液为乙腈,反应2～4天,合成了芳基取代的萘并三唑衍生物(图8)。

图8 构建苯并三唑骨架

3 构建含有四个氮原子的五元并六元氮杂环骨架

CAI等[12]研究了两组分构建三唑并吡啶骨架的双环化反应。该反应的原料为邻取代的芳胺炔和叠氮,溶剂为DMSO,在碘化亚铜和碳酸钾作用下,合成了三环稠合的三唑并喹啉衍生物(图9)。

JIA等[13]团队报道了在二甲基亚砜中构建三唑并嘧啶骨架的分子间反应。该合成路径的催化剂为碘化亚铜,通过[3 + 2]环加成、SNAr、环化等过程,三组分反应合成了苯基取代的三唑并喹唑啉(图10)。

图10 构建三唑并嘧啶骨架

4 结论

本文叙述了铜催化下双环化反应在构建五元并六元氮杂环骨架中的应用,通过[4+1]反应、Michael加成、SNAr等反应历程,构建了吡咯并喹啉、吡唑并嘧啶酮、三唑并嘧啶等氮杂环骨架,既丰富了五元并六元氮杂环化合物,也补充了铜催化的双环化反应。