合成氮杂环的无金属双环化反应机理研究

范威

【摘要】相比于金属催化反应，无金属催化反应成本低、后处理简洁、反应条件宽松，更符合绿色化学的理念。介绍近年来无金属催化下双环化反应合成含氮杂环化合物的研究新进展，在碳酸铯、DBU、三乙胺等催化剂的催化下，合成了氮丙啶并吡咯、环丙烷并哒嗪、吡唑并茚酮、异喹啉酮等含氮杂环化合物，丰富了无金属催化下双环化反应合成的含氮杂环衍生物的种类。

【关键词】无金属;氮杂环;双环化

〔中图分类号〕O626 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕1674-3229（2021）04-0074-04

按照有无金属的参与，可将有机合成反应分为金属催化反应[1]和无金属催化反应[2]。把[3]、铁[4]、锌[5]、锰[6]等是金属催化会用到的催化剂。与金属催化反应相比，无金属催化反应成本更低，后处理更简洁、反应条件更宽松，受到越来越多的关注[7]。氮杂环化合物[8]普遍存在于自然界中，Roxadustat[9]、Piperolactam E[10]、（+）-Meloscine[11]等生物碱均含有氮杂环骨架（图1），通过双环化反应可以构建该骨架。本文综述了无金属催化下通过双环化反应合成氮杂环的研究，补充了氮杂环化合物的种类以及无金属催化反应。

1 研究进展

Jia P等[12]报道了室温下碱促进的两组分双环化反应。该反应的原料为苯并噻唑衍生物和烯酯衍生物，催化剂为碳酸铯，溶液为乙腈，构建了四环稠合的环己烯并三元氮杂环骨架（图2）。

Yin W等[13]从溴代芳基腙和链状的烯酷衍生物出发，以碳酸铯为催化剂，经历Michael加成、质子转移、SN2过程，构建了三元并哒嗪骨架。该合成策略丰富了[4+2]和[1+2]反应（图3）。

Santhia J等[14]构建了环戊酮并吡咯骨架。该合成策略选用烯炔酮衍生物为原料，N-碘代丁二酰亚胺为亲电子活化剂，碳酸钾为碱，经历C-C键形成、C-N键形成、消除等过程，合成了茚酮并吡咯衍生物（圖4）。

Chaturvedi A K等[15]报道了DBU催化下构建毗唑并环戊酮骨架的室温反应。该合成方法在乙腈中反应10-15min，通过去质子化、转磷酸化、1，3-偶极环加成等过程，合成了三环稠合的吡唑并茚酮骨架（图5）。

Borthakur U等[16]发展了无金属催化下两组分构建三环稠合的五元并吡啶骨架的反应。该反应的原料为芳醛和取代的芳炔，溶液为二氯乙烷，通过Friedel-Crafts反应，合成了芳基取代的茚并吡啶衍生物（图6）。

Zhang Z等[17]研究了在乙醇溶液中构建吡咯并吡啶酮骨架的两组分反应。该反应从烯酮酰胺和胺出发，通过回流操作下三元环的开环和再关环，合成了三取代的吡咯并吡啶酮衍生物（图7）。

Li N等[18]报道了在二氯甲烷中构建异喹啉骨架的两组分反应。该反应的原料为联烯酯和二烯亚胺，催化剂为三苯基膦，温度为60℃，通过[3+3]和氮杂6π电环化反应，合成了多取代的异喹啉衍生物（图8）。

Feng X等[19]报道了三组分构建多取代异喹啉酮骨架的微波合成反应。该反应的原料为戊二醛、丙二腈、芳酮取代的酰胺衍生物，促进剂为三乙胺，溶液为乙醇，合成了一系列异喹啉酮衍生物（图9）。

Mukhopadhyay C等[20]研究了五组分参与的双环化反应。该反应以酮、丙二睛、胺为原料，在2mL水中回流，经过Knoevenagel缩合Michael型反应、消除、关环等过程，合成了多取代的1，6-萘啶衍生物（图10）。

2 结论

本文概括了无金属催化下合成氮杂环化合物的双环化反应研究，在氢氧化钠、碳酸铯、DBU、三乙胺等催化剂的催化下，构建了氮丙啶并吡咯、环丙烷并哒嗪、吡唑并茚酮、异喹啉酮等氮杂环化合物，补充了氮杂环衍生物的门类。

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