关环复分解反应(RCM)及其催化剂研究进展

金属卡宾参与的烯烃的复分解反应是一个独特的碳骨 架重排反应， 是有机合成中合成新的碳碳键的重要手段 = 烯 烃的复分解反应主要分为相关的三个方向 （ C8*-9- $） ： 开环 ， 关环 聚合反应 （ 2+,7 0R-,+,7 9-:3:*-.+. R04;9-2+S3:+0,，A6BT） 复分解反应 （ 2+,7 840.+,7 9-:3:*-.+.，A)B） 和交叉复分解反应 （ 820.. 9-:3:*-.+.，)B） = A)B 反应也即分子内的烯烃复分解 反应， 含有两个碳碳不饱和键 （一般为末端烯烃） 的链状分子 在金属卡宾的参与下发生复分解， 伴随失去一分子烯烃得到
［/2］ 在合成碳环化合物应用方面， 将它应用 (%)**+ 小组 这些 3，4 元环可以含有支链醚、 硅 于合成简单的 3，4 元环，
此类问题 （ "#$010 4） !
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醚、 烯醇醚和酯等基团 （ "#$010 5） ， 它一般不适用于含羟基 和羧基的底物 ! 应用它合成碳中环和大环化合物的报道较 少， 其催 化 效 率 不 是 很 高， 有时得到的是分子间聚合产
随着对有机金属试剂混合物认识的加深， 在此类催化剂
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朱杰等： 关环复分解反应 （,-.） 及其催化剂研究进展
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催化体系研究一直在进行中 !
应用于杂环化合物合成的研究报道很多 ! 在氮杂环化合物的 合成方面， 文献报道应用 "#$%&#’ 催化剂合成了一系列不同 ［/6， :;］ 大小的氮杂单环、 多环化合物 （ 89! 3） !
（A)B）2-38:+0, 3,N +:. 83:34;.:.，+,841N+,7 -,-L;,- 9-:3:*-.+. (2,’3+%’ A-8-,: 3NO3,8-. +, 2+,7 840.+,7 9-:3:*-.+. 2-38:+0, 32- 2-O+-P-N = Q*- 51,8:+0,34 809R3:+F+4+:+-. 05 .09- P-44LN-5+,-N 9-:3:*-.+. 83:34;.:.， +, R32:+81432 :*C8*028D 904;FN-,19LF3.-N 83:34;.:. 3,N :*- E21FF.’21:*-,+19LF3.-N 83:34;.: 32- .19932+S-N = Q*- 3RR4+83:+0, 05 :*- A)B 2-38:+0, +, :*- .;,:*-.+. 05 .09- *-:-208;84-. 3,N ,3:12- R20N18:. 32- 34.0 *+7*4+7*:-N = 4$5603), 2+,7 840.+,7 9-:3:*-.+.，04-5+, 9-:3:*-.+.，R2072-..
［/6］ ［/7］ （89! 5） 物 ! 也有报道将它应用于桥环化合物的合成 !
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在含多个双键的底物的 ,-. 反应中， 可以发现空间因 ［::］ 素对 "#$%&#’ 催化剂的非对映选择性的影响 ， 催化剂首先 与末端双键反应， 而后以非对映选择与分子内一个二取代的 ， 这个规律同样适用其它金属卡宾催化剂 ! 双键反应 （ 89! 4）
・ 综述与进展 ・
关环复分解反应 （ !"#） 及其催化剂研究进展
朱
摘要 关键词
杰
张学景
邹
永!
（中国科学院广州化学研究所
广州 ?$"@?"）
综述了近年来关环复分解 （ A)B） 反应及其催化剂的研究进展， 对 A)B 反应发展以来被广泛应用的催化剂， 如 关环复分解反应， 烯烃复分解反应， 进展
讨论了 A)B 反应在全合成中的应用 = C8*208D 催化剂和 E21FF. 催化剂等进行了归纳和总结，
化剂因为能与底物配位而导致催化剂失活， 因而不能有效的
［4!］ 特别是当底物中含有硫醚和膦基团时 催化 ’%$ 反应， # 但同时较大的空间位阻也从一定程度上限制了其在 ’%$ 反
应中的应用， 对于两双键均为二取代的底物和烯丙基位有取 代基的底物， 其催化的 ’%$ 反应均失败 #
［4A］ 金属钨复合物 + 本身不能完成催化 ’%$ 反应， 但在 !
