图图式1 Lewis/Brønsted酸催化炔丙醇亲核取代反应
Figure 图式1. Lewis/Brønsted acid-catalyzed nucleophilic substitution of propargyl alcohols
结合作者博士期间以及最近在Lewis和Brønsted酸催化活性醇构建碳-碳、碳-杂键领域的研究工作[2],综述近年来国内外研究人员利用Lewis/ Brønsted酸催化炔丙醇进行亲核取代反应的研究进展,按照分子间与分子内以及炔丙醇与不同类型的亲核试剂(NuH=C,N,O,S,I)反应进行分类,并针对研究中存在的问题对其前景进行展望.
Lewis/Brønsted酸催化炔丙醇的亲核取代反应是构筑碳-碳、碳-杂键的一类非常重要的反应. 炔丙醇在酸催化剂作用下通常会形成联烯碳正离子或者炔丙基碳正离子,接着被亲核试剂捕捉生成联烯化合物或者炔丙基化合物,由于联烯或者碳碳叁键官能团的存在,可进一步进行官能团转化反应,从而合成出种类多样的无环、碳环以及杂环等分子[1](Scheme 1). 随着人们对绿色化学的重视,传统的炔丙基化构建方法已不再具有优势,发展环境友好的绿色合成方法变得尤为重要. 炔丙醇的亲核取代反应的一大优点是该反应产生的唯一副产物是水,极大地降低了对环境污染的压力. 此后开展的相关研究工作极大地促进了炔丙醇化合物在有机合成中的应用,近年来在该领域有大量的相关文章发表.
传统方法中,炔丙醇的炔丙基化大多依赖于1972年报道的Nicholas反应方法学[3],这种合成方法的缺点是: (1)反应需要等量Co2(CO)8,会产生大量的含钴废弃物,对环境的污染性比较大; (2)该方法是一个多步反应,从原子经济角度考虑是不利于充分利用原材料的,而且也会产生更多的废弃物(Scheme 2). 为了缓解对环境污染的压力,近年来研究者对此方法作了很多改进,发表了大量以过渡金属或者非金属催化剂催化炔丙醇亲核取代反应的文章.
2000年,Sanz等[9]报道了对甲苯磺酸催化吲哚和炔丙醇的反应,在吲哚的C-3位引入炔丙基. 在该文中,Sanz等只研究了三级炔丙醇与吲哚的反应,该反应具有较高的区域选择性,生成的直接炔丙基化产物的产率高达95%(表 2,Entry 1).
2007年,Sanz等[7]报道了一种非金属催化的炔丙醇取代反应(表 1,Entry 4). 该小组使用p-TsOH•H2O作为催化剂,炔丙醇可与1,3-二羰基化合物进行直接炔丙基化反应(表 1,Entry 4). 所用溶剂未经干燥处理,且可在开放体系中进行反应,相应的炔丙基化产物的产率高达93%. 该反应的一个缺点在于使用三级炔丙醇与1,3-二羰基化合物反应时会产生共轭1,3-二烯二酮副产物,该产物被认为是三级炔丙醇发生Meyer-Schuster重排后生成的共轭烯酮与1,3-二羰基化合物发生缩合反应形成的.
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2008年,Yoshimatsu等[8]使用Sc(OTf)3作为催化剂,与含有硫原子、硒原子的炔丙基醇作用,取得了直接炔丙基化的产物,相应产物的产率为65%~100%. 在该反应中,作者尝试了不同种类的亲核试剂,如烯丙基三甲基硅烷、烯醇硅醚、芳烃、硫硅醚、噻吩以及吡咯. 该反应具有较高的区域选择性,可能是和炔相连的硫原子、硒原子相关,这两种杂原子可用于稳定在反应过程中产生的碳正离子(表 1,Entry 5).
2002年,Bezuidenhoudt等[11]使用Al(OTf)3作催化剂,成功地进行了炔丙醇与吲哚的直接亲核取代反应. 在该反应中测试了二级以及三级炔丙醇的反应活性,都获得了较高区域选择性的炔丙基化产物,而且催化剂用量可以降低到0.5 mol%(表 2,Entry 3).
