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氮杂环丙烷开环反应的研究进展

2022-01-19 来源:易榕旅网
第31卷第2期 2011年4月 山西化工 V01.31 NO.2 SHANⅪCHEMICAL INDUSTRY Apr,2011 ’ ‘ . ; , , , 々 { t: × j缫述与瓷坛 : : : : :, 氮杂环丙烷开环反应的研究进展 孙卜昆 , 曹桂荣。, 李 兴 , 常宏宏 , 魏文珑 (1.太原理工大学化学化工学院,山西 太原030024;2.防灾科技学院,河北 三河065201) 摘要:介绍了碳、氧、硫、氮及含其他杂原子等亲核试剂对氮杂环的开环反应,阐述了烷基、芳基、烯 胺、烯醇、烯烃等负碳离子对氮杂环的开环研究。 关键词:氮杂环丙烷;开环;路易斯酸 中图分类号:TQ231.1 1 文献标识码:A 文章编号:1004—7050{2011)02-0029—04 引言 氮杂环丙烷是一类非常重要的杂环化合物,其 1碳亲核加成 有机金属试剂开环反应从发现到现在已有3O 多年的历史。然而,关于负碳离子与氮杂环丙烷的 开环后可得到许多有价值的产物,因此,对氦杂环丙 烷的开环反应研究有重要的科学研究和实际应用意 义。氮杂环丙烷类化合物因其具有广泛的应用和较 亲核加成研究一直没有得到较大的进展。1985年, Eis M J等 在路易斯酸BF,催化下使用有机铜锂 完成了对非活化氮杂环丙烷的开环反应,从而开发 强的反应活性,而成为现代有机合成中最重要的杂 环化合物之一,其不仅是构建复杂分子的基石及重 要官能团转化中心,而且在不对称合成中也扮演着 了一种高效的开环方法。随后,Baldwin等 关于氮 磺化的氮杂环丙烷不需要催化的开环报道进一步引 起了人们的广泛关注。从此,负碳离子对氮杂环丙 烷的亲核加成成为了一个新的研究热点。 1。l烷基和芳基负碳离子对氮杂环丙烷的开环 极其重要的角色。氮杂环丙烷类化合物以其三元环 环张力大的特点显出极高的活性,通过对它的各种 转化反应可以合成出许多有价值的官能团化的氨基 化合物。所以,对氮杂环丙烷类化合物的开环研究 成为一个新的热点,且越来越受到人们的重视¨】。 近几年,氮杂环丙烷类化合物的开环方法研究有了较 大的发展,可以从不同的氮杂环丙烷化合物原料出 发,通过使用不同催化剂得到所需的开环产物 J。 rrs 使用烷基或芳基的格式试剂可实现烷基或芳基 负碳离子对氮杂环丙烷的开环。该反应以THF作 溶剂,CuI为催化剂,反应结束后在超声条件下加入 镁,可很容易地去除甲苯磺酰基 J,反应式如式(1)。 HN7。 RIMgBr(2 eq~ 氨基酸 H2N H‘摩尔分数O  ̄CT F-78 C-O 。.. %, ̄i h 儿 —、R, n’ R R。 (1) R=Bn,j.Pr.Me RI=Ph,4一MeOPh,2-MeOPh,2-thiophene,3-thiophene,3-benzothiophene,1-naphthyl 1.2烯胺、烯醇、烯烃对氮杂环丙烷的开环 收稿日期:2011-01.19 在适宜的路易斯酸催化条件下,吲哚可作为氮 杂环丙烷开环反应的底物。例如,在Sc(C10 ),催 化下具有烯胺官能团的2一取代的吲哚能对氮杂环 作者简介:孙 昆,男,1963年出生,1985年毕业于天津纺织工学院, 硕士研究生,副教授。研究方向:精细有机合成和药物中问体合成。 ・30・ 山西化工 2011年4月 丙烷进行亲核加成反应,得到较高收率的2一取代色 氨酸 ' ,反应方程式如式(2)。 0 + 0M。兰 :!: ℃ (2) B Cb z oD OBn Bn r 烯醇化合物对氮杂环丙烷的加成大部分发生在 烯醇化合物与有旋光活性的氮杂环丙烷反应可生成 立体选择性的开环反应中,产物多为 一氨基碳酰双 .氨基酰胺 ,反应方程式如式(3)。 官能团衍生物。研究表明,具有手性氨基化合物的 R^0 .N—Ts Ts--NH Me Me OH ::I TPh 8 Mel}4  OH r Ph— M e THF,一78 II  Me OH] R人 、Ⅵ/N P hl 13 0 6“ e l (3) Ts-1t、R 人NH Me M e OH N—Ts RO Me 研究表明,氮杂环丙烷与非负碳离子的烯烃官能 丙烷在BF3・OEt 催化下可生成二环四氢化吡咯和 团也能发生开环反应。如环戊烯与N. 苯基氮杂环 取代的环戊烯的混合物 ,反应方程式如式(4)。 嚣[ 卜 ㈩ 2氧亲核加成 式如式(7)D2】。 氮杂环丙烷虽然在结构上和环氧化合物一样, … o R (6) 但氮杂环丙烷对含氧亲核试剂表现出较低的反应活 Ph -、、 OH 性。因此,含氧亲核试剂对氮杂环的开环反应主要 N wI————————— AcOH/CH2CH ̄叫A-cO一" R 依赖于氮环中引入吸电子基团或使用适宜的路易斯 厶 R (7) 酸进行催化。 