《有机环合反应原理与应用》书评-杂志之家

内容简介

本书分为两编，编为碳环化合物，第二编为杂环化合物。对每一种环合反应，从反应机理、影响因素、适用范围、应用实例等方面进行总结。本书正是对环合反应的基本理论和基本规律进行详细介绍，包括反应类型、反应机理、适用范围，具体应用实例等。

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本书正是对环合反应的基本理论和基本规律进行详细介绍，包括反应类型、反应机理、适用范围，具体应用实例等。

作者简介

孙昌俊，山东大学化学与化工学院，济南圣鲁金药物技术开发有限公司化学部主任，教授， 1970年毕业于山东大学化学系，并于同年留校任教。恢复研究生招生制度后于1982年获理学硕士学位。

一直从事有机化学的教学与科研工作，积累了大量科技资料，尤其在有机合成、药物设计、药物合成、糖化学、核苷化学、生物有机、杂环化学、药物反应等方面具有丰富的经验。

在国内外学术刊物发表各种研究论文近200篇，出版了《生物有机化学专论》(山东科技出版社)、《有机化学》(山东大学出版社)、《精编有机化学教程》(山东大学出版社，国家十一、五规划重点教材)、《药物合成反应---理论与实践》(2007，化学工业出版社) 等多部著作。

目前在济南圣鲁金药物技术开发有限公司任化学部主任，领导数十人专职从事有机合成工作。

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第二编杂环化合物的合成

杂环化合物是一类非常重要的化合物，在目前已知的2000多万个化合物中，杂环化合物占到一半以上 (也有报道65%以上)。杂环化合物不仅存在于天然产物中，而且在有机合成中也占有十分重要的地位。很多杂环化合物具有重要的生物学活性，受到人们的普遍关注。

杂环化合物中的杂原子，原则上讲，在元素周期表中除碳原子之外的元素，都可以被看做是杂原子。实际上，许多金属元素的原子参与构成的环状结构的分子，由于他们的键型结构和物理、化学性质都与一般的化合物不同，通常将他们称为金属有机化合物，而不归属于杂环化合物。

杂环化合物中的杂原子，主要有氧、氮、硫、磷等，生成的杂环化合物有饱和的，也有不饱和的。就环的类型而言，有单杂环、稠杂环、螺杂环、桥杂环等，就环的大小而言，有小杂环、中杂环、大杂环等，就杂原子在数目而言，有含单个杂原子的，也有含多个杂原子的。在杂环化合物中，成环原子的排列组合方式和键合类型多种多样，因此杂环化合物的数目非常大，在涉及有机化学的各个领域都占有非常重要的地位。

关于杂环化合物的化学合成，大都是通过环合反应合成的。环合有多种分类方式，根据环合反应中失去的简单分子，可分为脱水环合、脱醇环合、脱卤化氢环合、脱氨环合、脱硫化氢环合等。根据参加环合反应的分子数目，可分为单分子环合(分子内环合)、双分子或多分子环合。也可按环的大小来分类或按成环反应时的成键类型来分类的。但在许多情况下各种类型很难截然分开。

本编将主要讨论含氧、氮、硫杂原子的常见环状化合物的合成，包括含一个和多个杂原子的五元环、六元单环和稠环化合物的合成。所选用的合成方法也是一些比较经典的反应。

及时章含一个杂原子的环状化合物的合成

含一个杂原子的五元环化合物主要有呋喃、噻吩、吡咯以及它们的苯并双环化合物，如苯并呋喃、苯并噻吩、苯并吡咯等。六元环化合物主要有吡啶、香豆素、喹啉等。其合成方法大都是采用碳-杂键或碳-碳键的环合来制备的。

及时节含一个氧原子的五元杂环化合物的合成

含一个氧原子的芳香杂环化合物主要有呋喃、苯并呋喃、香豆素类、吡喃酮、黄酮类化合物等。

一、呋喃、四氢呋喃及其衍生物

呋喃的很多衍生物可以通过糠醛(呋喃甲醛)的结构改造来合成。例如：

糠醛来源于富含戊糖的农副产品(玉米芯、棉籽皮、米糠等)，这些农副产品用稀酸处理，可以得到糠醛。

工业上可由顺丁烯二酸酐合成四氢呋喃(THF)。

由1,4-丁二醇合成THF，可用硫酸、磷酸、强酸性阳离子交换树脂等作脱水剂。

1,3-丁二烯用空气氧化可生成呋喃，后者加氢生成THF。

呋喃具有芳香性，容易发生亲电取代反应。根据试剂和反应条件的不同，呋喃可以发生加成、开环等反应。

呋喃类化合物是主要的有机合成中间体，在药物等的合成中具有重要应用价值。

1、Paal-Knorr呋喃合成法

以1,4-二羰基化合物为原料合成呋喃衍生物，该法称为Paal-Knorr呋喃合成法。该反应首先是由Paal C和Knorr L分别于1884年和1885年报道的。

反应机理如下：

反应中，一个羰基转化成烯醇式，烯醇的氧原子与另一个羰基发生亲核加成，这是决定反应速度的一步反应，而后脱水生成呋喃衍生物。

可用的催化剂有硫酸、盐酸、磷酸、对甲苯磺酸、脱水剂 (如乙酐、五氧化二磷等)。例如：

许多1,4-二羰基化合物 (主要是醛、酮) 或它们的类似物都可以发生Paal-Knorr反应。

该方法的缺点是1,4-二羰基化合物的制备较困难 (其实很多是研究1,4-二羰基化合物的合成方法)，而且环化反应通常是在酸溶液中回流较长时间。含有对酸敏感基团的反应底物不适合于该方法。目前，很多研究工作是对反应条件的改进，例如使用比较温和的Lewis酸作催化剂，如Sc(OTf)3、Bi(NO3)3等。也有用黏土和蒙脱土进行催化的报道。应用离子液体时不需要酸作催化剂，产物的纯化也较简便。微波条件下的Paal-Knorr呋喃合成反应的报道也很多。

具体例子如下(Motensen D S, Rodriguez A L. Carison K E, et al. J Med Chem. 2001，44：3838)：

1,4-二羰基化合物的类似物可以是缩醛、缩酮或以环丙烷氧代替其中一个羰基。

1,4-二羰基化合物与α-卤代酸酯在碱性条件下反应，则可能是按照Darzens反应进行的。例如：

呋喃是很多天然产物和材料大分子的结构单元，采用Paal-Knorr方法是构建这些结构单元的方法之一。

[参考文献]

Paal C. Ber. Dtsch Chem Ges. 1884，17：2756.

Knorr L. Ber. Dtsch Chem Ges. 1885，18：299

Katritzky A R. Advances in Heterocyclic Chemistry. Ed. Academic Press，New York, 1982，Vol 30,167 (Review).

Katritzky A R, Rees, C. W, Scriven E. F. V. Comprehensive Heterocyclic Chemistry II. Eds Pergamon. New York, 1996，Vol 2：351(Review).

Maas G. Science of Synthesis: Houben-Weyl Methods of Molecular Transformations. Ed. Georg Thieme Verlag,New York, 2001;Cat 2, Vol 9, 183 (Review).

Li J J,Corey E. J. Name Reactions in Heterocyclic Chemistry. Eds.Wiley & Sons: Hoboken, NJ, 2005, 168 (Review).