吡咯及其衍生物的构建及修饰合成研究进展

王永辉

(滁州城市职业学院学生处,安徽滁州 239000)

0 前言

杂环化学是现代有机化学的组成部分之一，也是近几十年来化学领域研究最活跃的一部分.对于杂环化合物来说，其存在于许多的天然产物和有生物活性的物质中，而含氮杂环化合物是杂环化合物中数量较多的一类物质，特别是吡咯类化合物更受到科学家们的关注，其存在广泛，种类繁多，同时有些还具有良好的生物活性和一些特殊的性质，如生理性、导电性、荧光性等，已广泛用于医药、农业、材料以及超分子等众多领域，是有机合成领域的研究热点[1-3].

吡咯类化合物作为有机杂环化合物的一个重要分支，在有机化学中扮演着重要的角色，吡咯是分子式为C4H5N的含氮五元杂环化合物，吡咯环是五原子六电子大π体系，是富电子环，所以很容易发生亲电取代反应，同时吡咯也是构成一系列复杂大分子的重要结构单元，多取代吡咯是一类重要的吡咯衍生物，包括二取代、三取代、四取代和五取代吡咯等.此类化合物在功能材料、染料、食品添加剂等众多领域都有重要的应用[4-7]，与人类生产和生活密切相关.因此，众多合成工作者的兴趣聚焦在对含吡咯杂环结构的化合物的构建和合成上，大量的吡咯衍生物被用于生活中众多领域和诸多方面[8-9].

1 一取代吡咯衍生物

Chen等[10]通过钌卡宾催化的闭环复分解反应和FeCl3或CuCl2在O2存在下的原位氧化脱氢反应，以二烯丙胺为原料合成了芳基取代的吡咯衍生物，如图1所示.该反应步骤简单、条件温和、产率较高.

图1 合成1-芳基吡咯Fig.1 Synthesis of 1-arylpyrrole

2 二取代吡咯衍生物

Rupsha Chaudhuri等[11]等利用螯合甘氨酸酯烯醇化物，它是良好的亲核试剂可用于迈克尔加成，对炔基Fischer卡宾配合物进行1，4-加成，形成了2，3-二取代的吡咯反应物，如图2所示.该方法的缺点是没法一步完成，有待改进.

图2 合成2,3-二取代吡咯Fig.2 Synthesis of 2,3-disubstituted pyrrole

Adib M等[12]描述了2，4-二芳基吡咯的有效合成，在吗啉和硫磺的存在下加热4-硝基-1，3-二芳基丁-1-酮和乙酸铵的混合物，合成得到产率较高的相应的2，4-二芳基吡咯，如图3所示.优点是产率高、反应时间短，反应活性高.

图3 合成2,4-二芳基吡咯Fig.3 Synthesis of 2,4-diarylpyrrole

Zhou等[13]开发了银催化的[3+2]环加成反应，该反应以中高产率合成多种多取代吡咯，从而为氧化自由基加成到亚胺，直接反应提供了一个新的选择，如图4所示.该反应的优点是条件温和，缺点是催化剂比较昂贵.

图4 合成1,5-二取代吡咯Fig.4 Synthesis of 1,5-disubstituted pyrrole

Adele Faulkne等[14]将Pd-催化剂氧化加成到 O-五氟苯甲酰基肟酯的 N-O 键中生成亚氨基-Pd(II) 中间体，其与空间不同的烯烃5-外环化，所得烷基-Pd(II)中间体在羰基化或非羰基化条件下被有机金属亲核试剂或醇合成吡咯化产物.该方法首次提供了实现烯烃1，2-氨基-酰化、羧化、芳基化、乙烯基化和炔基化反应，如图5所示.该反应的缺点是产率不高，亟待改进.

图5 合成2,5-二取代吡咯Fig.5 Synthesis of 2,5-disubstituted pyrrole

3 三取代吡咯衍生物

Senadi G C等[15]报道了一种在钯催化下β-烯胺酮与简单的烯烃发生马尔科夫尼科夫规则，区域选择性地合成 2，3，5-三取代吡咯衍生物，如图6所示.优点是较广的底物范围，原料易得，收率较高.

图6 合成2,3,5-三取代吡咯Fig.6 Synthesis of 2,3,5-trisubstituted pyrrole

Chang等[16]在无金属条件下从芳基酮、胺和硝基乙烯基芳烃构建多芳基取代的吡咯衍生物，以良好的高产率获得了同源的1，2，4-三芳基取代的吡咯产物，如图7所示.该方法原料易得、成本低廉、产率优良.

图7 合成1,2,4-三芳基吡咯Fig.7 Synthesis of 1,2,4-triarylpyrrole

Christian Paul Konken等[17]在合成 2，4-二甲基-3-乙酰基吡咯时，是首先合成 3，5-二甲基-4-乙酰基-2-吡咯甲酸乙酯，之后再进行水解脱羧，收率较好，如图8所示.该方法的优点是步骤较简单，缺点是反应时间过长.

