叠氮化合物的应用

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点击反应

一提到叠氮,我们除了因为它那“暴躁和不可琢磨的脾气”而心中一惊外,可能第一个想到的就是点击反应,然后自然联想到获得了两次诺贝尔化学奖的Sharpless教授。


1. 点击反应与Huisgen反应

点击反应是一类反应(可以查看此链接,了解点击反应的定义:“点击化学”到底是什么?),因此它不是人名反应。但作为点击化学中最为经典的CuAAC(Copper(I)-catalyzed Azide-Alkyne Cycloaddition, 铜催化叠氮-炔环加成)反应,其从反应形式上可看作是Cu(I)催化的Huisgen反应


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然而,尽管CuAAC反应的发现者Sharpless教授在论文题目中使用了“A Stepwise Huisgen Cycloaddition Process” 的表述,但因该反应与经典的Huisgen反应在机理和区域选择性上有很大不同,所以业内通常不把该反应称作Huisgen反应。


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2. CuAAC反应

概述:炔烃叠氮化合物在一价铜催化下通过环加成生成1,2,3-三氮唑


反应式:


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机理:在最初的CuAAC反应机理中,作者(Sharpless教授及其学生Fokin教授为共同通讯作者)提出了分步进行的、涉及单核铜的机理(下图左)。后面主要是Fokin教授课题组对该反应机理进行了更为深入的研究。作者通过理论计算并利用热流量热法对反应实时监测以及交叉实验等手段,找到了CuAAC反应中有双核铜中间体参与的直接证据,并对反应机理进行了改进(下图右)。


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3. Huisgen 反应 

概述:烯烃或炔烃1,3-偶极子通过环加成反应生成五元杂环化合物。


反应式:


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机理:与CuAAC反应机理不同的是,Huisgen反应是一个协同过程,类似于Diels-Alder反应。产物的区域选择性可根据前线轨道理论推测。


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Schmidt 重排

概述:叠氮醛基或羰基化合物反应脱除氮气可得到酰胺等含氮化合物。


反应式:


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机理:


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Curtius 重排

概述:酰基叠氮在加热条件下经过脱氮气/重排生成异氰酸酯, 随后与水反应可得到伯胺, 与胺反应可得到脲, 与醇反应可得到氨基甲酸酯。


反应式:


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机理:


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Staudinger 还原

概述: 叠氮反应脱除氮气后得到氮杂膦叶立德, 再与水反应得到胺


反应式:


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机理:


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Staudinger 连接

概述氮杂膦叶立德与酯反应生成酰胺


反应式:


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机理:


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aza-Wittig 反应

概述:与Staudinger反应类似, 叠氮反应生成氮杂膦叶立德, 进一步与羰基化合物反应得到亚胺


反应式:


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机理:


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