《Tetrahedron》：From six- to five-membered heterocycles via ring contraction in the last quarter century
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六元杂环化合物通过酸/碱催化、过渡金属催化、光化学及电化学等方法转化为五元杂环的研究进展。本文系统总结了涉及氧、氮、硅、硫、硒等杂原子的这类反应的机制多样性及合成应用。
弗拉基米尔·阿伊达奇奇（Vladimir Ajda?i?）|日沃塔·塞拉科维奇（?ivota Selakovi?）|米利卡·塞拉科维奇（Milica Selakovi?）|安德烈娅·M·尼科利奇（Andrea M. Nikoli?）|伊戈尔·M·奥普塞尼察（Igor M. Opsenica）
贝尔格莱德大学化学系创新中心（Innovative Centre of the Faculty of Chemistry in Belgrade, ltd.），学生广场12–16号，贝尔格莱德11158，塞尔维亚
摘要
杂环化合物的骨架编辑已成为一种越来越有效的方法，通过原子删除或环收缩直接改变环的大小。在过去的二十五年中，这类转化已经从孤立的重组发展成为多功能、可预测的合成工具。这些进展得益于多种合成方法的发展，包括酸或碱介导的反应、过渡金属催化、光化学和光催化方法，以及电化学和氧化/还原转化。本综述总结了2000年至2025年间关于将六元杂环转化为五元杂环的骨架编辑反应的进展。涵盖了含有氧和氮的杂环（包括芳香族、部分饱和和完全饱和的系统），以及一些含有硅、硫和硒的杂环的实例，重点介绍了这些转化的机制多样性。
引言
杂环化合物是有机化学的重要组成部分，构成了无数天然产物、药物、农用化学品和功能材料的结构基础。1, 2, 3, 4 其中，五元和六元杂环尤为突出，这反映了它们内在稳定性和广泛合成多样性的平衡。5 传统上，获取特定杂环的方法依赖于从头合成策略，有时需要多步骤的合成过程和繁琐的功能基团操作。6 最近，出现了一种替代且越来越强大的方法：通过骨架编辑直接重塑现有的环系统，特别是在过去二十五年中取得了显著的方法学进展。7, 8, 9, 10
骨架编辑是指通过选择性地插入、删除或重新排列分子核心骨架中的原子来修改其原子结构的化学转化，而不是改变外围取代基。在这种概念下，单个原子的修改变得尤为重要，因为它能够实现精确且经济高效的分子结构变化。对于环状系统，这种编辑可以表现为不同大小环之间的相互转化，为结构多样化提供了一种直观的逆合成方法（图1）。本综述特别关注2000年至2025年间报道的将六元杂环转化为五元杂环的反应，这些反应通过环收缩或原子删除实现。尽管这两种过程都会导致环的大小减少一个原子，但它们在概念上是不同的。环收缩涉及保留原始环中的所有原子，只是有一个原子迁移到环外位置；而原子删除则意味着从分子骨架中正式切除一个选定的原子，导致环收缩，该原子不再存在于环中。这两种途径的区别不仅仅是语义上的：反应机制、功能基团要求以及整体合成结果可能会有很大差异。7, 8, 9, 10
历史上，环收缩自19世纪末就已为人所知，当时拜耳（Baeyer）进行了菲醌的碱性重排（1877年），而法沃斯基（Favorskii）描述了著名的重排反应（1894年）。11, 12 除了吡喃糖和呋喃糖形式之间的平衡（这些平衡在之前的几十年里被提出并得到证实外，六元杂环向五元杂环的转化至少从20世纪40年代就已经为人所知。13, 14 20世纪后半叶开发了许多环收缩的方法。虽然这些转化是基础性的，并且如本综述所讨论的，至今仍在使用，但它们通常对底物有严格的要求。在过去的25年里，方法学的重大进展显著扩展了杂环编辑的范围。7, 8, 9, 10, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 光化学和光催化策略使得在温和条件下实现独特的键重组成为可能，而过渡金属催化则解锁了通过先前未知的金属环中间体进行的新类型重排。结合使用电化学、氧化或还原过程的方法进一步丰富了反应工具箱。总体而言，这些发展为从饱和和芳香族杂环中选择性地去除碳、氮和其他杂原子提供了可能，应用于药物化学、全合成、生物活性分子的后期修饰以及一般骨架多样化。
章节片段
吡咯烷的生成
首先将研究传统的（路易斯）酸或碱催化的涉及环收缩并生成吡咯烷的反应。自20世纪60年代以来，已知可以通过3位具有良好离去基团的哌啶进行环收缩来合成吡咯烷。最早的此类转化以N-烷基-3-氯哌啶作为起始化合物，并为反应机制提供了初步假设。23 最近，奈特（Knight）及其同事报道了……
结论
总之，将六元杂环转化为五元杂环的环收缩反应已经发展成为一类多样且可靠的骨架编辑方法。曾经是底物特异性的重组方法已经演变为广泛应用的方法，利用了多种机制，包括酸或碱介导的、过渡金属催化的、光化学的、电化学的以及氧化或还原过程。正如本综述所强调的，……
CRediT作者贡献声明
安德烈娅·M·尼科利奇（Andrea M. Nikoli?）：撰写初稿、可视化、数据管理、概念构思。伊戈尔·奥普塞尼察（Igor Opsenica）：撰写初稿、可视化、监督、资金获取、数据管理、概念构思。弗拉基米尔·阿伊达奇奇（Vladimir Ajda?i?）：撰写初稿、可视化、数据管理、概念构思。日沃塔·塞拉科维奇（?ivota Selakovi?）：撰写初稿、可视化、数据管理、概念构思。米利卡·塞拉科维奇（Milica Selakovi?）：撰写初稿、可视化、数据管理、概念构思
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了塞尔维亚共和国科学、技术发展和创新部（Contract numbers: 451–03–136/2025–03/200168 和 451–03–136/2025-03/200288）的财政支持，并符合联合国的2030年可持续发展议程。
