五元杂环的合成与反应
学术
科学
2024-04-23 11:04
北京
典型的五元杂环包括吡咯、噻吩、呋喃等，而其衍生物包括吲哚、咔唑、咪唑等，在有机化学领域有重要的应用。芳香杂环往往能发生取代反应，研究芳香杂环的反应性质有助于理解杂原子对共轭体系的影响，对合成复杂的杂环结构有重要价值。
最简单的方法是采用缩合方法，利用1,4-二羰基化合物在酸催化下的缩合，可以简便的构筑呋喃结构，而采用胺缩合羰基化合物，就能得到对应的取代吡咯。
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吲哚的合成则方法较多，从逆合成分析的角度看，一般是从吡咯环进行切断，切开C-N键（a键）或c键，因此很多吡咯合成方法利用苯胺衍生物实现合成。典型的构建方法是采用腙的σ重排，氨基和亚氨基缩合，最终得到吲哚和咔唑（需要进一步氧化），这种方法称为Borsche-Drechsel环化反应和Fischer吲哚合成反应。![]()
另一种关环策略称为Cadogan–Sundberg 吲哚合成，利用的是氮烯对双键上C-H的插入反应。这种中间体可以利用硝基化合物和有机磷制备得到，称为Cadogan反应，也可以通过叠氮基分解得到，称为Sundberg吲哚合成。![]()
还有一大类合成方法是以邻硝基甲苯为底物，再进行后续的缩合与转化，如Reissert吲哚合成，利用邻硝基甲苯的酸性：![]()
Bartoli吲哚合成通过乙烯基格氏试剂与硝基苯作用，经历亚硝基苯中间体，得到吲哚产物。
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在五元杂环中，很难发生亲核取代反应，即使是取代也要在破坏了芳香结构后——例如呋喃在溴存在下与甲醇作用，得到2，5-加成的产物。接着，甲醇进攻2-位的溴，得到取代产物。
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实际上，五元环上很容易发生亲电取代反应，在吲哚中，亲电取代往往发生在3-位，因为产生的正离子中间体不会破坏苯环的芳香结构。反之，在吡咯等五元杂环中，由于电子密度的原因，亲电取代往往发生在2-位。![]()
吡唑的合成往往通过肼和1,3-二羰基化合物的缩合来制备，而噁唑化合物则可以通过2-酰胺基酮的分子内环化来实现，类似的，咪唑则采用乙二酮、醛和氨缩合得到。可见，此类化合物往往使用氨基和羰基的缩合反应来实现。![]()
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