有机合成

螺杂环化合物和螺桨烷的合成研究进展

M14346 有机化学蒋艳红

1.1 螺杂环化合物的合成

螺环化合物结构稳定，具有刚性和特殊的反应活性，用途广泛，在高分子膨胀剂[1]、防火材料、不对称催化、电致发光材料[2-4]、农药、医药[5]等方面具有十分广阔的应用前景。由于螺环化合物的重要特性，迄今为止，很多化学工作者已经对其关注，并合成了数以万计的螺环化合物。常见螺环化合物的合成方法有很多种[6]，例如偶极加成法、缩醛酮法、环外双键与卡宾反应、分子内缩合法、羟醛缩合方法、通过DA反应制备、Micheal加成法、Pinacol重排反应、使用金属有机化合物法、通过卤代烃亲核取代反应制备、形成配位化合物、五配位的螺原子化合物的合成、酸酐与双格氏试剂的反应、联萘酚二羧酸酯重排法、戊内酰胺法、烯酮光解法、邻苯二胺与酮无溶剂反应、脯氨酸诱导法合成手性螺环化合物等。

多组分反应在当代有机合成中占有十分重要的地位，因其利用最少的资源、相对较少的步骤合成目标分子，且具有很高的效率以及操作简便、无污染等特点。许多螺环化合物可以通过多组分反应合成，其中多组分反应合成杂环螺吲哚酮类化合物近年来逐渐成为了化学工作者关注的焦点。杂环螺吲哚酮是一类非常重要的螺杂环化合物，它广泛地存在于自然界中，是构成许多天然产物和药物的重要骨架[7-9]，例如抗生素speradine[10]和抑制细胞生长的welwistatin[11]。因此，合成各种各样具有生物及药物活性的杂环螺吲哚酮化合物也成为了我们课题组重点研究的对象。通过文献调研发现，靛红因其结构的特殊性，大大增强了它的反应活性，可以有效地参与多组分反应十分简便地构建各类杂环螺吲哚酮化合物。因此我们展开了有关靛红参与的杂环螺吲哚酮的合成研究。

1.1.1靛红参与的螺杂环化合物的合成

1.1.1.1靛红参与构建含吲哚酮结构的六元螺杂环化合物

许多合成含有吲哚酮结构的螺环化合物的方法都是建立在环加成和缩合反应的基础之上[12-17]。受到杂环螺吲哚酮化合物结构的吸引，Gong等人在2010年通过Nazarov试剂和亚甲基吲哚酮参与的双功能有机催化不对称[4+2]环加成反应合成了一系列螺[4-环己酮-1,3'-吲哚酮]衍生物[18](Scheme 1-1)，这个产物具有很好的对映选择性，ee值高达98%。

Scheme 1-1

2011年王兴旺课题组证实金鸡纳碱伯胺与联萘酚-磷酸的组合是一个强大且协同的催化体系，它成功地催化了靛红-丙二腈的缩合产物与α,β-不饱和酮发生双迈克尔加成反应生成新型的手性螺[环己烷-1,3’-吲哚]-2’,3-二酮，且反应具有高产率(88-99%)及优良的非对映和对映选择性(94:6-99:1 dr’s, 95-99% ee’s)[19](Scheme 1-2)。

Scheme 1-2

2010年，Perumal课题组通过靛红-丙二腈的缩合产物与环己酮(环戊酮)-丙二腈的缩合产物参与的一锅煮串联反应合成了高度官能化的螺环己烷吲哚酮衍生物[20](Scheme 1-3)。

Scheme 1-3

合成螺吡喃吲哚酮衍生物也有一定的价值。2004年，Abdel-Rahman课题组就以靛红、丙二腈(氰乙酸乙酯)和异噁唑衍生物为原料合成了这样一系列化合物。这类化合物具有一定的抗微生物活性[21](Scheme 1-4)。

Scheme 1-4

2010年，Stephenson课题组也报道了一个合成这类化合物的反应。这个反应是一个靛红和2倍1,3-二羰基化合物在路易斯酸催化下，以温和的条件进行的三组分反应[22](Scheme 1-5)。

Scheme 1-5

在众多的N-杂环化合物中，1,4-二氢吡啶类化合物是一类具有高生物活性的化合物[23-25]，他们被广泛应用，例如作为钙离子拮抗剂和抗结核药[26]，并具备一定的抗糖尿病活性[27]。因此在有机合成和药物化学领域，螺二氢吡啶类产品获得普遍的关注。2011年，Perumal课题组在之前合成螺环化合物的基础上再次开发了一种简单高效的多组分反应得到了一系列螺二氢吡啶类化合物[28](Scheme 1-6)。

Scheme 1-6

2012年，Yuan等人报道了一个高效的氯化铁催化的立体选择性分子内串联1,5-氢转移/关环反应。该方法合成了结构不同的螺吲哚酮四氢喹啉类化合物，且反应具有高产率(高达98％)以及良好的非对映选择性(高达99:1 dr)[29](Scheme 1-7)。

Scheme 1-7

螺[二氢吲哚-3,3’-哌啶]-2-酮被发现是许多生物碱、候选药物和临床药物的基本骨架结构[30-33](Figure1-1)，这也预示着合成含有这一骨架的化合物必将成为一种趋势。2012年，Shi课题组就合成了含有这种骨架结构的化合物，通过与Nair 课题组[34]的工作相对比，把靛红替换为靛红-丙二腈的缩合产物进行反应，得到所需要的目标产物[35](Scheme 1-8)。

Figure 1-1

Scheme 1-8

还有很多课题组利用靛红构建了含吲哚酮结构的六元杂环化合物，例如Joshi等人[36]用脲类化合物与靛红-环酮的缩合产物反应得到了一系列含吲哚酮结构的六元螺杂环化合物，而Mohammadi课题组用靛红、靛红酸酐和伯胺在明矾催化下进行三组分一锅煮反应合成了吲哚螺喹唑啉酮化合物[37]。

1.1.1.2 靛红参与构建含吲哚酮结构的五元螺杂环化合物

五元杂环化合物也是很重要的有机杂环化合物，很多化学工作者对其合成方法有着浓厚的兴趣。2002年，Nair课题组用三乙胺作碱催化亚胺酰氯生成氰叶立德之后再与靛红发生环加成反应合成了一系列螺吲哚酮化合物[38](Scheme

1-9)。

Scheme 1-9

Nair等人继续探究此类化合物的合成方法，并于同年报道了靛红参与的[3+2]环加成反应合成了螺环吲哚酮衍生物[39](Scheme 1-10)。

Scheme 1-10

2007年，Sridhar课题组[40]通过2-芳亚甲基环戊酮、肌氨酸和靛红(茚三酮)在