2008年,Yadav等[12]首次发现炔丙醇和三甲基硅苯乙炔在单质碘催化下可以温和、高效地合成二炔类化合物(Eq. 1). 作者测试了炔丙醇与多种炔基硅烷反应,获得了产率高达97%的双炔化合物. 遗憾的是作者只研究了二级炔丙醇,没有进一步探究一级和三级炔丙醇的反应情况.
2006年,Zhan等[5]在此基础上报道了BiCl3在温和条件下,催化炔丙醇与各种类型的亲核试剂(如烯丙基三甲基硅烷、醇、硫醇、酰胺、取代芳烃、呋喃以及吡咯)发生直接亲核取代反应,相应的取代产物产率可达94%,该合成方法具有区域选择性高的优点(表 1,Entry 2). 值得注意的是,在该反应中除了内炔丙醇外,端炔丙醇也适用于本反应. 同年,该小组[6]发现了FeCl3催化剂同样适用于上述直接炔丙基化反应,亲核试剂同上面一样,而且催化剂价格更便宜. 在该FeCl3催化炔丙醇反应中,生成的直接炔丙基化产物的产率高达95%(表 1,Entry 3).
同年,Silveira等[10]也发表了三级炔丙醇与吲哚的直接炔丙基化反应. 测试了不同取代的吲哚和炔丙醇的反应,取得较好的区域选择性以及产率,但该反应中使用30 mol% CeCl3作催化剂以及1.0 equiv.的ZnO作添加剂,极大地增加了合成成本(表 2,Entry 2).
2000年,Zhan等[13]报道了酸处理过的蒙脱土H-K10作为固体酸催化剂催化炔丙醇的双炔化反应(Eq. 2). 该催化剂可在无溶剂条件下催化炔丙醇与炔基硅烷合成1,4-双炔化合物,反应条件温和,无需无水无氧操作,并且催化剂可循环多次利用,经7次循环使用测试,双炔化合物的产率无明显降低.
2005年,Campagne等[4]报道了炔丙醇在NaAuCl4• 2H2O催化下直接发生亲核取代反应生成炔丙基化产物 (表 1,Entry 1). 该反应是通过Au(Ⅲ)与炔丙醇的炔基和羟基活化作用进行的,亲核试剂适用范围较为广泛,不仅可以是杂环芳烃、烯丙基三甲基硅烷,还可以是醇以及硫醇类化合物. 该合成方法步骤简单,条件温和,区域限制性专一,相应的亲核取代产物产率高达97%.
2012年,Wang等[19]报道了炔丙醇和吲哚衍生物在不同催化剂作用下生成吲哚3-位烷基化与烯基化反应(Scheme 7). 在该反应中,不同的催化剂对该反应的选择性是不一样的. 选用三氟甲磺酸作催化剂时,反应经联烯化再分子内傅克关环生成产率高达96%的吲哚3-位烯基化的吲哚衍生物. 当选用三氟甲磺酸铜作催化剂时,先发生直接炔丙基化反应,接着在NIS和路易斯酸三氟化硼乙醚作用下发生分子内吲哚对炔的加成反应,生成吲哚3-位烷基化产物. 另外,作者对该反应进行了克级放大反应,相应的吲哚烷基化以及吲哚烯基化产物产率高达93%. 值得注意的是该反应中吲哚N上都是被烷基取代的.
烯胺也是一类良好的碳亲核试剂. 2011年,Wang 等[29]报道了一种由2-丁炔二酯、仲胺和炔丙醇类化合物三组分一锅法合成多取代氮杂环庚二烯的方法(Scheme 14). 仲胺首先与炔酯发生加成反应形成烯胺中间体,作为一种碳亲核试剂与三氟化硼乙醚活化的炔丙醇发生直接炔丙基化反应,接着发生一系列的串联反应关环得到多取代的氮杂环庚二烯衍生物,相应的产物产率高达86%.
2013年,Bi等[23]发现在三氟化硼乙醚作用下,受乙二硫醇保护的丙烯酸/丙烯酰胺与炔丙醇化合物反应得到联烯中间体,在不同的条件下经分子内杂原子O或者N对联烯的关环反应可分别得到产率高达96%的δ-内酯类化合物和95% 的δ-内酰胺类化合物(Scheme 10). 值得注意的是,当选用α-甲基丙烯酮与炔丙醇类化合物反应时,可发生炔丙醇芳基对联烯中间体的加成反应,最后得到产率最高达78%的茚衍生物.
