硝酮環(huán)加成反應(yīng)的研究進(jìn)展

張紅霞， 施福富

(賽鼎工程有限公司，山西 太原 030032)

環(huán)加成反應(yīng)是有機(jī)合成化學(xué)中一類非常重要的合成環(huán)狀化合物的反應(yīng)，而硝酮作為一種重要的有機(jī)試劑，其與含有各種不飽和鍵化合物發(fā)生的環(huán)加成反應(yīng)研究已經(jīng)引起了有機(jī)合成化學(xué)家濃厚的興趣。硝酮化合物含有C=N-O基本官能團(tuán)，通過其與各種不飽和官能團(tuán)發(fā)生的分子間或者分子內(nèi)環(huán)加成反應(yīng)可以制備各種雜環(huán)化合物。本文針對近五年來硝酮與各種化合物發(fā)生的[3+2]、[3+3]、[4+2]和[4+3]等環(huán)加成反應(yīng)進(jìn)行了綜述。

1 硝酮與C=C雙鍵的環(huán)加成反應(yīng)

2017年，Rescifina課題組[1]報(bào)道了利用γ-環(huán)糊精作催化劑催化N-甲基芳基硝酮與芳基烯烴的環(huán)加成反應(yīng)。該反應(yīng)以0.1當(dāng)量的γ-環(huán)糊精作催化劑，水作溶劑于100 ℃下進(jìn)行，可獲得75%～85%的收率。該反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是在綠色、無污染的條件下可高效地合成2-甲基-3,5-二芳基異噁唑烷化合物，且催化劑γ-環(huán)糊精可回收再用。

2017年，F(xiàn)eng課題組[2]完成了N-烴基硝酮與亞甲基吲哚啉酮進(jìn)行的不對稱環(huán)加成反應(yīng)。該反應(yīng)以10%(摩爾分?jǐn)?shù))的N,N’-二氧化合物/Co(BF4)2·6H2O作催化劑，乙酸乙酯作溶劑于0 ℃下在氮?dú)夥諊羞M(jìn)行。對反應(yīng)廣普性的研究表明，不同的亞甲基吲哚啉酮均可取得85%～99%的收率；對N-烴基硝酮的擴(kuò)展表明，除了N-甲基硝酮只有45%的收率之外，其余硝酮均可取得72%～96%的收率和91%～99%的對映選擇性。

2017年，Shibata課題組[3]報(bào)道了在手性Ni(ClO4)2·6H2O/雙(惡唑啉)配合物催化作用下，利用β-氟烷基化α,β-不飽和2-吡啶砜與硝酮進(jìn)行的不對稱環(huán)加成來合成氟烷基化的異噁唑烷。反應(yīng)廣普性研究表明，當(dāng)硝酮氮上為苯基時(shí)，不論其雙鍵碳上的取代基是吸電子基還是供電子基取代的芳基，反應(yīng)均可取得83%～97%的收率和87%～99%的對映選擇性；當(dāng)硝酮雙鍵碳上的取代基為脂肪基，不管氮上是苯基還是芐基時(shí)，反應(yīng)均可取得81%～93%的收率和83%～86%的對映選擇性。對β-氟烷基化的α,β-不飽和砜進(jìn)行拓展表明，大多數(shù)反應(yīng)均取得68%～96%的收率和75%～95%的對映選擇性。

2 硝酮與三鍵的環(huán)加成反應(yīng)

2.1 硝酮與C≡C三鍵的環(huán)加成反應(yīng)

2017年，Li課題組[4]利用N-叔丁基芳甲?；跬驶徫惶嫉腃-H活化并與炔烴的環(huán)化反應(yīng)來合成萘酚。該反應(yīng)以8%(摩爾分?jǐn)?shù))的[RhCp*(MeCN)3]-(SbF6)2和30%(摩爾分?jǐn)?shù))的Ni(OTf)2作催化劑，1.2當(dāng)量的三甲基乙酸、0.3當(dāng)量的檸檬酸和100 mg 0.4 nm分子篩作添加劑，1，2-二氯乙烷作溶劑于90 ℃下進(jìn)行。反應(yīng)廣普性研究表明，不同的硝酮均可得到53%～87%的收率；此外，對稱二芳基炔烴可取得61%～85%的收率，而1，2-二(3-噻吩基)乙炔僅得到37%的收率。

2.2 硝酮與C≡N三鍵的環(huán)加成反應(yīng)

2017年，Kukushkin課題組[5]利用N-烷基二苯基硝酮與二烷基氨基腈發(fā)生的[3+2]環(huán)加成來合成5-氨基-2，3-二氫-1，2，4-噁二唑類化合物。該反應(yīng)以10%(摩爾分?jǐn)?shù))的[Cu(NCMe)4](BF)4作催化劑，1，2-二氯乙烷作溶劑于45℃下進(jìn)行。對二烷基氨基腈的拓展發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硝酮的氮上為甲基時(shí)，反應(yīng)能取得45%～73%的收率；當(dāng)硝酮的氮上為芐基時(shí)，反應(yīng)取得28%～55%的收率。

