综述：面向多样性的环菲类化合物合成方法

《ACS Omega》：Diversity-Oriented Approaches toward the Synthesis of Cyclophanes

通过过渡金属催化反应（如Suzuki-Miyaura偶联、烯烃金属催化环化（RCM）等）合成环芳烃及其衍生物。研究展示了RCM在构建复杂环状结构（如含氧、硫代环芳烃，大环化合物，含氨基酸基团、嘧啶、苯并呋喃等杂环的环芳烃）中的高效性，并探讨了不同反应条件对产物构型及立体化学的影响。该成果为分子识别与超分子化学提供了新策略和新材料。

　　在化学领域，特别是有机合成中，环苯烷（cyclophane）结构因其独特的分子构型和潜在的应用价值而受到广泛关注。环苯烷是一种由两个芳香环通过一条非共轭的柔性链连接而成的分子结构，这种结构赋予了其在“受体-客体”化学、分子识别以及超分子化学中独特的性能。通过不同的合成策略，科学家们能够构建多种类型的环苯烷，包括含异原子的环苯烷、基于氨基酸的环苯烷、[6]环苯基苯并环（[6]cycloparaphenylene）、冠状苯烷（crownophane）、规范环吡啶（normuscopyridine）以及多种大分子。本文旨在介绍近期在环苯烷合成方面取得的进展，以及通过不同反应策略实现其构建的创新方法。

环苯烷的合成通常涉及多种化学反应，如Suzuki–Miyaura交叉偶联反应、烯烃易位反应（olefin metathesis）、炔烃易位反应（enyne metathesis）、Glaser–Eglinton偶联反应、Yamamoto偶联反应等。这些反应不仅为构建环苯烷提供了多样化的路径，也展现了其在分子设计中的灵活性和实用性。此外，通过烷基化、苯基化、格氏试剂（Grignard reagents）以及钾硫代乙酸盐（potassium thioacetate）等方法，也能够高效地合成出多种类型的环苯烷，如氧硫环苯烷（oxa-thiocyclophanes）、异原子环苯烷（heteroatom-containing cyclophanes）、基于氨基酸的环苯烷（amino-acid-based cyclophanes）以及一系列复杂的结构。

在合成过程中，环苯烷的结构和性质对反应条件具有高度依赖性。例如，在利用Suzuki–Miyaura交叉偶联反应构建环苯烷时，首先需要制备特定的二醛（dialdehyde）前体，然后通过烯烃易位反应（RCM）实现环闭合。通过选择合适的催化剂和反应条件，可以有效提高产物的产率并控制其立体化学构型。例如，在某些情况下，使用特定的金属催化剂可以实现高效、选择性的环闭合反应，从而获得具有特定构型的环苯烷。同时，通过调整反应条件，如温度、溶剂和催化剂浓度，还可以进一步优化产物的产率和纯度。

在构建含有异原子的环苯烷时，研究者们发现通过特定的化学反应可以引入氧、硫、氮等原子，从而赋予环苯烷新的化学性质和生物活性。例如，某些含有硫原子的环苯烷被证明具有抗菌、抗炎和抗真菌等生物活性。此外，通过引入特定的官能团，如氨基或羟基，还可以进一步拓展环苯烷的应用范围。这些异原子环苯烷的合成不仅依赖于交叉偶联反应，还需要通过其他反应如氧化、还原、缩合等实现。

在构建基于氨基酸的环苯烷时，研究者们利用了多种合成策略。例如，通过引入合适的氨基酸衍生物，并结合交叉偶联反应和环闭合反应，可以合成出含有氨基酸结构的环苯烷。这种结构的引入不仅增加了环苯烷的分子多样性，也为其在生物医学领域的应用提供了新的可能性。此外，通过调整反应条件，如温度、催化剂类型和反应时间，可以进一步优化产物的产率和纯度。

在构建[6]环苯基苯并环（[6]cycloparaphenylene）时，研究者们利用了不同的反应路径。例如，通过Suzuki–Miyaura交叉偶联反应和随后的环闭合反应，可以高效地合成出这种结构。此外，Yamamoto偶联反应也被用于构建[6]cycloparaphenylene，通过选择合适的催化剂和反应条件，可以实现高效的环闭合。这些方法不仅展示了环苯烷合成的多样性，也反映了其在材料科学和分子识别中的重要性。

在构建含有特定官能团的环苯烷时，研究者们通过引入不同的官能团，如硫醇基团或硝基基团，可以合成出具有特定性质的环苯烷。例如，通过硫醇基团的引入，可以构建出含有硫原子的环苯烷，这些环苯烷在某些生物活性方面表现出色。此外，通过引入特定的氮原子或氧原子，还可以构建出含有这些原子的环苯烷，从而进一步拓展其应用范围。

在构建环苯烷的过程中，研究者们还发现了一些特殊的反应现象，如环闭合反应中产生的立体异构体混合物。例如，在某些情况下，通过不同的反应条件，可以控制环苯烷的立体构型，从而获得特定的产物。此外，通过单晶X射线衍射分析，研究者们能够确认合成出的环苯烷的结构，这为后续的结构研究和功能化修饰提供了重要的基础。

环苯烷的合成不仅涉及化学反应的多样性，还体现了对反应条件的精细调控。例如，在构建含有多个异原子的环苯烷时，需要通过多步反应实现不同官能团的引入和环闭合。这些步骤通常包括交叉偶联反应、氧化反应、还原反应以及环闭合反应等。通过这些步骤的组合，可以合成出具有特定结构和功能的环苯烷，从而满足不同应用需求。

在合成环苯烷的过程中，研究者们还发现了一些新的反应路径和催化剂。例如，通过使用特定的金属催化剂，可以实现高效的环闭合反应，从而提高产物的产率。此外，通过引入不同的反应条件，如不同的溶剂或温度，也可以优化环苯烷的合成过程。这些发现不仅推动了环苯烷合成方法的发展，也为相关领域的研究提供了新的思路和工具。

总之，环苯烷的合成是一个涉及多种化学反应和条件调控的复杂过程。通过选择合适的反应策略和优化反应条件，研究者们能够高效地构建出多种类型的环苯烷，并探索其在不同领域的应用潜力。这些研究不仅展示了环苯烷合成的多样性，也为未来的研究和应用提供了重要的基础和方向。