2013年,Han等[18]报道了炔丙醇和苯酚在三氯化铁催化下合成苯并呋喃和萘并吡喃化合物的工作(Scheme 6). 二级醇作底物与酚发生直接炔丙基化反应,接着分子内酚羟基对炔的烷氧基化加成反应得到苯并呋喃. 三级醇作底物与酚形成联烯中间体,接着分子内酚羟基对联烯进攻,被亲电试剂捕捉形成萘并吡喃衍生物.
炔丙基醇的亲核取代反应中,氮杂环丙烷也是一类良好的碳亲核试剂. 2009年,Wang等[31]报道了一种氮杂环丙烷和炔丙醇的串联反应,提供了一种合成茚的新方法(Scheme 16). 在Yb(OTf)3的作用下,氮杂环丙烷开环生成亚甲胺叶立德,同时炔丙醇经过Meyer-Schuster重排生成碳正离子中间体,然后亚甲胺叶立德和碳正离子中间体发生[3+2]环加成得到一个氮杂五元环碳正离子,接着脱质子开环生成亚胺,经Lewis酸催化发生分子内Friedel-Crafts反应最终生成茚衍生物. 该反应原料易得,产物可以很容易地转化为苯并芴、茚亚胺和茚酮,是一种很好的合成茚及相关碳环化合物的方法.
2009年,Shi等[27]又设计了一种结构新颖的含有甲烯环丙基的炔丙醇分子,使用三氟甲磺酸银作催化剂,生成了多取代的联烯环丁醇类化合物,该产物在金催化下可经重排得到结构新颖的氧杂桥环化合物(Scheme 13). 在该反应中,同样是烯烃对炔丙醇进攻形成联烯中间体,接着三元环扩环形成联烯环丁烷正离子,紧接着被水捕捉形成联烯环丁醇产物,但是该产物总体产率不高. 该产物联烯部分在金催化作用下发生Wagner- Meerwein转移,产生乙烯基金中间体,进一步质子化形成产率高达85%的氧杂桥环化合物.
硫醇保护的1,3-二羰基化合物也是一个很好的亲核试剂. 2011年,Bi等[21]发现硫醇保护的烯酮化合物可与炔丙醇在30 mol% FeBr3催化下发生直接炔丙基化反应. 在该反应中,炔丙醇具有一定的局限性,必须是二级炔丙醇才能发生直接炔丙基化反应,该反应在室温下进行,生成的产物产率高达90% (Scheme 9). 2013年,该课题组[22]发现当使用三级炔丙醇与受保护的烯酮反应,可得到联烯化的产物. 而且催化剂FeBr3用量可降低至20 mol%,该反应在室温下一般30 min可完成,联烯化产物产率高达95%.
在此基础上,2013年,Wang等[30]用伯胺代替仲胺进行了相似的研究,在同样的催化条件下获得了产率可达76%的多取代二氢吡啶衍生物. 值得注意的是,当使用4.0 equiv.的甲胺时,可分离得到酯基参与反应的70%产率的烯胺化合物,同样可与炔丙醇发生反应生成产率可达74%的新型二氢吡啶衍生物(Scheme 15).
2003年,Carreira等[17]报道了端基炔丙醇与酚在5 mol%对甲苯磺酸吡啶盐催化下,以2.0 equiv.的原甲酸三甲酯作脱水剂,经分子间傅克反应形成联烯,进而发生分子内的联烯烷氧基化反应,生成产率高达99%的光致变色吡喃衍生物(Scheme 5). 该方法可以方便地合成一些特殊的吡喃衍生物,而这些化合物用以前报道的方法是难以合成的.
2009年,Chan等[2g]报道了酚类化合物作为亲核试剂与炔丙醇经两次傅克反应生成茚酚衍生物的工作. 在该反应中,以价格便宜的Yb(OTf)3作为有效的催化剂,测试了不同取代的炔丙醇与多种酚的反应,相应的茚酚产率高达99%. 作者还尝试了茚酚衍生物的进一步转化反应,在氧气作用下,茚酚可被缓慢氧化成1,5-二醌衍生物,相应的产率高达99% (Eq. 4).
