摘 要： 環(huán)丙烯酮擁有著最小的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，因此具有十分特殊的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，能通過開環(huán)釋放環(huán)張力斷裂碳碳鍵，該反應(yīng)特性在有機(jī)合成方面得到很大的發(fā)展。闡述了環(huán)丙烯酮及其衍生物作為反應(yīng)底物于不同條件下進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)的方法，并對(duì)該方法存在的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān) 鍵 詞：環(huán)丙烯酮；催化劑；開環(huán)反應(yīng)；環(huán)加成反應(yīng)

中圖分類號(hào)：TQ224.23文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：文章編號(hào)： 1004-0935（2024）09-1462-04

環(huán)丙烯酮擁有著最小的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，因此具有十分特殊的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，通過開環(huán)釋放環(huán)張力斷裂碳碳鍵這一反應(yīng)特性得到科學(xué)界廣泛關(guān)注和研究^[1-2]。環(huán)丙烯衍生物存在于許多天然的脂肪酸中，例如錦葵酸等常被用作動(dòng)物異常產(chǎn)生的病原體^[3]。和環(huán)丙烯一樣，環(huán)丙烯酮同樣也是構(gòu)建眾多骨架的重要選擇^[4]，近5年來在對(duì)于環(huán)丙烯酮及其衍生物的合成與反應(yīng)方面取得了許多新的進(jìn)展，盡管自然界中環(huán)丙烯酮的起源尚未完全闡明，但是已有部分天然產(chǎn)物已經(jīng)被分離、合成并用來研究構(gòu)效關(guān)系，用于細(xì)胞毒性以及抑制劑等^[5]。

1 環(huán)丙烯酮及其衍生物的研究進(jìn)展

2022年，WU課題組^[6]報(bào)道了通過Pd催化環(huán)丙烯酮與環(huán)乙烯基衍生物的選擇性開環(huán)反應(yīng)，通過市售的Pd（dba）·CHCl-BINAP催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)可觀的產(chǎn)率以及優(yōu)異的區(qū)域選擇性，得到系列共軛醇二烯羧酸酯，實(shí)現(xiàn)了兩性離子Π-烯丙基鈀中間體在有機(jī)合成中的新應(yīng)用，如圖1所示。

2018年，DAVID等^[7]通過取代的芳香叔膦與烷基取代的環(huán)丙烯酮進(jìn)行反應(yīng)，生成了對(duì)應(yīng)的硫羰基化合物，該產(chǎn)物在生物環(huán)境中十分穩(wěn)定，可用于體外和細(xì)胞裂解液中的生物分子標(biāo)記，并且環(huán)丙烯酮的反應(yīng)快速性以及生物相容性表明了這類產(chǎn)物將成為十分有效的細(xì)胞研究中的探針。取代膦與環(huán)丙烯酮衍生物的反應(yīng)如圖2所示。

2020年，WU課題組^[8]通過取代的環(huán)丙烯酮與單質(zhì)硫進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)特殊的[3+2]環(huán)化過程，如圖3所示。與其他環(huán)丙烯酮衍生物有所不同，環(huán)丙烯酮會(huì)在與硫的作用下發(fā)生特殊的重排反應(yīng)，高效合成了系列1，2-二硫雜環(huán)。該方案反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)率表現(xiàn)優(yōu)異，有著優(yōu)秀的原子經(jīng)濟(jì)性以及區(qū)域選擇性好。

2020年，WU團(tuán)隊(duì)^[9]開發(fā)了一種銠（Ⅲ）催化環(huán)丙烯酮和 β-酮磺酰硫葉立德的[3+3]環(huán)加成反應(yīng)，來制備一系列2-吡喃酮類衍生物。該方法通過 C—C 鍵斷裂使金屬卡賓插入來獲得中等至優(yōu)異的產(chǎn)率的三取代 2-吡喃酮。

NGUYEN等^[10]在2019年報(bào)道了醇取代的環(huán)丙烯酮在三苯基膦催化下在甲醇中自身開環(huán)并環(huán)合的反應(yīng)，得到了對(duì)應(yīng)的取代丁烯內(nèi)酯。該方法能兼容廣泛的官能團(tuán)，產(chǎn)生各種對(duì)應(yīng)的α-以及γ-取代的丁烯內(nèi)酯。

