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呋喃工业上是通过糠醛气相脱羰反应得到的,而糠醛是将酸加入到麦子及玉米等的农副产品残渣中大量生产的。糠醛名字来源于furfur拉丁文---糠的意思。1870年呋喃也以同样的词根命名。呋喃是有机合成中重要的片段,呋喃环广泛存在于天然产物中, 如萜类化合物紫苏烯,维生素 C(即抗坏血酸,是三羟基呋喃的氧化物),咖啡香味化合物α-巯甲基呋喃。很多药物中含有呋喃环,较常用的有呋喃妥因、呋喃唑酮、呋喃西林,雷尼替丁(Ranitidine)等。
下面对一些常见的呋喃环合成反应进行汇总,方便学习交流。内容不全欢迎大家,提出建议(关注有机合成公众号)。
【图片来源:杂环化学,J.A. 焦耳,K. 米尔斯,P335】
在碱性条件下,由α-卤代酮和β-酮酸酯反应制备呋喃的反应。常用的催化剂有胺或吡啶。
酸催化下1,4-二酮环化得到呋喃的反应。
环丙基酮或环丙基亚胺在Lewis酸催化下重排为二氢呋喃或二氢吡咯的反应。加热或光照条件下也可引发此反应。
在Ti催化下格氏试剂和烯烃或炔烃进行交换得到新的格氏试剂,再和一些亲电试剂(氧气,二氧化碳,醛,腈等等)进行格氏反应。端基硅保护的炔丙醇和腈发生此反应可以制备各种取代呋喃。
α位含有亚甲基硫醚基团的环烷酮和二甲基亚甲基锍(dimethylsulfonium methylide)反应得到环氧化合物,接着在加热条件(或硅胶催化)下重排得到五元环硫代缩醛,在碘(或硫酸汞)催化下脱硫芳香化得到呋喃。
1992年Kennedy, R. M. 等人报道了5-羟基烯烃和氧化铼(VII) (Re2O7)反应得到2-羟甲基四氢呋喃的反应。此氧化环化反应是顺式加成,产量稳定,但有少量的醇被氧化为羰基化合物。
苯酚锂盐和1,4-二溴-2-丁烯在加热条件下反应得到苯并二氢呋喃的反应。
香豆素在碱性条件下经过开环关环重排为苯并呋喃的反应。
水杨醛和α-卤代酮先形成醚中间体接着通过分子内的羟醛缩合得到苯并呋喃的反应。
十、五碳糖或六碳糖环化脱水生成糠醛或5-羟甲基糠醛
20世纪40~50年代,大多数研究人员通过改变催化剂,反应温度、反应时间、反应釜气体环境,不同的糖类(果糖、葡萄糖或蔗糖)来增加制造5-羟甲基糠醛(HMF)的产率,但实际产量很低。Garber等以乙酰丙酸为催化剂,蔗糖为底物,在稀硫酸溶液中,250℃下反应,得率为31%~38%。20世纪80年代,Brown等分别以乙腈、乙酸丁酯、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺和乙酸乙酯为溶剂制备羟甲基糠醛。以乙腈作为溶剂时,用Amberlyst-15树脂和三乙胺盐酸盐为催化剂,反应温度95~100℃,氮气环境下反应2.5 h,5-羟甲基糠醛的产率为78%。以乙酸丁酯为溶剂,其它条件不变,HMF的产率为58%,但产物中含有约10%5-氯甲基糠醛。以二甲基亚砜为溶剂、氯化铵为催化剂时,果糖45min就可以完全转化,但由于二甲基亚砜沸点高,分离所需温度高,在分离过程中会产生大量碳化物,大大影响了HMF的产率。N,N-二甲基甲酰胺为溶剂时,HMF的产率为55%。近年来,Seri等报道了镧系氯化物作为催化剂,葡萄糖、果糖、甘露糖和半乳糖在水中脱水生成HMF。
十一、其他
该反应可能经 C-酰基化/O-酰基化/C-酰基化/分子内 Wittig 反应四重串联步骤完成。
【Eur. J. Org. Chem. 2012, 6033】
【DOI: 10.6023/cjoc201503020 】
【Org. Lett. 2009, 11, 1931-1933】
【J. Org. Chem. 2011, 76, 1134–1139】
【J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13528–13529】
特殊的McMurry偶联反应构建呋喃环。
【Synthesis 2013, 45, 1235-1246】
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