2013年,Zhang等[28]报道了以炔丙醇和二取代端烯为底物,10 mol% 三氟甲磺酸铜为催化剂,原子经济上考虑化学选择性地合成了80%~95%产率的1,4-烯炔类化合物(Eq. 7). 在该反应中,所用的炔丙醇都是二级的,烯烃与二级炔丙醇发生直接炔丙基化反应,最后失去质子生成1,4-烯炔化合物. 另外值得注意的是该反应中所用烯烃都是带有芳基的活性烯烃.
同年,该小组[15]在此研究基础上报道了相似反应条件下炔丙醇发生两次分子内傅克反应生成螺环化合物的工作(Scheme 4). 在该反应中,芳环进攻经三氯化铁活化的炔丙醇,发生分子内傅克反应形成联烯,接着分子内芳环进攻联烯再一次发生傅克反应形成螺环化合物. 该小组通过对不同取代炔丙醇底物的分子内环化研究,发现三氯化铁催化剂能有效地催化该类底物的环化反应,成功实现了螺环衍生物的一步合成,相应螺环产物的产率高达91%.
2008年,Zhou等[14]通过FeCl3•6H2O催化炔丙醇化合物发生分子内傅克反应,生成了一系列四氢异喹啉衍生物,其可在20 mol%对甲苯磺酸作用下经异构化生成二氢异喹啉类化合物(Scheme 3). 在该反应中,与羟基相连的炔丙位取代基对反应有较大影响,R1/R2均为烷基时,相应的产物产率较低,而R1/R2取代基中只要有一个芳基时,相应的产物产率较高,可能与取代基稳定羟基离去后产生的碳正离子能力有关.
除了芳基化合物亲核试剂可被用于炔丙醇的亲核取代反应,1,3-二羰基化合物也是一个很好的碳亲核试剂. 2007年,Sanz等[7]报道了炔丙醇与1,3-二羰基化合物选择性生成烷基化和联烯化产物的工作(Eq. 5). 影响反应选择性的因素主要是由炔丙醇的自身性质决定的. 在对甲苯磺酸催化作用下,1,3-二羰基化合物可以与二级炔丙醇反应,再经碳酸钾处理,可发生串联反应生成全取代的呋喃衍生物.
2013年,Niggemann等[25]采用相似的合成策略通过新颖的双三氟甲磺酰亚胺钙催化剂催化合成了一系列产率高达99%的稠杂环化合物(Scheme 12). 和Liang等的工作相比较,不同的地方在于对烯烃进攻后形成的碳正离子捕获方式,前者是采用水作为捕获试剂,而在本反应中,烯烃进攻炔丙醇形成联烯中间体,芳基上杂原子进攻联烯,进而捕获碳正离子形成环丙烷衍生物.
同年,Zhan等[20]同样报道了炔丙醇和吲哚衍生物的串联反应. 在5 mol%的AgOTf的催化下,通过傅克反应形成联烯,接着发生分子内吲哚N对联烯的加成反应,关环形成吲哚三环结构的衍生物,相应产物的产率可达95% (Scheme 8). 不同于上面反应的是本反应中吲哚衍生物原料的N原子是未被取代的,这样吲哚的N可以作为亲核原子发生加成反应,进而生成结构新颖的吲哚衍生物.
2010年,Chatterjee等[16]报道了Ir-Sn双金属催化剂[Ir(COD)(SnCl3)Cl(μ-Cl)]2催化炔丙醇与芳基亲核试剂反应生成茚类衍生物的工作. 作者研究了影响两类反应的影响因素,即双金属直接催化炔丙基化反应和经过联烯进而发生分子内傅克环化生成茚衍生物的反应,发现产物的选择性受到原料炔丙醇和芳烃两者结构的共同影响,三级炔丙醇与具有较大位阻的芳烃倾向于发生联烯化-分子内傅克环化的串联反应,生成产率高达92%的茚衍生物(Eq. 3).
