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過渡金屬催化氰胺和炔的環加成反應是一類高效的有機反應, 具有很高的原子經濟性, 倍受合成化學家的青睞, 廣泛應用于各類環狀含氮化合物的合成, 如廣泛存在于藥物分子中的2-氨基吡啶和2-氨基喹啉類化合物.

過渡金屬催化氰胺和炔的環加成反應早在1978年就已經有報道^[32].隨著對其研究的深入, 近年來陸續有過渡金屬催化氰胺和二炔的環加成反應的報道. 2004年Maryanoff等^[33]報道了鈷促進二取代氰胺61和二炔60的[2+2+2]環加成反應, 高效合成稠環氨基吡啶62 (Scheme 11).以CoCp(CO)₂為促進劑, 反應在回流的1, 4-二氧六環溶劑中進行, 具有100%的原子經性.反應可能經歷以下反應歷程: CoCp(CO)₂首先和二炔配位并釋放出CO₂生成絡合物A, A接著發生炔氧化加成生成環鈷二烯絡合物B. B和氰胺發生類似Diels-Alder的環加成反應產生C, 最后C發生還原消除生成目標產物和鈷催化劑.

圖式11? 鈷促進二炔和氰胺[2+2+2]環加成反應合成稠環2-氨基吡啶 圖式11.? Cobalt-promoted [2+2+2] cycloaddition of bis-alkynes and cyanamides for the synthesis of fused 2-aminopyridines

Louie等^[34]證實以[Ni(cod)₂]/IMes為催化劑, 可以實現二取代氰胺64和二炔63的[2+2+2]環加成催化反應得到65 (Eq. 13).反應可實現在低催化劑量和室溫條件下進行, 條件比較溫和, 對官能團具有良好的兼容性.反應具有良好的選擇性, 不對稱二炔反應生成的產物是氨基在較大基團鄰位的稠環吡啶.此外, 作者還證實該催化體系還適用于氰胺和兩分子單炔的反應^[34a].

后來Wan課題組^[35]和Louie課題組^[36]又分別發現以廉價的鐵為催化劑, 同樣可以催化二取代氰胺67和二炔66的[2+2+2]環加成反應合成氨基稠環吡啶68 (Eq. 14). Louie等以FeCl₂/L1為催化體系, 反應需要在加熱條件下進行; 在該催化體系下, 不對稱二炔的反應生成的產物主要是氨基在較小基團鄰位的稠環吡啶. Wan和合作者則以FeI₂/dppp為催化體系, 可實現反應在室溫下進行; 該催化體系的區域選擇性和FeCl₂/L1的剛好互補, 不對稱二炔反應的產物主要是氨基在較大基團鄰位的稠環吡啶.

一年后, Louie課題組^[37]還將鐵催化體系應用到氰胺70和炔氰69的[2+2+2]環加成反應中, 實現對稠環2-氨基喹啉71的合成(Eq. 15).作者通過反應條件篩選優化, 找出最佳的催化體系為FeI₂/^i-PrPDAI, 反應可以在較低的溫度下進行.

2015年, Takeuchi等^[38]以銥為催化劑, 同樣也可以高效催化二取代氰胺73和二炔72的[2+2+2]環加成反應, 反應適用范圍廣且對官能團的兼容性強, 可以很好地兼容酯基、羥基和羰基等官能團(Eq. 16).通過實驗證實, 不對稱二炔反應的區域選擇性主要受電子效應控制, 二炔中富電子的一端容易和氰基中的碳相結合, 而缺電子的一端則和氰基中的氮相結合.此外, 作者還發現氰胺反應的產率普遍比氰反應^[39]的高, 并通過理論計算對該現象進行解釋.

最近, Ratovelomanana-Vidal和Michelet等^[40]報道了Cp*Ru(CH₃CN)₃PF₆催化α, ω-二炔75和二取代氰胺76的[2+2+2]環加成反應高效合成稠環2-氨基吡啶77 (Eq. 17).反應的條件溫和, 對官能團具有良好的兼容性, 能兼容羥基、酯基、氰基和鹵素等官能團.不對稱二炔的反應生成很高的區域選擇性, 主產物為位阻較小2-氨基吡啶類化合物.

除了和二炔的反應, 2015年Rassadin等^[41]發現單炔78也可以和二取代氰胺79及2-甲基吡啶氧發生[2+2+1]環化反應生成2-氨基惡唑類化合物80 (Eq. 18).反應以Ph₃PAuNTf₂為催化劑和甲磺酸為促進劑, 在中等溫度下進行, 生成中等偏上的產率.同時, 作者還發現了氰胺和2-甲基吡啶氧在甲基磺酸促進下反應生成脲類化合物.作者提出在金催化下炔先和2-甲基吡啶氧化物生成ɑ-氧金卡賓中間體IM-1, 接著和氰胺發生多步反應產生目標產物.

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