張 嬌，劉晉言，陳 霞

(六盤水師范學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 六盤水 553004)

吡咯和吲哚具有特殊的結(jié)構(gòu)(圖1)，其N-H鍵具有微弱的酸性，含氮雜環(huán)部分具有較高的電子云密度。因此，在吡咯和吲哚官能化過程中，存在N-，2-和3-位三個活性位點之間存在著競爭反應(yīng)，如在吲哚的烴基化反應(yīng)中，可以通過反應(yīng)條件或烴烷基化試劑的控制，選擇性合成N-烴基化[1]，2-烴基化[2]或3-烴基化產(chǎn)物[3]。

圖1 吡咯和吲哚的結(jié)構(gòu)

通過吡咯羧酸和吲哚羧酸類化合物的脫羧和脫羧官能化過程，可以實現(xiàn)吡咯和吲哚的高選擇性、溫和轉(zhuǎn)化，為吲哚類化合物的轉(zhuǎn)化和吲哚骨架功能分子的合成提供新方法。目前，吡咯羧酸和吲哚羧酸的脫羧官能化主要集中在質(zhì)子酸促進吡咯羧酸的脫羧反應(yīng)和過渡金屬催化吲哚羧酸的脫羧官能化反應(yīng)方面的研究。

1 質(zhì)子酸促進吡咯羧酸的脫羧反應(yīng)

圖2 水在質(zhì)子酸催化2-吡咯羧酸脫羧反應(yīng)中的作用

在吡咯羧酸的脫羧反應(yīng)方面，主要集中于質(zhì)子酸催化或促進2-吡咯羧酸的反應(yīng)機理研究。Kluger等人詳細研究了水在質(zhì)子酸催化2-吡咯羧酸脫羧反應(yīng)中的作用(圖2)[4]。

研究發(fā)現(xiàn)，在質(zhì)子酸催化作用下，有助于羧酸與水形成原甲酸類物種，并進一步分解生成吡咯、二氧化碳和水。隨后的研究中，作者系統(tǒng)研究了質(zhì)子酸催化羧酸類化合物的脫羧反應(yīng)過程，分析和實驗驗證了原甲酸活性物種的生成[5]。

2 過渡金屬催化吲哚羧酸的脫羧官能化

吲哚羧酸的脫羧官能化反應(yīng)研究起步較晚，直到2008年，Miura課題組發(fā)展了鈀催化2-吲哚羧酸和3-吲哚羧酸的脫羧官能化反應(yīng)研究。在此項研究中，以銅鹽為氧化劑、烯烴為烯基化試劑，可以實現(xiàn)吲哚羧酸的區(qū)域選擇性氧化脫羧烯基化反應(yīng)，合成2-烯基吲哚或3-烯基吲哚類化合物(圖3)。同時，此催化體系可以適用于呋喃、吡咯和噻吩羧酸的氧化烯基化，取得了中等以上的收率[6]。

圖3 鈀催化吲哚羧酸區(qū)域選擇性氧化脫羧烯基化

圖4 鈀催化吲哚羧酸脫羧官能化合成稠雜芳香化合物

在接下來的工作中，該課題組進一步拓展鈀催化吲哚羧酸的氧化脫羧官能化反應(yīng)的應(yīng)用，實現(xiàn)了吲哚羧酸與炔烴合成稠雜芳香化合物(圖4)。在此反應(yīng)基礎(chǔ)上，研究者推測并初步驗證了反應(yīng)可能經(jīng)歷的歷程[7]。

最近，Hikuwa等人開展了金催化3-吲哚羧酸的脫羧官能化反應(yīng)研究(圖5)。在此項研究中，作者以四氯金酸鈉為催化劑、芐醇為芐基化試劑、水為溶劑，實現(xiàn)了3-吲哚羧酸的高效、高選擇性脫羧芐基化反應(yīng)，并推測了反應(yīng)可能存在的機理[8]。機理推測認為，在金催化劑作用下，反應(yīng)可能經(jīng)歷了環(huán)狀亞胺鹽正離子和芐基碳正離子中間體，促進反應(yīng)順利進行。

圖5 金催化3-吲哚羧酸脫羧芐基化

Guo課題組在銅催化2-吲哚羧酸的脫羧N-芳基化研究中取得進展(圖6)。作者研究發(fā)現(xiàn)，以氧化亞銅為催化劑、芳基碘代物或溴代物為芳基化試劑，能夠高效、高選擇性獲得N-芳基吲哚產(chǎn)物。機理分析認為，脫羧反應(yīng)過程中，有助于N-[Cu]中間體的形成，進一步發(fā)生C-N偶聯(lián)反應(yīng)，實現(xiàn)N-芳基吲哚的選擇性合成[9]。

圖6 銅催化2-吲哚羧酸脫羧N-芳基化

3 展望

羧酸類化合物的脫羧和脫羧官能化反應(yīng)研究是有機化學(xué)關(guān)注的焦點領(lǐng)域。在過去的研究中，主要集中于芳基羧酸的脫羧官能化反應(yīng)研究[10]，針對雜環(huán)羧酸類化合物的研究較少[11]，尤其是吡咯羧酸和吲哚羧酸的研究。通過開展吡咯羧酸和吲哚羧酸的脫羧官能化反應(yīng)研究，實現(xiàn)此類雜環(huán)骨架功能分子的合成，具有重要的實際應(yīng)用意義。此外，在現(xiàn)有吡咯羧酸和吲哚羧酸脫羧反應(yīng)機理的基礎(chǔ)上，開發(fā)新型反應(yīng)體系和反應(yīng)試劑，將為其官能化反應(yīng)研究提供更多事實依據(jù)。