2008年,Shi等[26]使用结构特殊的联烯环丙烷化合物与炔丙醇发生串联反应(Eq. 6). 在Zr(OTf)4催化作用下,联烯双键首先进攻炔丙醇,发生直接炔丙基化反应以及三元环开环形成碳正离子,进而发生重排以及分子内傅克反应形成产率高达93%的多环化合物. 同时,作者还报道了炔丙基甲基醚与该特殊联烯环丙烷的反应,同样可以获得多环化合物.
在炔丙醇的亲核取代反应中,烯烃同样是一类十分重要的亲核试剂. 2009年,Liang等[24]报道了一种反应条件温和地构建1,3-二烯烃衍生物的方法,在这个反应中使用六氟锑酸银作催化剂,潮湿的二氯甲烷作溶剂,其中微量的水起到关键的作用(Scheme 11). 可能的反应机理为: 银和炔基以及羟基官能团配位,促使分子内的双键作为亲核试剂进攻,进而脱去羟基,形成五元C—C键以及叔碳正离子,碳正离子接着被体系中的水捕获后生成联二烯醇,经分子内重排失去一分子丙酮形成1,3-二烯烃衍生物.
2010年,Liang等[44]报道了在室温下使用分子碘分别促进1,4-丁炔二醇、4-氨基-2-炔基-1-醇发生环化反应生成3,4-二碘杂环化合物的研究工作(Eq. 17). 在微量质子条件下,炔醇中的一个羟基失去形成联烯正离子,被碘负离子捕获形成碘代联烯,在碘正离子的活化下,分子内的羟基或者胺基进攻活化的联烯进而形成产率高达99%的五元杂环化合物. 该小组发现反应体系中痕量的水分子存在可以促进分子碘形成正负碘离子以及质子,从而有利于反应的发生.
2011年,Yamamoto等[46]将硫原子引入到炔丙醇中,在分子碘的作用下联烯化硫原子分子内进攻联烯形成双碘代硫杂五元环衍生物(Eq. 18). 在该反应中,同样需要微量的水来促进反应的进行.
在炔丙醇的亲核取代反应中,碘化物同样可以作为一个好的亲核试剂. 2007年,Wang等[43]报道了端基二级炔丙醇与碘化氢溶液发生亲核取代以及进一步氧化的一锅法合成α-碘代烯酮的反应(Eq. 16). 在该反应中,炔丙醇被质子活化,碘负离子进攻活化的炔丙醇形成联烯碘化合物中间体,该中间体可被氧气在加热条件下氧化为产率最高达71%的α-碘代烯酮衍生物.
2011年,Yamamoto等[47]报道了带有羰基的炔丙醇与IX (X=Br,I) 串联反应合成双卤代呋喃衍生物的工作(Eq. 19). 首先甲醇进攻活化的羰基形成半缩酮,接着炔基重排为联烯碳正离子被碘负离子捕获形成碘代联烯中间体,接着分子内羟基进攻活化的联烯形成双卤代化合物. 在该反应中,甲醇是获得较高产率的至关重要的溶剂.
2008年,Kim等[48]报道了含有奎宁官能团的炔丙醇与分子碘反应形成碘代吡咯多环衍生物的工作(Eq 20). 在该反应中碘负离子进攻炔丙醇形成碘代联烯中间体,接着联烯被奎宁氮原子进攻,异构化形成碘代吡咯衍生物. 作者同样研究了含有吡啶基团的炔丙醇与碘的反应,发现第一步反应是吡啶氮原子首先与碘活化的炔加成形成α-碘代烯胺盐,作者认为和吡啶氮相比,奎宁氮是一个亲核性相对较弱的亲核试剂.
在此基础上,2011年,Liang等[45]改用芳基炔丙醇和4-苯氧基-1-苯基-2-丁炔醇作为反应底物在分子碘作用下发生串联反应形成相应的双碘代二氢萘衍生物和双碘代苯并氧杂七元环衍生物(Scheme 21). 在该反应中,同样是碘负离子进攻活化的炔丙醇形成联烯,接着发生芳环分子内对联烯的加成反应形成双碘代环状化合物. 文中,痕量的水同样对分子内环化反应起到了促进作用,相应产物的收率最高可达72%和79%.
