環(huán)丁醇開環(huán)官能化反應(yīng)是制備γ位取代脂肪酮的重要策略之一。通過區(qū)域選擇性的C—C鍵斷裂和新化學(xué)鍵(例如:C—C、C—N、C—O、C—F鍵等)的構(gòu)建，環(huán)丁醇開環(huán)反應(yīng)可以高效地在羰基的γ位引入各種各樣的取代基團(tuán)。環(huán)丁醇的開環(huán)反應(yīng)途徑主要分為兩種: 1、通過過渡金屬鈀和銠催化的β-碳消除反應(yīng)開環(huán)；2、自由基歷程的環(huán)丁醇單電子氧化開環(huán)。
鈀催化的環(huán)丁醇開環(huán)反應(yīng) 1999年，Uemura小組報(bào)道了在氧氣條件下，Pd(Ⅱ)催化環(huán)丁醇的開環(huán)反應(yīng)制備β，γ-不飽和酮。在此反應(yīng)中，他們推測(cè)可能先形成了環(huán)丁醇鈀(Ⅱ)鹽，然后該中間體很容易在位阻較小的一側(cè)發(fā)生β-碳消除，從而使C—C鍵斷裂生成烷基鈀(Ⅱ)中間體，最后經(jīng)歷β-氫消除得到烯烴產(chǎn)物。如下圖：

在上述反應(yīng)條件中需要氧氣作為氧化劑，表明該反應(yīng)是Pd(Ⅱ)/Pd(0)物種的催化循環(huán)。另一方面，Pd(0)/Pd(Ⅱ)的催化循環(huán)也常出現(xiàn)于鹵代芳烴參與的鈀催化反應(yīng)中。在上述反應(yīng)的啟發(fā)下，他們又用Pd(0)作為催化劑催化環(huán)丁醇與鹵代芳烴的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了四元環(huán)開環(huán)芳基化，構(gòu)建了γ-芳基脂肪酮。反應(yīng)過程中，Pd(0)與鹵代芳烴原位生成的Pd(Ⅱ)中間體與環(huán)丁醇反應(yīng)生成醇鈀鹽，接著發(fā)生β-碳消除和還原消除反應(yīng)，得到芳基化產(chǎn)物。該轉(zhuǎn)化具有較高的反應(yīng)收率，良好的底物兼容性。見下圖：

自由基歷程的開環(huán)反應(yīng) 環(huán)丁醇氧化開環(huán)構(gòu)建，碳碳鍵-自由基參與的四元環(huán)，開環(huán)通常作為“自由基鐘”反應(yīng)，用于自由基相關(guān)的動(dòng)力學(xué)研究中。運(yùn)用“自由基鐘”原理，以環(huán)丁醇為前體，經(jīng)歷自由基參與的開環(huán)反應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)各種各樣的羰基γ位的官能化反應(yīng)。Rocek發(fā)現(xiàn)硝酸鈰銨的Ce(Ⅳ)，可以氧化環(huán)丁醇開環(huán)。基于此研究1993年Kapustina小組發(fā)展了環(huán)丁醇參與的Minisci反應(yīng)，制備了一系列γ位氮雜芳環(huán)取代的脂肪酮。當(dāng)醋酸作溶劑，采用當(dāng)量的Pb(OAc)4或Mn(OAc)3作氧化劑時(shí)，環(huán)丁醇被氧化生成環(huán)丁基氧自由基，后者異構(gòu)化開環(huán)生成γ-羰基烷基自由基。烷基自由基加成到質(zhì)子化的缺電性雜環(huán)上，得到γ-氮雜芳環(huán)取代的產(chǎn)物。當(dāng)雜環(huán)是吡啶時(shí)，氮原子的鄰位是主要反應(yīng)位點(diǎn)，其鄰位產(chǎn)物與對(duì)位產(chǎn)物比例約為3：1；而當(dāng)雜環(huán)是喹啉時(shí)，反應(yīng)選擇性較差，鄰位產(chǎn)物與對(duì)位產(chǎn)物比例約為1∶1。隨后，他們將該反應(yīng)發(fā)展到固相催化上，反應(yīng)更為高效。

錳催化的環(huán)丁醇開環(huán)構(gòu)建γ位疊氮化脂肪酮，烷基疊氮是一類非常重要的合成中間體,被廣泛的應(yīng)用于含氮化合物的化學(xué)合成中。此外,由于轉(zhuǎn)化條件溫和,烷基疊氮參與的生物兼容反應(yīng)也被廣泛用于化學(xué)生物學(xué)研究中。以廉價(jià)的醋酸錳為催化劑,TMSN3為疊氮源,高碘化物BI-OH為氧化劑,環(huán)丁醇可以開環(huán)得到γ位疊氮化產(chǎn)物。該反應(yīng)條件溫和,官能團(tuán)兼容性廣,可以區(qū)域選擇性地得到一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)的脂肪族疊氮化物。另外,具有并環(huán)骨架的環(huán)丁醇在該反應(yīng)條件下,可以經(jīng)過擴(kuò)環(huán)疊氮化反應(yīng),得到一系列通過其他方法難以合成的疊氮取代的苯并環(huán)酮產(chǎn)物。初步的機(jī)理研究認(rèn)為，該反應(yīng)是通過自由基參與的MnIII/MnV的催化循環(huán)實(shí)現(xiàn)的。