2021年，RAVIKUMAR^[11]以醋酸鈀作為催化劑，以二苯基環(huán)丙烯酮與苯酚作為反應(yīng)底物，加入合適的配體以及堿的作用下通過活化C—C鍵后，反應(yīng)生成了對(duì)應(yīng)的α， β-不飽和酯，并且能通過此條件同樣生成共軛的酰胺。

2021年，WU課題組^[12]通過鹵化銅或者單質(zhì)碘促進(jìn)下實(shí)現(xiàn)了通過飽和氧雜環(huán)開環(huán)環(huán)丙烯酮的反應(yīng)，如圖4所示。該反應(yīng)為3-不飽和鹵酸酯的合成提供了一種高效的途徑，并且在一鍋法開環(huán)后在斷裂了1個(gè)C—O鍵以及2個(gè)C—C鍵的情況下，為產(chǎn)物結(jié)構(gòu)提供了2個(gè)C—X鍵以及1個(gè)C—O鍵。

2018年，SUN課題組^[13]提出了一種未被研究過的以Ag催化的C—C鍵裂解環(huán)化環(huán)丙烯酮與DMF（N，N-二甲基甲酰胺）發(fā)生[3+2]環(huán)化反應(yīng)，如圖5所示。該方案表現(xiàn)出了優(yōu)異的化學(xué)以及區(qū)域選擇性，并且官能團(tuán)的兼容性優(yōu)異，開發(fā)了一種全新的途徑來構(gòu)建γ-氨基丁烯內(nèi)酯，并且酯類化合物也能夠與環(huán)丙烯酮反應(yīng)，得到相應(yīng)的酯交換結(jié)果產(chǎn)物。

2020年，YI課題組^[14]通過使用協(xié)同雙定向基團(tuán)輔助C—H活化的策略，采用類似的反應(yīng)條件，實(shí)現(xiàn)了Cp*Rh（III）催化的N-乙酰氧基苯酰胺與環(huán)丙烯醇的C-H環(huán)丙基化，為正反式以及順式1，1-二甲基環(huán)丙烷功能化苯酰胺提供了區(qū)域選擇性、化學(xué)選擇性以及對(duì)映選擇性的途徑，如圖6所示。

2022年，XU課題組^[15]報(bào)道了關(guān)于膦催化環(huán)丙烯酮衍生物的[3+2]環(huán)化反應(yīng)，如圖7所示。其反應(yīng)產(chǎn)物包括醛類、酮酯類、亞胺類、異氰酸酯類以及碳二亞胺類的反應(yīng)物，產(chǎn)率高，該反應(yīng)底物范圍十分廣泛，并且官能團(tuán)耐受性良好。

2018年，WU課題組^[16]發(fā)現(xiàn)在室溫條件下鈀催化的環(huán)丙烯酮與有機(jī)硼酸的開環(huán)?；磻?yīng)，該方法適用于芳基硼酸和乙烯基硼酸，并且有良好收率和優(yōu)異立體選擇性，為合成α，β-二芳基不飽和酮提供了新的策略。研究表明，在該反應(yīng)中生成了乙烯基鈀中間體。

2018 年，ZHAO 團(tuán)隊(duì)^[17]研發(fā)了環(huán)丙烯酮的C—C鍵斷裂與（苯并）硅環(huán)丁烷的C—Si鍵之間的第一個(gè)分子間鍵交叉交換反應(yīng)。這種簡(jiǎn)單的[3+4]環(huán)加成方法，合成了多種硅（苯并）二環(huán)衍生物，并且考慮到（苯并）二環(huán)和（苯并）氧雜環(huán)戊烯酮的結(jié)構(gòu)在藥物化學(xué)和天然產(chǎn)物中的重要性。

2020 年，CHEN 課題組^[18]描述了通過 Rh 催化 O-甲基酮肟鄰位 C—H 鍵活化與環(huán)丙烯酮合成查耳酮的丙烯酸酯化反應(yīng)，如圖8所示。這種交叉偶聯(lián)反應(yīng)展現(xiàn)出高的官能團(tuán)耐受性和區(qū)域選擇性，并且在溫和的條件下可以得到多種查爾酮衍生物。

XU等^[19]開發(fā)了一種Ag催化下的環(huán)丙烯酮與硝酮加成的反應(yīng)，通過C—C鍵的斷裂來合成酰亞胺，如圖9所示。此外，該方案不僅為由不同的硝酮合成各種酰亞胺提供了一種新的合成方法，而且拓寬了環(huán)丙烯酮作為3C合成子的應(yīng)用。