OH ’ R=alky1.aryl or CH2CO2Bu—t 2.1 烷基和芳基醇对氮杂环丙烷的开环 在硝酸铈铵催化下,甲醇与氮杂环丙烷开环生 3硫亲核加成 成邻氨基乙醚 ,反应反程式如式(5)。 H 硫醇能较容易地与氮杂环丙烷进行开环反应, R’\ 硝酸铈铵 R,\. ̄、N—T。 I、=N—.TR——— l r 、 氮原子能够从硫醇中获得质子形成亚胺基杂环丙烷 R/ MeOH R2,一J、oMe 季铵盐中间体,去质子化的硫醇亲核试剂再攻击氮 2.2羟基负离子对氮杂环丙烷的开环 杂环结构中的碳原子,进而发生开环反应。 研究表明,使用BF3・OEh、Sn(OTf):等路易斯 3.1 烷基和芳基硫化物对氮杂环丙烷的开环 酸可催化水对氮杂环丙烷的开环反应,反应式如式 芳香族硫酚和脂肪族硫醇在无催化剂或者碱存 (6)所示[I¨。水分子进攻与氮杂环丙烷上的结构中 在下能够与氮杂环进行开环反应。Leeuwen等¨副 与氮处于反位的环己基,生成反式氨基醇。 研究了不同硫亲核试剂对氮杂环丙烷进行开环反应 2.3羧酸负离子对氮杂环丙烷的开环 的影响,反应方程式如第31页式(8)。 在羧酸存在下,氮杂环丙烷的区域选择性开环 3.2硫酰基酸对氮杂环丙烷的开环 反应类似于氮杂环丙烷与醇和水的开环,反应方程 近几年,关于硫酰基酸对氮杂环丙烷的开环反 2011年4月 孙卜昆等,氮杂环丙烷开环反应的研究进展 ・3l・ 2 Ph R。 R-SH Me, OH Ph. 、. . R1 五云 Rs厂_\NHR:(8) 以直接合成二胺类化合物。含氮亲核试剂的亲核性 较强,在没有催化剂作用下也能和氮杂环丙烷发生 反应,但加人Lewis酸活化氮杂环丙烷可提高反应 的收率和区域选择性,且还可缩短反应时间。Juar— isti等¨ 以LiCIO 作催化剂,反应收率最高达到了 90%,反应方程式如式(11)。 Rl R=Ph,Bn,i-Pr;Rl=Me OF Ph;R2=H or Me 应报道较少。Lee等_l 研究了反应体系酸性对氮杂 环丙烷开环的影响,在一78℃下反应3 min,收率可 达87%。但苯硫酚和其他硫醇在室温下对氮杂环 丙烷的开环需较长的时间,反应方程式如式(9)。 ・ tl ̄-tI+It Ac-SH,CH2Ch PhPh(9 9 3.3 其他含硫亲核试剂对氮杂环丙烷的开环 善 R=Bn,(S)一a—PhMeCH,c—CsH R’=Bn,c-CsHn,piperidine 文献[15]报道了由手性氮杂环丙烷不对称合 成2一氨基甲基磺酸的方法,反应方程式如式(1O)所 示。未取代的氮杂环丙烷能够与亚硫酸氢钠进行开 环反应,反应中亚硫酸氢根负离子进攻较少位阻的 氮杂环丙烷。 }i R 一 5 其他杂原子对氮杂环的开环反应 5.1 含磷化合物对氮杂环的开环反应 近年来,Yudin等 ’ 对7一氮杂双环[4,1,0]庚 烷与二苯基磷化氢的酸催化开环反应进行了研究, 被邻苯二甲酰亚胺活化的氮杂环丙烷能够得到 65%的开环产物,反应方程如式(12)所示。 NaHSO3,H2O R .…“ _ 88 %-96% N so一,(10)、 H …。 (-2) 4氮亲核试剂 二胺类化合物在有机合成及医药领域有着广泛 的应用,利用氮杂环丙烷与含氮亲核试剂的反应可 5.2硅烷类化合物对氮杂环的开环反应 Fleming等¨副研究了二甲基苯基硅烷离子对氮 杂环丙烷的开环,反应可得到B一甲硅烷基乙基磺酰 胺,方程式如式(13)。 - JR,/ R:三!苎苎墨堡堡堡R。/ R: —— 一 fJ (13) 5.3硒醇化合物对氮杂环的开环反应 氮杂环丙烷与苯硒醇反应生成相应的开环产物,反 应收率和区域选择性均较高,反应方程式如式 (14) 驯。 与醇类和硫醇相似,硒醇也能作为亲核试剂攻 击氮杂环丙烷,进而使氮杂环丙烷开环。非活泼的 PhS e一\ 65%-94% R、/ N H H 、 R=Ph,2-thienyl,,l—pentyl,i-Pr,trans:eis>9:1 2一(1,3-dioxolan一2一y1)ethyl 5.4含钴化合物对氮杂环的开环反应 Aggarwal 发现,在Co(co)。催化下氮杂环 6结语 近2O年的氮杂环丙烷开环反应的研究工作得 丙烷可发生扩环反应,方程式如第32页式(15)。在 连有三甲基硅基的碳上,钴从背面进攻氮杂环丙烷完 到了系统的发展,应用氮杂环丙烷的开环及其转换 反应来合成某些天然产物中间体、药物和具有生物 成扩环反应,生成p-内酰胺的结构,反应收率达74%。 ・32・ 山西化工 (24):4615-4617. 2011年4月 ,1.Bu co ̄(co)s,8%(摩尔分数) ‘B l:I、 C0(3 447 kPa),DMF N_eo 上_j, ,rsiM , B t iM 瓦 一 ,l—B [10]Chandrasekhar S,Narsihmulu C,Sultana S S.Ceric am・ monlum nitrate(CAN)catlayzed ring lceavage of N—to ̄rl aziifdines:a potential tool for solution phase library gen- l ec。