硼簇阴离子的合成及应用

The project presented in this proposal focuses on the advancement of the chemistry of a family of boron cluster compounds with high potential for future applications. Boron-based cage anions with the CB11 and B12 core are inorganic/organic hybrid molecules which possess unique steric and electronic properties that differentiate them from common metal complexes and organic molecules. Publications from the recent literature have demonstrated their utility as weakly coordinating anions, in fluorescence/phosphorescence applications, materials science and medicinal chemistry and thus are also of expected commercial importance...Currently there are significant limitations in terms of the preparation of anionic boron clusters. The goal of our proposal is to develop innovative and convenient methods for the selective synthesis of anionic boron cage compounds. Four projects are presented. The first project focuses on novel procedures based on catalytic B–H activation and leads to substituted compounds with a wide range of functional groups. The second project affords novel fused heterocycles based on a combination of 3D aromatic clusters and 2D aromatic organic ring systems. The last two projects involve the synthesis of novel anionic boron clusters and their applications in the fields of materials science and biosensors.

本课题主要集中于研究和发展具有广阔前景的笼状物化学。含有CB11和B12核的硼烷笼状阴离子是一类有机/无机杂化分子，其独特的立体化学和电荷性质使得它们与传统的金属配合物及有机分子显著不同。 最新文献报道以及我们的研究表明，它们在弱配位阴离子、荧光/磷光应用、材料化学和药物化学等领域贡献巨大，因此也具有一定经济意义。.目前笼状（碳）硼烷阴离子化合物在合成上还有诸多限制。我们研究的目标是为笼状（碳）硼烷阴离子类化合物的选择性合成发展创新的、便捷的方法学。为此我们设计了四个课题。第一个课题是发展催化循环的B-H键活化，并且把它们用于合成一系列官能团取代的（碳）硼烷衍生化合物。第二个课题的关注点在于将3D的笼状阴离子与2D芳香体系相结合，合成特殊的杂环化合物。最后两个项目致力于一类新型阴离子硼簇化合物的合成，和这些新化合物理化性质的研究，并最终开展其在材料科学和生物传感领域的应用研究。

在这个项目中，我们专注于硼笼化合物的基本反应性和应用。具体而言，我们研究了簇[CB11H12]-和[B12H12]2-。目标是开发基于B-H活化的新方法，从而产生具有广泛官能团的取代簇。 该项目产生了13篇期刊文章和2篇书籍章节。在这些出版物中，我们实现了： 1） 成功合成脱质子化的锂和锌配合物[CB11H12]-；2） 使用铑和铱催化，通过B-H活化控制两个簇的B-H活化和B-C键形成；3） [CB11H12]的Sonogashira偶联及其产物在铜络合物形成中的应用；4） 基于[B12H12]2-的新型抗生素的开发；5） 使用[B12H12]2合成金属有机框架（MOFs），以及MOFs在气体分离中的应用；6） B-H活化过程的计算研究。所有这些成果对于硼笼化合物的应用进展都非常重要。