3 硝酮與累積雙鍵的環(huán)加成反應(yīng)

2017年，Liu課題組[6]利用三氟甲基取代的丙二烯與N-甲基芳基硝酮進(jìn)行的[3+2]環(huán)加成反應(yīng)合成了三氟甲基化異噁唑烷，該反應(yīng)中生成的異噁唑烷非常穩(wěn)定，不易發(fā)生重排。反應(yīng)廣普性的研究表明，對于含有不同取代基的丙二烯和N-甲基芳基硝酮，反應(yīng)均具有高的反應(yīng)活性，并可取得86%～94%的收率。

4 硝酮與環(huán)狀化合物的環(huán)加成反應(yīng)

4.1 硝酮與三元環(huán)化合物的環(huán)加成反應(yīng)

2015年，Selander課題組[7]報(bào)道了三元雜環(huán)化合物與硝酮的高選擇性環(huán)加成反應(yīng)。該反應(yīng)以AlCl3或者InCl3作催化劑，乙腈、1，2-二氯乙烷或甲苯作溶劑于40 ℃～80 ℃下進(jìn)行。廣普性研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)三元雜環(huán)為環(huán)氧乙烷時(shí)，其與硝酮的反應(yīng)能取得25%～98%的收率；當(dāng)三元雜環(huán)為氮雜環(huán)丙烷時(shí)，反應(yīng)可以取得51%～90% 的收率；硫雜環(huán)丙烷與硝酮反應(yīng)可取得中等的收率。

2015年，Nolin課題組[8]報(bào)道了硝酮與二酯基取代的環(huán)丙烷的非對映選擇性環(huán)加成反應(yīng)。該反應(yīng)以2%(摩爾分?jǐn)?shù))的Ca(OTf)2作催化劑，乙腈作溶劑于70 ℃下進(jìn)行。對環(huán)丙烷廣普性的研究表明，當(dāng)硝酮氮上的取代基為甲基時(shí)，反應(yīng)均可取得83%～94%的收率；當(dāng)硝酮氮上的取代基為苯基時(shí)，反應(yīng)均可取得78%～99%的收率。對硝酮底物的擴(kuò)展表明，富電子基和芳基取代的硝酮均可取得74%～95%的收率。

4.2 硝酮與四元環(huán)化合物的環(huán)加成反應(yīng)

2015年，Tang課題組[9]報(bào)道了雙(噁唑啉)/Cu(Ⅱ)配合物催化劑催化1，1-環(huán)丁二酯與硝酮的不對稱[4+3]環(huán)加成反應(yīng)。對環(huán)丁烷的廣普性研究表明，當(dāng)環(huán)丁烷酯基鄰位碳上的取代基為4-芐氧基苯基、2-噻吩基、苯硫基或者烷氧基時(shí)，反應(yīng)取得了54%～91%的收率和良好的對映選擇性；對硝酮的擴(kuò)展表明，大部分硝酮具有高的反應(yīng)活性，并可取得56%～96%的收率。

5 硝酮與酰胺類化合物的環(huán)加成反應(yīng)

2017年，Chen課題組[10]報(bào)道了在二異丙基乙基胺(DIPEA)作用下，利用六氟異丙醇(HFIP)和1,2-二氯乙烷(DCM)作混合溶劑完成了α-氯代異羥肟酸酯與硝酮的反應(yīng)來制備螺[1,2,4-噁二嗪-5-酮]羥吲哚類化合物。對硝酮的擴(kuò)展表明，無論R1是缺電子基還是富電子基，反應(yīng)均能取得88%～97%的收率；當(dāng)R2為烷基、芳基或苯乙烯基時(shí)，反應(yīng)均能取得83%～95%的收率。不同芳基與二甲基取代的α-氯代異羥肟酸酯均能取得88%～97%的收率。

2018年，F(xiàn)eng課題組[11]報(bào)道了在Na2CO3作用下利用N-(鄰氯甲基)芳基酰胺與N-烷基芳基硝酮發(fā)生[4+3]環(huán)加成來制備七元環(huán)苯并惡二氮雜衍生物。對硝酮廣普性的研究表明，當(dāng)?shù)蠟楫惐鶗r(shí)反應(yīng)僅取得25%的收率，其余的硝酮均可取得78%～99%的收率。對N-(鄰氯甲基)芳基酰胺的考察發(fā)現(xiàn)，不論苯環(huán)上是何種取代基，也不管它在苯環(huán)的何種位置，反應(yīng)均能取得79%～98%的收率。

6 結(jié)論與展望

綜上所述，硝酮作為一種重要的有機(jī)試劑，它們可以與含有各種不飽和鍵的化合物進(jìn)行各種不同類型的環(huán)加成反應(yīng)來制備具有各種環(huán)狀結(jié)構(gòu)的天然產(chǎn)物和具有生物活性的化合物，因此，期待科研工作者不斷地開發(fā)出硝酮與含有各種不飽和鍵化合物的環(huán)加成反應(yīng)，并把這些反應(yīng)逐漸應(yīng)用到更復(fù)雜化合物的合成中。