2011年,Wang等[33]报道了炔丙醇在BF3•Et2O的催化下经过Meyer-Schuster重排得到联烯碳正离子,被N-磺酰基腙进攻生成关键的N-磺酰基联烯胺中间体,接着发生分子内重排得到了二氢吡唑类化合物的工作. 该化合物可被进一步转化为取代的丙烯腈衍生物,在室温条件下通过叔丁酸钠作用合成了3,3-二芳基丙烯腈衍生物,产率可达96%,该类化合物具有一定的生物活性,在化学治疗癌症方面具有潜在用途(Scheme 17).
在炔丙基醇的亲核取代反应中,氮亲核试剂同样是一类重要的亲核试剂. 2009年,Chan小组[2i]报道了Yb(OTf)3催化的炔丙醇分别与胺类化合物反应生成1,3-共轭烯炔类化合物(Eq. 8). 在该反应中,炔丙醇在催化剂作用下脱去一分子水形成炔丙基环丙基碳正离子,接着胺类亲核试剂进攻三元环发生开环反应形成共轭烯炔. 值得注意的是,作者尝试了多种胺类化合物,其中芳基磺酰胺效果最好,其它的如苯胺、酰胺等作为亲核试剂,获得的烯炔化合物产率较低.
2012年,Chan等[35]报道了三氟甲磺酸银催化炔丙基二醇与磺酰胺发生分子内串联反应得到高达94%产率的2-炔基吲哚衍生物(Eq. 10). 该反应中磺酰胺首先进攻活化的二级炔丙醇(与R2相连的一端)形成联烯胺中间体,跟联烯异构化脱去一分子水得到2-炔基吲哚化合物. 值得注意的是,绝大多数反应使用二级炔丙醇(与R2相连的一端)为底物,而一级炔丙醇得到的相应产物的产率低至38%,并且作者未尝试三级炔丙醇的反应情况.
2011年,Wang等[34]报道了一种由炔丙醇和磷酰胺在三氟甲磺酸镱催化下合成稳定联烯磷酰胺类化合物的方法(Scheme 18). 炔丙醇在Yb(OTf)3活化下被磷酰胺进攻生成高达产率高达82%的联烯衍生物,而相同原料在2.0 equiv.分子碘作用下生成了产率高达84%的氮杂三环化合物,作者提供的可能的碘作用机理是磷酰胺与两分子的联烯碳正离子反应,水进攻膦酰基从而脱去一分子磷酸酯,接着发生分子内的烯烃环化以及傅克烷基化得到目标产物.
2014年,Chan等[2c]报道了Yb(OTf)3催化炔丙基二醇与磺酰胺分子间串联合成多取代吡咯衍生物的反应(Eq. 12). 芳基磺酰胺首先分子间进攻烯丙醇形成共轭烯炔化合物,接着发生分子内磺酰胺对炔丙醇的胺基化反应形成联烯,经异构化得到产率高达94%的多取代吡咯衍生物. 在机理验证部分,作者通过实验合成了磺酰胺进攻后的共轭烯醇中间体,而且该中间体能进一步转化为取代的吡咯衍生物,说明该反应具有较强的区域选择性. 但是该反应也有缺点,即亲核试剂只能是芳基磺酰胺,脂肪族磺酰胺不适用于本反应.
2011年,Wang等[32]报道了使用BF3•Et2O/NXS (X=Br,I) 催化炔丙醇与芳基磺酰胺类化合物反应合成卤代烃取代的茚衍生物的工作(Eq. 9). 该反应在温和条件下进行,相应的2-卤代茚类化合物的收率可达77%,该卤代茚产物还可以应用于偶联反应,合成结构复杂的茚类衍生物.
2014年,Chan等[36]报道了三氟甲磺酸银催化三级炔丙醇合成螺环化合物的工作,相应的产物产率高达94% (Eq. 11). 在该工作中胺可以是磺酰胺或者烷基胺,对炔丙醇进攻形成联烯胺中间体,接着发生分子内芳基对联烯的傅克烷基化反应得到螺环化合物. 当R4为芳基或者是叔丁基时都能取得较好的产率,而取代基为甲基时未能得到目标产物.