图8 合成2,4-二甲基-3-乙酰基吡咯Fig.8 Synthesis of 2,4-dimethyl-3-acetylpyrrole

Danks[18]报道了在微波辅助条件下，帕路-诺尔环化反应顺利进行，2，5-己二酮和苯胺在微波辐射下反应得到产率为 90%的吡咯化合物，如图9所示.该方法的优点反应时间短，而在常规反应条件下，至少要反应12 h才能达到相似的产率.

图9 合成1,2,5-三取代吡咯Fig.9 Synthesis of 1,2,5-trisubstituted pyrrole

4 四取代吡咯衍生物

Zheng等[19]报道了钯催化N-芳基丙烯胺和炔溴，通过 C-N 和 C-C 键构建生成3-溴-吡咯衍生物，在此反应中，溴原子被保留形成 3-溴-吡咯，其可在随后的结构修饰与其他物质偶联反应，如图10所示.该方法催化剂廉价易得，产率优良，底物多样.

图10 合成1,2,3,4-四取代吡咯Fig.10 Synthesis of 1,2,3,4-tetrasubstituted pyrrole

Ayushi Pokhriya等[20]开发出一种新型可见光介导的氧化还原中性1，3-偶极环加成反应，氮杂丙烯啶与2，4，6-三芳基吡咯鎓四氟硼酸盐提供四取代的吡咯，在蓝光照射下，2，4，6-三芳基吡啶鎓盐在反应中充当偶极剂和光敏剂，如图11所示.该方案的优点是条件温和、底物范围广和区域选择性.

图11 合成2,3,4,5-四取代吡咯Fig.11 Synthesis of 2,3,4,5-tetrasubstituted pyrrole

Zhang等[21]报道了酮亚胺被探索作为有用的构建单元，用于通过与极性多键的环加成来合成含杂原子的环状化合物，烯烃或炔烃的环加成反应.二氟烯酮亚胺由叔丁基异氰化物和二氟卡宾偶联产生，二氟卡宾由(溴二氟甲基)三甲基硅烷原位形成，然后二氟烯酮亚胺与烯烃或炔烃原位反应合成氟化吡咯烷或吡咯，如图12所示.该方法缺点是原料有臭味，需要小心处理.

图12 合成1,2,3,5-四取代吡咯Fig.12 Synthesis of 1,2,3,5-tetrasubstituted pyrrole

5 五取代吡咯衍生物

Liu 等[22]使用被活化的炔烃和呋喃衍生物为原料，首先合成了N-呋喃-β-烯胺酮，其在氧气的存在条件下，氯化铜催化环化生成五取代吡咯化合物，如图13所示.该反应的缺点是无法一步完成，且需要在纯氧条件下进行.

图13 氧气条件下合成五取代吡咯Fig.13 Synthesis of polysubstituted pyrrole under oxygen condition

Ge等人[23]通过1，3-烯炔、苯胺和Togni-II试剂，在温和条件下产生具有高区域选择性的完全取代的三氟甲基吡咯.该转化通过 Cu(II)/Rh(III) 促进的氮杂-迈克尔加成，三氟甲基化环化/氧化反应进行，得到三氟甲基吡咯衍生物，如图14所示.该反应优点是区域选择性高，缺点是需要在氮气条件下反应，对设备要求高.

图14 氮气条件下合成五取代吡咯Fig.14 Synthesis of polysubstituted pyrrole under nitrogen condition

Zhang等[24]通过异氰化物和α-重氮酮的反应合成多取代马来酰亚胺吡咯，如图15所示.该方法的特点是易于获得的底物、原子经济性和无金属条件，同时产率较高.

图15 氩气条件下合成五取代吡咯Fig.15 Synthesis of polysubstituted pyrrole under argon condition

JagadeshwarVannada等[25]以α-酮醛、苯胺、活化炔烃和芳香亲核试剂四组分联环化反应合成各种具有药学意义的五取代吡咯.该反应通过酰基亚胺(原位形成)与活化的炔烃和芳香亲核试剂(如吡咯)在室温下与钙 (II) 催化下进环化，如图16所示.该方法产率高，底物广泛，温度适宜.

图16 钙催化下合成五取代吡咯Fig.16 Synthesis of polysubstituted pyrrole catalyzed by calcium

6 结论

通过人们对吡咯衍生物的不断研究，很多有药物和其它优良活性的吡咯化合物逐渐被科学家们发现或者合成.此外，大量的吡咯衍生物做为含氮杂环化合物在自然界中分布广泛，数目庞大，并且吡咯骨架是许多药效团的关键部分，具有一些特殊的生物活性，低毒以及较高的内吸性，易于进行结构修饰，方便引入其他功能基团，是医药和农药中常用的结构组成单元，在生物医药、新型功能光电材料、化工等诸多方面具有非常广泛的应用.因此，研究其结构及处理修饰仍需学者进行不断的尝试和工作.