多齿NHC卡宾高价过渡金属配合物的合成及其催化性质研究

Flexible polydentate NHC carbene ligands can provide several coordination sites, they can regulate the catalytic and physiological activity by changing the coordination geometry of the metal center; the high valent transition metal complexes with metal-ligand multiple bonds are very important intermediates in many organic reactions and biological enzyme. How to stabilize such intermediates and get their direct information have been a problem in the field of coordination chemistry and bioinorganic chemistry. This project intends to design series of polydentate NHC carbene ligands with C3 symmetry and synthesize high valent transition metal complexes based on these ligands. The biological activity and environmentally relevant behaviour of these transition metal complexes are at the centre of the interest, which include the activation of small molecules such as oxygen, carbon dioxide and nitric oxide through the catalytic activity of metal complexes, as they also occur in nature. It is our goal to clarify the mechanistic details of these catalytic processes so that this knowledge can be used to tune and modify catalytic processes for environmentally improved processes and design of "green" biomimic catalysts.

构型灵活的多齿NHC卡宾配体能够提供多个配位点，通过改变配位金属中心的几何构型能调控相应配合物的催化及生理活性；同时具有金属-配体多重键的高价金属配合物是很多有机反应和生物酶作用中很重要的中间体，如何稳定地获得此类中间体的直接信息一直是一个难题。本项目拟通过设计合成系列带NHC卡宾的三齿配体来合成具有C3对称性的过渡金属配合物，利用配体的构型把金属中心稳定在特定的"口袋"状配位环境中；用常规的氧化还原、电化学氧化，光化学分解氧化等方法合成系列具有金属-配体多重键的三齿NHC卡宾高价金属配合物；基于动力学等测试方法对这些配合物小分子及原子转移反应的催化活性系统研究，总结得出相应的结构-性能关系，试图就如何调节高价态金属配合物的稳定性，如何光谱表征和扑捉重要催化反应中不太稳定的中间体等问题进行探索。此项研究对能在工业上应用的"绿色"仿生催化剂的设计及金属酶的小分子活化机理研究有重要意义。

氮杂环卡宾能与各种过渡金属中心以σ 键和反馈π 键的方式生成稳定的金属配合物而被广泛应用于催化领域，氮杂环卡宾配合物稳定性高、易衍生化的特点使其成为近些年来研究的热点。本项目针对氮杂环卡宾及金属配合物的特点，设计合成了一系列氮杂环卡宾及其配合物，研究了其抗癌活性和机理、催化活性以及在线粒体成像和硫醇检测方面的应用，主要内容包括：.1. 为了阐明配体和金属中心对氮杂环卡宾金属配合物抗癌活性和机理的影响，合成和表征了4 个具有抗癌活性的环芳类银(I)和金(I)氮杂环卡宾配合物。与顺铂相比，此类配合物对包括顺铂耐药性细胞在内的不同癌细胞具有更高的细胞毒性，同时对正常细胞LO2 的毒性低，其中金配合物比相应的银配合物的细胞毒性高。细胞内定位研究表明该类配合物都能靶向线粒体，特别是金配合物。尽管金和银配合物都能破坏线粒体的完整性，但是诱导细胞死亡的机理却不相同，其中银配合物主要诱导caspase 和ROS 非依赖的早期凋亡，而金配合物诱导caspase 和ROS 依赖的早期凋亡和晚期凋亡。.2. 为了研究高价金属氮杂环卡宾配合物的催化活性，合成和表征了系列的单核氮杂环卡宾化合物，研究了其在氧原子转移等反应上的应用。此类化合物主要是利用疏水空腔与芳香环底座的协同作用，使得它们相应高价配合物具有极强的催化活性。该工作为设计构建高效催化剂拓宽了思路。