2009年,Aponick等[38]报道了[P(t-Bu)2(o-biphenyl)]- AuCl和AgOTf作为共催化剂,催化炔丙醇发生分子内环化反应合成了产率高达99%缩酮类螺环衍生物(Eq. 13). 首先是分子内羟基进攻炔丙醇发生烷氧基化形成联烯中间体,接着另一分子羟基对联烯进攻再次烷氧基化形成螺环化合物. 该反应的炔丙醇底物需要精心设计,链的长度对反应的顺利进行非常关键.
2012年,Liu等[39]报道了一种TfOH作用的α-吲哚基炔丙醇与硝酮直接合成全取代β-咔啉的方法(Scheme 20). 联烯碳正离子被氧捕捉形成中间体,再经分子内环化形成八元环中间体,N—O键断裂重排生成β-咔啉类衍生物. 该反应较为快速,但产物的产率不高,多数为60%左右.
同年,Akai等[42]使用(Ph3P)AuCl/AgNTf2作为催化剂进行了类似的研究,研究表明该催化体系不但对2、3位取代的炔丙醇催化效果显著,反应底物即使是端基炔丙醇也能获得较好的结果,相应的呋喃、吡咯类产物的产率可达98%(表 3,Entry 3).
2006年,Knight等[40]首次报道了AgNO3催化的多取代炔丙醇分子内环化反应,用以构建一系列杂环化合物. 相应的吡咯、呋喃和噻吩等杂环产物的产率高达99%. 该反应缺点在于端炔在AgNO3催化下反应不够理想(表 3,Entry 1).
炔丙醇与氧亲核试剂的反应中最典型就是Meyer- Schuster重排[37],在酸性催化剂作用下,水作为有效的亲核试剂进攻炔丙醇形成联烯化合物,经异构化形成共轭烯酮化合物(Scheme 19).
2010年,Chan等[2f]报道了p-TsOH•H2O催化炔丙醇化合物与硫代酰胺类化合物发生分子间反应合成二、三取代噻唑类化合物的研究工作(Eq. 15). 该反应中硫代酰胺的硫原子首先进攻炔丙醇形成联烯中间体,接着亚胺分子内进攻联烯发生胺基化获得产率高达96%的多取代噻唑衍生物. 值得注意的是三芳基炔丙醇底物都能得到较好产率的目标产物,而二级炔丙醇只能得到直接炔丙基化的胺基化产物,另外对于亲核试剂不仅可以使用烷基取代的硫代酰胺,还可以使用芳基取代的以及环状的硫代酰胺.
2011年,Chan等[2e]报道了Yb(OTf)3催化炔丙醇与芳基酰胺串联反应合成了一系列的多取代恶唑衍生物的工作(Eq. 14). 该反应具有较大的局限性,必须使用三芳基的炔丙醇,二级炔丙醇与酰胺反应只能得到直接炔丙基化的产物,另外烷基酰胺也不适用于该反应,烷基酰胺可能会使催化剂失活.
2009年,Aponick等[41]将[P(t-Bu)2(o-biphenyl)]AuCl/ AgOTf共催化剂应用于该反应,在催化剂含量仅为0.05 mol%的情况下,相应杂环产物的产率提高至99%(表 3,Entry 2).
在现代有机合成方法学中,以Lewis酸和Brønsted酸催化炔丙醇进行亲核取代炔丙基化反应构筑多种C—X (X=C,N,O,S,I)键的合成方法具有炔丙醇原料制备简单、催化剂对环境友好以及合成产物种类多样化等优点. 目前,路易斯酸和布朗斯特酸催化的炔丙醇炔丙基化方法学研究还处于非手性研究阶段,大多数炔丙基化产物是消旋化合物,因此高对映选择性炔丙基化反应的研究将成为炔丙基化理论研究的一个重要发展方向. 此外,目前大多数炔丙基化反应是均相催化,随着实验室小试往工业化方向发展,使用易与产物分离、能循环利用且催化活性高的非均相高效催化剂如负载型固体酸催化剂成为炔丙醇炔丙基化反应的另一个重要的发展方向.
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表 1 酸催化炔丙醇直接亲核取代反应
Table 1. Acid-catalyzed direct nucleophilic substitution of propargylic alcohols
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表 2 吲哚C-3位炔丙基化反应
Table 2. C-3 propargylation of indoles
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