双核或多核铜配合物催化的碳-杂原子键的生成反应研究及其在有机合成中的应用

基于炔-铜双核配合物是 Sharpless-Meldal 环加成点击反应的中间体并对反应有显著促进作用的发现，我们将合成和筛选一系列双核和多核铜配合物作为Sharpless-Meldal 环加成点击反应的催化剂。我们希望这些配合物作为双核 Cu-Cu 单元模版，直接与底物结合生成所需要的炔-铜双核配合物中间体，达到提高催化效率的目的。预实验结果还显示，部分双核配合物也是 Buchwald-Hartwig 胺化反应的高效催化剂。.我们将通过设计适当的催化反应来了解这些配合物的催化行为，力求理解配合物结构与催化活性之间的关系。进而，我们还希望通过合成合适的配体，尝试对双核 Cu-Cu 物种的催化能力进行有效地调控，使其具有理想的化学、区域和立体选择性。.最后，我们还将尝试将发现的高效双核和多核铜配合物催化剂在更广泛底物的 C-N 和 C-O 键的生成反应中得到应用。

在该完成的项目中，我们主要研究了双核和多核铜配合物在 Sharpless-Meldal 环加成反应 (CuAAC 反应) 和铜催化的 N- 和 O-芳基化反应中作为反应物、反应中间体或者反应催化剂所表现出来的新颖性质和应用。主要获得了三项主要研究成果。.1. 发现和建立了双核和多核羧酸亚铜催化的有机叠氮与末端炔烃之间的环加成反应。由于羧酸亚铜是一类较强的共轭碱，因此可以在没有外加碱试剂的条件下高效地形成炔–铜盐。在此过程中释放出来的羧酸不仅能够防止炔–铜盐的高聚，又能够加速 Cu-C 键中间体的质子化。因此，羧酸亚铜是目前 CuAAC 反应催化体系中唯一一类对催化循环中三个重要反应步骤具有正向影响的催化剂。最后，我们建立了第一个羧酸促进的 CuAAC 反应并阐明其反应机理,使那些带有强拉电子取代基的末端炔烃和叠氮均可用作合适的底物。.2. 发现和建立了炔–铜双核配合物参与的串联反应制备 1,4,5-三取代 1,2,3-三氮唑类化合物的新方法。炔–铜双核配合物的制备、分离和储存比许多其它金属化合物容易很多。但是，由于它们属于化学反应性异常稳定的高聚物而不能够得到广泛的应用。因此，它们只能够在剧烈条件下发生 Castro-Stephens 反应。我们发现：这类化合物可以在温和条件下与有机叠氮发生环加成反应生成 5-铜取代的 1,2,3-三氮唑中间体。在合适的亲电试剂的存在下，该中间体被捕捉后即可得到难以制备的 1,4,5-三取代-1,2,3-三氮唑类化合物。该方法提供了一个稀少的范例：使用金属有机化合物底物进行串联反应时，M-C 键不参与第一步反应而能够得到保留。.3. 发现和建立了铜催化的氨基酚的化学和区域选择性 N- 和 O-芳基化反应。氨基酚本身属于双齿螯合配体，它们非常容易与铜离子形成氨基酚–铜配合物。由于 Cu-N 键和 Cu-O 键的形成是铜催化的 N- 和 O-芳基化反应的关键步骤，因此它们的反应将变得非常容易。我们建立了在无配体和温和条件下制备非对称三芳胺的方法，第一次实现了使用芳基硼酸作为芳基化试剂合成三芳胺的合成。最后，我们发展了一种使用氨基酚为原料，通过连续三次 N-、N-、O-芳基化反应得到在光电材料研究有重要应用的 N-芳基酚嗪类化合物的合成新路线。