!""# 年第 !# 卷 第 ! 期，$!% & $’(
ຫໍສະໝຸດ Baidu
有机化学
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催化剂用于含硫化合物的 ()* 反应， 可以以较好产率得到 ［&2］ 含有硫醚或二硫醚的 2，3 元环 1
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催化剂 ’ 和 & 可以说是手性修饰版的 +,-"4,5 催化剂， 被应用于手性合成和外消旋体的动力学拆分中 1 如烯丙基醋 酸酯类化合物 （ +,-./. 6） 在催化剂 ’ 的催化下其 ! 7异构体 经 ()* 反应生成五元环化合物， 其 " 7异构体在催化剂 ’ 的 ［&3］ 催化下反应速率很小， 所以以 628 的 ## 值得到回收 1对 前手性化合物 （ +,-./. 6） ， 在催化剂 & 的催化下发生不对称
!
"#$%&#’ 催化剂和 (%)**+ 催化剂
一般来说， 二 "#$%&#’ 催化剂比较适用于三级胺或酰胺， 这 级胺或酰胺稍差， 而一级胺一般不能直接进行 ,-. 反应， 是它应用的一个局限 ! "#$%&#’ 催化剂应用的另一局限在于： "#$%&#’ 催化剂 !， # 不饱和酰胺在进行 ,-. 反应时， " 或"， ， 不 过， 会受 分 子 内 羰 基 的 影 响 失 活 （ "#$010 3 ） (%)**+ 小
［&0］ 对应选择性地生成二氢呋喃化合物 ()* 反应， 1 近 期， ［&6］ 氮的中 +,-"4,5 和 94:.;<= 小组 将催化剂 & 应用到含硅醚、
［:/］ 组 的报道证明， 可以通过改用高取代双键的底物来解决
金属卡宾 "#$%&#’ 催化剂 , 和 (%)**+ 催化剂 -，! 的出 现， 使 ,-. 反应成为一种有机合成手段迅速发展起来， ,-. 反应发展以来的报道大多都是围绕这几种催化剂进行的 !
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"#$%&#’ 催化剂
［/］ 钼卡宾复合物 , 是由 "#$%&#’ 小组 合成的， 其显著的 优点在于， 它对广泛的底物 （包括空间、 电子效应的不同） 都
倍量四乙基铅的活化下， 它会转化成一种活泼的金属卡宾中 （ ?BC+,+ A） 间体， 从而能够成功的催化 ’%$ 反应 # 此类催化 但其明显的缺 体系已经被用于一系列 5，6 元环的合成中， 陷在于： 需要较高的温度来完成从 + 到金属卡宾中间体的转
［4D］ ［45］ （ FGH） 等具有与其 变； 其官能团适用性不理想 # %*D E ! 类似的性质 #
州理工大学 E21FF. 小组的工作， 使 A)B 反应在近年来迅速 发展成为合成不同大小， 含有各种官能团的不饱和碳环和杂 环化合物的重要方法， 在有机合成以及许多天然产物的全合 成中得到 了 广 泛 的 应 用 = 近 年 来 有 关 A)B 反 应 的 综 述 很 ［#］ ［?］ ， 如 $((U 年 J29.:20,7 在其有关 A)B 反应的综述中就 多 对当时所出现的催化剂进行了系统的总结和比较， !""" 年 ［@］ VW2.:,-2 对此领域新出现的许多催化剂的合成及应用做了
［$］ ［!， ’］ 和 E21FF. 金属卡宾催化剂出现 不饱和环体系 = C8*208D 特别是美国加 后， A)B 反应引起了有机合成界的极大兴趣，
一定的综述 = 本文重点讨论了 A)B 反应发展以来此领域中 出现较多的几种催化剂， 对其中一些已被广泛应用的催化剂 作了归纳和总结， 并综述了近年来 A)B 反应及其催化剂的 发展 =
［47］ 的基础上， 又出现了一类金属钨卡宾催化剂 # <=00+> 小组