WU 課題組^[20]報(bào)道了貴金屬釕催化喹唑啉酮的C—H 活化與環(huán)丙烯酮快速構(gòu)建多種喹唑啉酮衍生物，如圖10所示。其中，催化劑在反應(yīng)的轉(zhuǎn)化中起著重要作用。此外，該方法能得到高效率和良好的化學(xué)區(qū)域選擇性目標(biāo)產(chǎn)物，并具有廣泛的底物范圍。

2019年，HAITO等^[21]利用Rh（I）催化的環(huán)丙烯酮與酰胺[3+2]環(huán)化反應(yīng)，來制備高度取代的 α，β-不飽和γ-內(nèi)酰胺衍生物。酰胺上氮原子上的烷基對(duì)反應(yīng)的成功至關(guān)重要，且反應(yīng)表現(xiàn)出高的官能團(tuán)相容性。

2020 年，WU課題組^[8]研究發(fā)現(xiàn)通過環(huán)丙烯酮衍生物和單質(zhì)硫或者單質(zhì)硒的[3+2]環(huán)加成合成 1，2-二氫雜環(huán)的高效方法，如圖11所示。與其他環(huán)丙烯酮衍生物不同，環(huán)丙烯酮與單質(zhì)硫會(huì)經(jīng)歷前所未有的重排。該方法特點(diǎn)包括反應(yīng)條件溫和、效率高、原子經(jīng)濟(jì)性好、克級(jí)能力和良好的區(qū)域選擇性。

2018年，SHI等^[22]通過環(huán)丙烯酮和環(huán)丙烯硫酮與酰胺在堿的促進(jìn)下發(fā)生[3+3]環(huán)加成反應(yīng)來制備 6H-1，3-噁嗪-6-酮和6H-1，3-噻嗪-6-酮衍生物。這些反應(yīng)在無金屬和溫和條件下表現(xiàn)出極好的收率和良好的官能團(tuán)耐受性。

2019 年，CHEN 課題組^[23]報(bào)告了Rh（Ⅲ）催化 N-亞硝基苯胺和環(huán)丙烯酮通過[3+3]環(huán)加成反應(yīng)來制備功能化的4-喹諾酮類藥物，如圖12所示。該反應(yīng)允許 C—C 鍵斷裂，并通過 N-亞硝基導(dǎo)向的 C—H 活化作用構(gòu)建 C—C 和 C—N 鍵。通過使用不對(duì)稱的間位取代的 N-亞硝基苯胺達(dá)到良好的區(qū)域選擇性。用這種方法，在溫和的條件下以中等到良好的產(chǎn)率得到各種4-喹諾酮衍生物。

2020 年，WU課題組^[24]利用廉價(jià)金屬 AgO 促進(jìn)環(huán)丙烯酮與肟的[3+3]環(huán)加成反應(yīng)來制備 1，3-惡嗪酮的衍生物。該方法突出了環(huán)丙烯酮的新反應(yīng)性，該環(huán)丙烯酮與肟進(jìn)行1，4-加成，然后通過β-碳消除反應(yīng)原位生成α-羰基乙烯酮中間體。

2 結(jié)束語

環(huán)丙烯酮作為最小的芳香環(huán)化合物，其特殊的 骨架以及性質(zhì)成了有機(jī)化合物中最特別的結(jié)構(gòu)之一，對(duì)于環(huán)丙烯酮結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的研究以及合成路徑的開發(fā)對(duì)于各類藥物中間體的合成都有著一定的意義。對(duì)于其C—C鍵的斷裂手段以及更加綠色的反應(yīng)條件的探索，仍需要有機(jī)化學(xué)家們的不懈研究與努力。

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Study on Reaction of Cycloallenone and Its Derivatives

CHEN Zhibin，LIANG Chen

（College of Chemistry and Material Engineering， Wenzhou University， Wenzhou Zhejiang 325035， China）

Abstract：Cycloallenone has the smallest aromatic ring structure， possessinga very special structural property. It can cleave carbon-carbon bond by ring opening and releasing ring tension. This reaction property has been greatly developed in organic synthesis. In this paper， application of cycloallenone and its derivatives as substrates to synthesize various kinds of characteristic compounds by ring-opening reaction under different conditions wassummarized， and itsadvantages and disadvantages werediscussed.

Key words： Cycloallenone; Catalysis; Ring-opening reaction;Cycloaddition reaction