应用Ugi/Michael串联反应构建杂环化合物的研究进展

  • A+
DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2019007112
文章来源:《化学试剂》2019年第41卷第9期

应用Ugi/Michael串联反应构建杂环化合物的研究进展


商天奕,刘琰*


(信阳农林学院生物与制药工程学院,河南信阳 464000)

摘要


   杂环化合物是许多天然产物和药物分子的核心骨架,具有广泛的生物活性和药理作用。因此如何快速高效地构建小分子杂环化合物库成为当今药物化学领域的研究热点。Ugi反应在合成分子多样性方面具有得天独厚的优势,能够解决待合成化合物数量庞大、结构复杂的难题;同时Michael加成反应能快速形成C—C/C—N键,从而构建出不同骨架的环系。目前,Ugi/Michael串联反应已经成为构建杂环化合物的有力工具。作者长期致力于应用Ugi串联反应构建具有潜在药理活性的杂环分子,将近年来Ugi/Michael串联反应的研究进展与课题组的研究工作相结合对这一领域进行综述。

引言

Ugi反应是一分子胺、一分子醛、一分子酸和一分子异腈缩合成α-酰胺基酰胺的4组分反应。自1959年首次报道以来,Ugi反应被广泛应用于有机合成方法学[1-7]。二十一世纪初,随着多样性导向合成(DOS)受到学术界的广泛关注[8-12],作为这一领域代表工作的Ugi反应,也焕发出新的生机与活力,成为新的研究热点。当今合成化学面临着待合成分子数量庞大,结构复杂等诸多难题,而Ugi反应能构建出一系列具有结构多样性的分子,再通过分子内双官能团间的串联反应合成骨架各异的环状化合物。同时,相比于传统的合成方法,Ugi串联反应避免了多步纯化以及保护/脱保护等繁琐过程,其优势明显。Ugi串联反应的一般合成思路是:通过Ugi反应与分子内的后续反应或多米诺反应串联,实现“一锅煮”构建目标化合物。

杂环化合物是一类非常重要的有机分子,具有广泛的生物活性和药理作用,目前许多用于临床或研发中的药物结构中都含有杂环。同时杂环化合物在农药、材料、染料和新能源燃料等精细化工领域也有着极其广泛的应用。因此杂环化合物的高效构建变得至关重要。近年来,应用Ugi/Michael串联反应构建杂环化合物领域的研究成果层出不穷,形成了一套独有的设计思路与理论体系,并日益成为构建杂环化合物的重要手段。本文将对这一领域的研究进展作一综述。

       按照产物骨架的不同类型,Ugi/Michael串联反应体系可以细分为以下3类:1)Andreana体系,主要用于合成氮杂螺环烯酮和2,5-二羰基哌嗪类杂环化合物;2)Van der Eycken体系,主要用于合成内酰胺类化合物;3)新型1,4-加成型,主要用于合成环戊烷并吡啶酮类化合物。基于其在多样性导向合成中的应用,Ugi/Michael串联反应正日益成为广大药物化学工作者的优选,它犹如一个反应池,当我们输入不同的反应模块(Ugi反应的不同组分),就能够按照事先设计好的反应路径完成不同骨架类型杂环化合物的合成(如下图所示)。然而对反应路径的精确控制完全依赖于对于不同类型Ugi/Michael串联反应机理的充分研究,下面将依次介绍不同反应类型Ugi/Michael串联反应的机理、特点、应用以及规律等。



结论

   通过对Ugi/Micheal串联反应合成实例的介绍,可以看出,该领域的研究思路为:通过Ugi前体中双官能间反应,引发后续Michael加成反应,进而关环,生成相应杂环化合物快速高效构建小分子杂环化合物库。因此,Ugi/Michael串联反应是成为多样性导向合成2,5-二羰基哌嗪、氮杂螺环烯酮、内酰胺以及环戊烷并吡啶酮这类杂环化合物首选方法。合成的各类杂环化合物具有诸多潜在生物活性和药用价值,为后续构效关系的研究和先导化合物的开发铺就了宽广的道路。

尽管方便快捷,但应用Ugi/Michael串联反应构建小分子杂环还存在以下不足之处:1)市售的异腈的种类较少,影响了酰胺上取代基的多样性;2)Michael加成反应的受体往往都位于酸组分,过于依赖炔酸或烯酸会造成产物骨架雷同,影响产物结构的多样性;3)目前在Andreana体系,亲核试剂是分子内的酰胺或者苯醌;而在Van der Eycken体系下,进攻位点是分子内的手性碳原子。缺少有效策略引发其他位点参与反应。1,4加成型Ugi/Michael串联反应,虽然合成路线新颖,应用前景广阔,但目前实例有限,还有待时间的考验;4)产物骨架相对单一。应用Ugi/Michael串联反应构建小分子杂环化合物的骨架类型局限于2,5-二羰基哌嗪、氮杂螺环烯酮、内酰胺以及环戊烷并吡啶酮。

       尽管Ugi/Michael串联反应还存在着诸多不足,但是相信凭借其在构建杂环化合方面得天独厚的优势以及在多组分化学中的独特魅力,通过有机化学工作者的不断努力,它的前景一定会更加光明。也希望本文能够为从事该领域的化学工作者提供参考。

目录

1  Andreana体系

1.1  Andreana体系的特点

1.2  通过Andreana体系构建杂环化合物

1.2.1  氮杂螺环烯酮类化合物的合成

1.2.2  2,5-二羰基哌嗪类化合物的合成


1.3 Andreana体系的合成规律

1.3.1  苯环对位的取代基对产物类型的影响

1.3.2  异腈上的取代基对产物类型的影响

1.3.3  Andreana体系的合成通式

2  Vander Eycken体系


2.1  Van derEycken体系的特点

2.2  通过Van derEycken体系构建杂环化合物


2.2.1  使用烯酸合成γ-内酰胺类化合物

2.2.2  使用炔酸合成γ-内酰胺类化合物



3  1,4-加成型

4  总结与展望




weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论:0