背景简介
中环结构广泛存在于天然产物和药物分子中,组成了一类合成和生物学上重要的分子,倍受合成化学家们的青睐。然而,由于不利的熵效应和环张力相互作用,致使该类结构的构建具有较大的挑战性。鉴于此,基于中环骨架发展一类通用、高效的合成方法具有重要应用价值和学术意义。
其中,8π 电环化反应作为一种原子经济的合成策略,具有反应条件温和、立体选择性高、可以预测产物的相对构型等优点,已在中环骨架的构建中显示出巨大的潜力。
该综述重点介绍了具有 8 个共轭 π 电子(p–π 和 π–π 共轭)的 8π 和串联 8π/6π 电环化反应。按照目标环系统的大小和组成,讨论了电环化反应对于各种不同的中环骨架的合成方法,其中包括氮杂七元环、全碳七元环、全碳八元环和双环 [4,2,0] 辛烷的合成,并对相关的反应机理进行了深入的讨论,旨在为中环骨架的高效合成提供一种有价值的通用方法。
该成果以“Recent advances in 8π electrocyclization reactions”(《8π 电环化反应最近的研究进展》)为题,发表于Chemical Communications。该论文以重庆大学刘磊和杜銮为共同第一作者,重庆大学李葆生教授为通讯作者。
论文导读
一、 电环化反应的基本情况介绍
▲ | 图 1. 经典的 8π 和串联 8π/6π 电环化反应机理 |
二、近二十年电环化反应的研究进展
含氮原子的电环化反应在合成上是较为重要的一类反应,氮原子参与共轭的两性离子通常能参与电环化反应。该综述介绍了近年来各种基于两性离子的 8π 电环化反应,根据参与电环化反应的中间体的类型,可分为偶氮甲基叶立德、硝酮、腈叶立德和重氮化合物;阐述了相关的反应机理,为 8π 电环化反应在氮杂七元环及其相关化合物的合成提供了较为全面的文献信息。
与氮杂七元环相比,合成化学家们对共轭庚三烯负离子引发的 8π 电环化反应的关注相对较弱。可能是因为该类反应通常需要苛刻的反应条件(强碱、高温等),容易产生区域异构混合产物。该论文综述了近年来发展的例子,相关文章利用离去基团的引入、串联环化反应等策略来实现全碳七元环的区域选择性合成,其方法为相关骨架的合成应用提供较为全面的实践经验。
(3) 全碳八元环的合成
由于 1E,3Z,5Z,7E-共轭四烯具有较低的能垒,通常在室温或室温以下就可以发生 8π 电环化反应。然而,该反应将产生共轭的环三烯结构,在热力学条件下容易进一步引发 6π 电环化,导致双环 [4,2,0] 辛烷的形成。因此,想要通过 8π 电环化反应直接合成八元碳环具有一定的挑战。该综述阐述了一系列涉及过渡金属(钯、锰、钴和钌等)参与的串联电环化反应,实现了全碳八元环的高效合成。总体上,精心的底物设计使相关反应在过渡金属的催化下以串联的方式通过 8π 电环化反应实现碳环的高效构建,体现出由简“制”繁,展示了 8π 电环化反应在合成转化中的重要价值。
(4) 双环[4,2,0]辛烷的合成
介绍了 1E,3Z,5Z,7E-共轭四烯中间体的 8π/6π 串联反应直接合成双环[4,2,0]骨架的实例,这一策略已经被合成化学家广泛应用于天然产物的仿生全合成。
三、总结展望
近年来,关于 8π 电环化反应的研究较少,主要集中在小分子的合成方面。毋庸置疑,该反应对于设计和创造一些具有复杂中环骨架的化合物具有重要意义。然而,目前的报道仍然存在诸多问题,如不对称8π电环化反应版本尚未被报道、通过催化剂实现串联 8π/6π 电环化非对映选择性的控制仍然没有解决等重要的科学问题。总之,希望该综述能加深化学家们对 8π 电环化的认识,这或将促进其在重要的中环结构合成中的发展和应用。
论文信息
https://doi.org/10.1039/D2CC04805A
作者简介
重庆大学化学化工学院
重庆大学化学化工学院
杜銮,本文共同第一作者,出生于中国重庆市,2019 年获苏州大学学士学位,硕士就读于重庆大学,于 2022 年在李葆生教授的指导下获得硕士学位。
重庆大学
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