合成了钨卡宾 *， 并将其应用于 ’%$ 反应 # 实验表明它适用 于含杂原子如 ?，?)，@，?- 等的底物， 但只对较少范围的官 能团进行了实验， 且大多应用于二烯丙基的底物环合得 5 元
［44］ （ :;# !） 这是其 环的反应 # 钨卡宾 * 具有较大的空间位阻， 能够成功催化 ’%$ 反应的关键， 而此类空间位阻较小的催
!"#$%$ ,
［46］ 值得 提 到 的 还 有 以 $+’+FA 作 为 催 化 剂， 其活性高 （:;# A） ， 且稳定易储存， 但它用于催化 ’%$ 反应并不是以 金属卡宾为中间体进行的 # 金属钨复合物 + 和 $+’+FA 这一 类催化体系由于具有合成便易、 稳定、 反应易操作等特点， 与 金属卡宾催化剂相比， 在工业生产应用方面较有前景， 此类
"#$/0/ 1
杂环化合物广泛存在于天然产物中， 其合成方法的研究 一直备受关注， 它作为一种新的合成手段 ,-. 反应出现后，
［:<］ 也将此催化剂用于氧杂环的合成， 底物 (%)**+ 小组
D@A
有机化学
K4H1 &’，&AA’
［&’］ 包括烯醇醚和缩醛等， 还将 ()* 反应应用于 !"#$$% 小组 合成具有不同取代基的苯并呋喃 （ +,-./. 0） 1 也有报道将此
其参与催 有高的反应活性， 例如与 (%)**+ 催化剂 -，! 相比， 化的反应底物中的双键可以为单取代、 二取代和三取代， 反 应结果可以得到含二、 三和四取代双键的环合产物， 在当时 它是唯一能以较好产率得到四取 ,-. 反应发展的过程中， 水、 代双键环合产物的催化剂 （见 "#$010 2） ! 但是它对空气、 甚至是溶剂中痕量杂质都很敏感， 且不易储存， 这很大程度 上限制了它的应用和发展， 因而有关它的应用较近的报道比 较少 ! 下面是对其催化 ,-. 反应作了一定的总结 !
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’() 早期的发展
在关于 ’%$ 反应早期的报道中， 通常是使用氯化钨和 烷基金属试剂的混合物作为催化剂， 由于得率一般都很低， 以 所以把 ’%$ 反 应 作 为 一 种 合 成 手 段 一 直 未 受 到 重 视， ［.］ ［3］ 值得注意的是 ()**+,)- 小组 ()**+,)- 和 /012) 的报道为例， 当时将此类催化剂用于合成 45 和 46 元环时得率已经达到 了 678 9 658（ :;# 4） #
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有机化学
(I*# !D，!77D
： 底物中的一个双键首先与金属卡宾发生 ［ ! " !］ 环加成生 !） 成金属杂环丁烷中间体， 然后开环还原消除生成新的金属卡 环加成和开环还 宾， 继而再与底物中的另一双键发生 ［! " !］ （对 原消除反应得到环合产物 # 反应过程中随着生成的乙烯 于底物为末端烯烃） 或其它易挥发的烯烃 （对于底物为非末 端烯烃） 从体系中的释放， 反应向正方向进行 # 反应的产物一 实际 般为顺反异构体的混合物 # 从反应的过程中可以看出， 参与催化循环的是 ［ $］ 而非一定是原金属卡宾， 所以 ! %&! ， 很多报道上也称其为前催化剂或催化剂前体 #
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9
!"# 反应机理
［%］ 以 金 属 卡 宾 作 催 化 剂 A)B 反 应 机 理 如 下 （ C8*-9-
! XL93+4：S01;0,7Y 93+4 = 7+8= 38= 8,
A-8-+O-N /3,132; !%，!""’；2-O+.-N B328* !"，!""’；388-R:-N /1,- $"，!""’ = 广东省自然科学基金 （ >0= """(#!） 资助项目 =