
氯化亚铜作为廉价低毒、易储存的一价铜催化剂,可高效催化叠氮化物与端炔发生CuAAC点击反应构建1,4-取代-1,2,3-三唑骨架,相较于碘化亚铜、铜粉等催化体系,其水溶性适中、催化条件温和,无需严苛无水无氧环境,对各类含取代叠氮、端炔底物具备宽泛兼容性,同时受空间位阻、电子效应、敏感官能团制约存在明显底物限制,分炔类底物、叠氮底物、特殊官能团底物与不适配底物四类展开论述。
端炔是核心反应底物,氯化亚铜对烷基端炔、芳基端炔、杂环端炔均具备良好催化活性。短链烷基端炔如丙炔、丁炔、炔丙醇、炔丙胺反应活性优异,碳链延长至十二烷基长链脂肪炔依旧可高效转化,长烷基疏水链不会干扰铜离子配位循环;带有羟基、酯基、醚键的脂肪端炔兼容性突出,炔丙酯、炔丙醚可在常温短时间内完成环合,三唑收率稳定。芳基端炔覆盖苯环各类取代衍生物,苯环连给电子甲基、甲氧基时,炔基电子云密度提升,反应速率加快;连吸电子氰基、硝基、卤素的芳炔虽活性略有下降,延长反应时间仍能获得高收率,卤素、氰基不会与氯化亚铜发生副反应,可完整保留在产物结构中。杂环端炔包含吡啶、呋喃、噻吩、吲哚炔衍生物,杂环氮、硫原子仅微弱配位催化剂,不阻断催化循环,适合含氮杂环药物中间体合成。
位阻较大的炔基底物存在活性衰减现象,邻位双取代苯乙炔、叔丁基乙炔空间位阻显著,炔基难以与氯化亚铜形成炔铜活性中间体,转化效率大幅降低,需要提高催化剂用量并升温促进反应;内炔无末端氢,无法生成炔铜中间体,完全不能参与反应,是炔类底物硬性限制。
有机叠氮底物适配范围同样广阔,烷基叠氮、苄基叠氮、芳基叠氮均可顺利参与环加成。脂肪叠氮包含甲基叠氮、卤代烷基叠氮、羟基烷基叠氮,多官能团烷基叠氮中酯、酰胺、醚结构稳定,不会发生叠氮分解副反应;苄基叠氮苯环连吸、给电子取代基均耐受,苄位卤素、羰基不干扰反应。芳基叠氮受电子效应影响明显,苯环连强吸电子硝基、三氟甲基会提升叠氮亲电活性,反应速率更快;烷基磺酰叠氮、酰基叠氮也可适配,用于制备磺酰胺、酰胺取代三唑功能分子。
大位阻多取代芳基叠氮、叔烷基叠氮反应难度上升,庞大取代基阻碍叠氮与炔铜中间体靠近,易产生微量还原脱叠氮副产物;无机叠氮化钠单独使用无法直接反应,必须先与卤代烃原位生成有机叠氮才能参与催化循环。
体系中多数敏感功能性官能团可在氯化亚铜催化体系稳定存在,体现出优良化学选择性。羟基、羧基、酰胺、氨基、酮羰基、缩醛、硅醚等基团不会发生竞争性配位,反应后官能团完整保留,适配多肽、糖类、聚合物修饰等复杂分子合成。卤原子氯、溴、氟不与亚铜发生偶联副反应,可用于卤代三唑药物中间体;硼酸、硼酸酯类底物兼容,便于后续Suzuki偶联衍生化;弱酸性酚羟基经弱碱缓冲后不干扰催化,拓展天然酚类衍生物修饰场景。水溶性底物如氨基酸叠氮、糖类炔丙衍生物,氯化亚铜在水-有机溶剂混合体系仍保持催化活性,适配生物正交合成,这是多数有机铜盐不具备的优势。
部分底物与官能团会彻底抑制氯化亚铜催化循环,属于不适配底物。强还原性基团巯基、硫醇会还原一价铜至零价铜,催化剂失活并生成黑色铜硫化物沉淀,无法得到目标三唑;过量伯胺、仲胺会强配位氯化亚铜,占据催化活性位点阻断炔铜生成;强氧化剂如过氧化物、重氮盐会氧化Cu(I)为无催化活性Cu(II),终止反应。含游离重金属离子底物会破坏催化体系,三价铁、银离子易引发氧化或沉淀副反应。共轭多炔底物易发生自身低聚副反应,生成炔烃聚合物,大幅降低三唑收率。
氯化亚铜催化CuAAC反应适配绝大多数脂肪、芳香、杂环端炔与有机叠氮,耐受羟基、酯、酰胺、卤素、硼酸等常见合成官能团,水相兼容优势适配生物分子修饰;仅对内炔、高位阻叔烷基底物、含巯基强配位胺类、氧化性底物存在明显限制。通过微调碱度、催化剂添加量与反应温度,可小幅拓宽高位阻底物适用边界,使其成为低成本工业化制备各类1,4-二取代1,2,3-三唑的主流催化体系。
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