硝酮環加成反應的研究進展

張紅霞， 施福富

(賽鼎工程有限公司，山西 太原 030032)

環加成反應是有機合成化學中一類非常重要的合成環狀化合物的反應，而硝酮作為一種重要的有機試劑，其與含有各種不飽和鍵化合物發生的環加成反應研究已經引起了有機合成化學家濃厚的興趣。硝酮化合物含有C=N-O基本官能團，通過其與各種不飽和官能團發生的分子間或者分子內環加成反應可以制備各種雜環化合物。本文針對近五年來硝酮與各種化合物發生的[3+2]、[3+3]、[4+2]和[4+3]等環加成反應進行了綜述。

1 硝酮與C=C雙鍵的環加成反應

2017年，Rescifina課題組[1]報道了利用γ-環糊精作催化劑催化N-甲基芳基硝酮與芳基烯烴的環加成反應。該反應以0.1當量的γ-環糊精作催化劑，水作溶劑于100 ℃下進行，可獲得75%～85%的收率。該反應的優點是在綠色、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-環糊精可回收再用。

2017年，Feng課題組[2]完成了N-烴基硝酮與亞甲基吲哚啉酮進行的不對稱環加成反應。該反應以10%(摩爾分數)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 ℃下在氮氣氛圍中進行。對反應廣普性的研究表明，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-吡啶砜與硝酮進行的不對稱環加成來合成氟烷基化的異噁唑烷。反應廣普性研究表明，當硝酮氮上為苯基時，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，反應均可取得83%～97%的收率和87%～99%的對映選擇性；當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，反應均可取得81%～93%的收率和83%～86%的對映選擇性。對β-氟烷基化的α,β-不飽和砜進行拓展表明，大多數反應均取得68%～96%的收率和75%～95%的對映選擇性。

2 硝酮與三鍵的環加成反應

2.1 硝酮與C≡C三鍵的環加成反應

2017年，Li課題組[4]利用N-叔丁基芳甲酰基硝酮羰基鄰位碳的C-H活化并與炔烴的環化反應來合成萘酚。該反應以8%(摩爾分數)的[RhCp*(MeCN)3]-(SbF6)2和30%(摩爾分數)的Ni(OTf)2作催化劑，1.2當量的三甲基乙酸、0.3當量的檸檬酸和100 mg 0.4 nm分子篩作添加劑，1，2-二氯乙烷作溶劑于90 ℃下進行。反應廣普性研究表明，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三鍵的環加成反應

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生的[3+2]環加成來合成5-氨基-2，3-二氫-1，2，4-噁二唑類化合物。該反應以10%(摩爾分數)的[Cu(NCMe)4](BF)4作催化劑，1，2-二氯乙烷作溶劑于45℃下進行。對二烷基氨基腈的拓展發現，當硝酮的氮上為甲基時，反應能取得45%～73%的收率；當硝酮的氮上為芐基時，反應取得28%～55%的收率。

3 硝酮與累積雙鍵的環加成反應

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

4 硝酮與環狀化合物的環加成反應

4.1 硝酮與三元環化合物的環加成反應

2015年，Selander課題組[7]報道了三元雜環化合物與硝酮的高選擇性環加成反應。該反應以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 ℃下進行。廣普性研究發現，當三元雜環為環氧乙烷時，其與硝酮的反應能取得25%～98%的收率；當三元雜環為氮雜環丙烷時，反應可以取得51%～90% 的收率；硫雜環丙烷與硝酮反應可取得中等的收率。

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

4.2 硝酮與四元環化合物的環加成反應

2015年，Tang課題組[9]報道了雙(噁唑啉)/Cu(Ⅱ)配合物催化劑催化1，1-環丁二酯與硝酮的不對稱[4+3]環加成反應。對環丁烷的廣普性研究表明，當環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，反應取得了54%～91%的收率和良好的對映選擇性；對硝酮的擴展表明，大部分硝酮具有高的反應活性，并可取得56%～96%的收率。

5 硝酮與酰胺類化合物的環加成反應

2017年，Chen課題組[10]報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來制備螺[1,2,4-噁二嗪-5-酮]羥吲哚類化合物。對硝酮的擴展表明，無論R1是缺電子基還是富電子基，反應均能取得88%～97%的收率；當R2為烷基、芳基或苯乙烯基時，反應均能取得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，Feng課題組[11]報道了在Na2CO3作用下利用N-(鄰氯甲基)芳基酰胺與N-烷基芳基硝酮發生[4+3]環加成來制備七元環苯并惡二氮雜衍生物。對硝酮廣普性的研究表明，當氮上為異丙基時反應僅取得25%的收率，其余的硝酮均可取得78%～99%的收率。對N-(鄰氯甲基)芳基酰胺的考察發現，不論苯環上是何種取代基，也不管它在苯環的何種位置，反應均能取得79%～98%的收率。

6 結論與展望

綜上所述，硝酮作為一種重要的有機試劑，它們可以與含有各種不飽和鍵的化合物進行各種不同類型的環加成反應來制備具有各種環狀結構的天然產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出硝酮與含有各種不飽和鍵化合物的環加成反應，并把這些反應逐漸應用到更復雜化合物的合成中。