Staudinger烯酮环加成 ｜ 有效制备β-内酰胺

定义

烯酮和亚胺的[2+2]环加成，生成β-内酰胺。如今，烯酮与碳-碳、碳-氧、碳-氮双键的热[2+2]环加成反应，都被成为Staudinger烯酮环加成(通常也被称为Staudinger反应)。

反应通式

起源与发展

1908年，F. Chick和H. Staudinger的研究小组独立制备了烯酮(CH2=C=O)。同时，Staudinger对烯酮及其衍生物的反应性进行了详尽的研究，发现二苯烯酮与烯烃、酮、亚胺发生反应。
最早报道：Staudinger, H. Ber. 1907, 40, 11451146。
Hermann Staudinger (德国人, 1881-1965 )，1953年，因为他在大分子化学领域的发现，获得了诺贝尔化学奖。

烯酮的制备方法

1)酰氯使用三烷基胺(三乙胺等)脱氯化氢;
2)锌或锌-铜合金使α-卤代酰卤化合物脱卤化氢生成二卤乙烯;
3)环丁烯酮的热或光化学开环;
4)α-重氮酮的Wolff重排(点击阅读详情);
5)酸酐经过球到球蒸馏(bulb to bulb distillation)的热解;
6)酯类热解;
7)在常压下裂解市售的二烯酮，得到烯酮。
反应的一般特征(分为三大类）
烯酮与烯烃反应特征：

1)反应生成环丁酮;

2)与简单烯烃的反应顺序为反式烯烃<顺式烯烃<环式烯烃<线性二烯<环式二烯;

3)保留了双键周围的立体化学;

4)区域化学由双键的极化决定;

5)由于烯酮本身对双键不反应;通常用二氯乙烯代替，然后用锌铜合金脱卤;

6)全氟乙烯和烷氧丁二烯的反应可能导致[4+2]环加合物;

7)除简单的烯烃外，丙二烯、烯胺和烯醇醚也发生环加成，通常产率低。

烯酮与醛、酮的反应特征：
1)反应生成2-氧杂环丁酮(β-内酯);
2)这些反应通常需要Lewis酸的活化，最常见的Lewis酸有三氟醚化硼、氯化铝和氯化锌;
3)胺还可以用作催化剂;
4)含强吸电子取代基的羰基不需要活化;
5)虽然芳基和二芳基酮一般不活泼，但可以使用广泛的烯酮作为底物;
6)利用手性胺基作为催化剂，开发了不对称环加成反应。

烯酮与亚胺的反应特征：

1)该反应特别重要，广泛用于制备氮杂环丁酮(β-内酰胺);
2)该反应通常以酰氯和三乙胺或α-重氮酮为烯酮前体，通过热化学或光化学方式进行;
3)所得到的内酰胺类化合物的非对映选择性普遍较高;
4)采用手性助剂附在亚胺或烯酮上制备不对称产物;
5)利用手性胺碱的不对称催化方法也已开发;
6)在二氧化硫中反应生成2,3-二苯噻唑烷-4- 1- 1,1-二氧化物衍生物

机理

反应实例

1) DOI: 10.1021/ja808046e

2) DOI: 10.1021/jo0611521

3) DOI: 10.1021/ja056711k

4) DOI: 10.1021/jo0622734

5) 10.1002/0471264180.or095.02

评述

Staudinger 反应发现至今已有一百多年，关于其机理的研究还在不断进行和深入中，在这方面，北京化工大学许家喜教授带领团队做了很多漂亮的工作。
Staudinger烯酮环加成广泛地用于制备β-内酰胺，这在药物化学、农药化学等领域具有非常重要的作用。此外，该反应还可以构建各种四元环体系，并且通过反应条件、试剂与底物的调控，可以高选择性地生成特定空间构型的产物。

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