(c0) 愆 CO f 。(c0). e、 一 eration[J].Tetrahedron Lett,2002,43(41):7361-7363. 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Progress of Pd-catalyzed suzuki cross-coupling of arenediazonium salts LI Yan-wei,YAN Xu-#ag,LI Xing,CHANG Ho.g-hong,WEI Wen-long (College of Chemistry and Chemical Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024,China) Abstract:Biaryls aI_e widely present in numerous classes of organic compounds,such as natural products,advanced materials,liquid crystals,ligands and medicinal molecules.The Suzuki cross・coupling reaction has evolved as a powerful synthetic tool for the synthesis f bioaryls and has become one of hot topics in organic chemistry and catalytic chemisty.Rercently,considerable attention has been fo- cu8。d on the Suzuki cross-coupling reactions that incorporate arenediazonium tetrafluombomte salts as aryl elctreophilic components in order to take advantage of several of their important features.In this paper,Suzuki cross・coupling reactions of arenediazonium salts cat— ly ̄d by diaferent Pd catalyst are reviewed and compared.The applications of Suzuki cross-coupling reactions arc also expounded. Key words:Pd catlyst;daiazonium salts;suzuki cross-coupling (上接第32页) Research progress on ring-opening reactions of aziridines CHANG Hong-hong ,WEI Wen-long。 SUN Bo.kun‘CAO Gni.rong ,LI Xing‘,,(1.Collge eof Chemistry and Chemical Engineering,Taiyuan Universiy tof Technology,Taiyuan Shanxi 030024,Cbirm; 2.Institute of Disaster Prevention,Sanhe Hebei,065201,China) Abstract:Aziridines are very important heterocycles.Many valuable products are generatd when azieifdincs were ring-opened.It has important practical applications to research the ring-opening eactrions of aziridines.This article describes the ring・opening of aziridines with nucleophilcs containing carbon,oxygen,sulfur,nitrogen,and other heteroatoms.It focuses on the alkyl,aryl,alkenyl amines,e. nd,defins and other negative carbon ions in the ring—opening of aziidirnes. Keywords:aziriine;rding-open;lewfi acid 

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