铜的双核、多核或螯合络合物介导的碳-氮键和碳-氧键的生成反应及其应用研究

The copper-catalyzed cycloaddition of alkynes and azides (CuAAC) as well as N- and O-arylations have been received significant attentions recently. In these reactions, the processes and results were efficiently modulated by copper ions appeared in different forms of valence and structure. Therefore, we herein proposed the studies on the formations of carbon-nitrogen and carbon-oxygen bonds as well as their applications mediated by dinuclear, polynuclear or chelate complexes of copper. By using 1-copper alkynes as precursors, a group of procedures will be established for efficient synthesis of 1,4,5-trisubstituted 1,2,3-triazoles, which possess the most structural and property diversity. The key strategy is that 1-copper alkynes have polymeric polynuclear complex structures and the Cu-C(sp) bonds have extremely chemical stability. But, they could selectively carry out the cycloaddition with azides to convert into 5-copper(I) 1,2,3-triazole intermediates with active Cu-C(sp2) bonds. We also try to use dinuclear or chelate complexes of copper(II) as highly efficient catalysts for CuAAC reaction, by which the ionic residue of copper will be reduced extremely in the reaction systems during all processes. Therefore, some procedures may be used widely in the bioorthogonal chemical reactions. The chelate complexes of copper(II) with N,O-polydentate non-innocence ligands will be used as intermediates in copper-catalyzed N- and O-arylations. Since these ligands could accelerate the formations of Cu-N and Cu-O bonds as well as they could store and release electrons during catalysis, therefore, a group of mild and efficient procedures will be established for the synthesis of diaryl ethers and triaryl amines, which are the most difficult synthetic targets in copper-catalyzed N- and O-arylations.

铜催化的炔烃与叠氮的环加成反应 (CuAAC) 和氮、氧芳基化反应最近倍受关注。铜离子以不同的价态和配位结构对催化过程和结果实施有效的调控。为此，我们提出了对铜的双核、多核或螯合络合物介导的碳-氮和碳-氧键的生成反应及其应用的研究。 使用炔铜多核高聚配合物为原料，利用其 Cu-C(sp) 键的化学惰性，高度选择性地与叠氮经环加成反应生成含活性 Cu-C(sp2) 键的中间体。期望建立一组方便和高效的制备具有最大结构和性质多样性的 1,4,5-三取代 1,2,3-三氮唑衍生物的方法。 尝试使用二价铜的双核配合物或螯合物作为 CuAAC 反应的催化剂。利用其配位稳定性降低铜离子残留，实现在生物分子标记反应中的广泛应用。 使用二价铜与氮氧多齿氧化还原配体生成的螯合物为中间体。利用它们高效形成铜-氮键和铜-氧键的能力以及储存和释放电子的特性，期望建立一组温和制备二芳醚和三芳胺类衍生物的方法。

著名的“点击反应”(CuAAC 反应) 极大地推动了铜催化的末端炔烃反应的研究。通过近十年的深入研究，铜催化的末端炔烃的反应无论从反应产物﹑反应类型﹑还是反应机理方面都超出了原始“点击反应”的范围，并从中提炼出许多重要的理论和应用课题。在本项目中，我们主要集中研究了炔铜盐结构与反应性之间的关系以及 CuAAC/开环反应中原位生成的烯酮亚胺中间体的结构与反应性之间的关系。本项目研究成果主要包括四个部分，并在此基础上发展了一些构筑 C-N 键和 C-O 键的新方法。. (1) 我们开展了使用炔铜高聚物进行的取代反应和环加成反应研究，部分解释了一个理论问题：炔铜盐被认为是 CuAAC 反应的中间体并可以在反应中分离得到，但预先制备的炔铜盐却不能够发生 CuAAC 反应。提出了炔铜盐有三种配合物结构 (单核﹑双核和三核) 以及在配体作用下它们之间发生互变的观点。直接使用预先制备的炔铜盐实现了温和条件下的取代反应和环加成反应。. (2) 我们开展了铜催化的末端-酮炔进行的环加成反应研究。解决了 CuAAC 反应中末端 -酮炔不能用作底物的问题。将末端-酮炔用于CuAAC/开环反应时，生成了带有两个拉电基团 (磺酰基和羰基) 的高活性烯酮亚胺中间体。并依此发展了一组构筑 C-N 键和 C-O 键的新方法。. (3) 我们开展了使用铜催化的原位生成的烯酮亚胺中间体进行的新反应研究。发现了烯酮亚胺中间体作为反应物参与的一些新的重排反应，还发现了烯酮亚胺中间体生成对原始底物中末端炔烃或重氮化合物的活化作用。并依此发展了一组构筑 C-N 键和 C-O 键的新方法。. (4) 最后，我们对铜催化的芳基正离子生成反应和应用进行了探讨。利用芳基正离子与腈分子发生 N-芳基化反应得到高活性的腈正离子中间体。并依此发展了一组构筑 C-N 键和 C-O 键的新方法。