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【青年编委专辑】大连理工大学宋汪泽等:1,4,5-三取代-1,2,3-三氮唑的合成研究进展

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背景介绍


1,4,5-三取代-1,2,3-三氮唑作为一类兼具芳香性与生物活性的含氮五元杂环化合物,因其优异的化学稳定性、耐酸碱性以及显著的抗代谢降解能力,在药物合成、高分子化学及功能材料领域备受关注。标题化合物不仅展现出抗病毒、抗菌和抗肿瘤等多样化生物活性,还具有3个反应位点(1,4,5位)的可修饰性,为结构优化提供了广阔空间。然而,传统合成方法往往用来制备单取代或二取代三氮唑,如何实现三取代三氮唑的结构调控并实现优异的区域选择性,是三氮唑合成领域的挑战之一。从内炔和端炔两类炔烃原料出发,系统综述了1,4,5-三取代-1,2,3-三氮唑的合成策略。在环加成反应中,铜催化的叠氮-炔烃环加成反应(CuAAC)因其快速动力学、高区域选择性和广泛的底物适用性成为研究焦点。


文章亮点

1. 系统梳理了三取代三氮唑的合成方法学研究进展;

2. 提出未来的研究应聚焦于开发新颖催化体系、精准调控反应选择性以及拓展底物适用范围等,以满足药物研发与材料科学的多元化需求。


内容介绍

1  通过内炔合成标题化合物

1.1 铜催化通过内炔合成标题化合物

     2007年,荷兰拉德堡德大学Rutjes课题组[9]报道了首例铜催化内炔与叠氮的[3+2]环加成反应(图5)。采用溴代丙炔酸甲酯(14)和对硝基苄基叠氮(15),以高产率和高区域选择性的方式合成了5-溴代-1,2,3-三氮唑(16)。

      2009年,美国斯克利普斯研究所Fokin[10]采用碘化亚铜催化有机叠氮化合物(21)与1-碘代内炔(20)发生CuAAC反应,在反应中加入了2 equiv的三乙胺作为配体,以四氢呋喃为溶剂,室温条件下反应6 h,以高产率(93%)得到5-碘代-1,2,3-三氮唑(22)(图6)。

      2017年,郑州大学Chang[12]3-溴炔丙酸乙酯(26)和β-脱氧核糖基叠氮(27)出发,以良好的收率(60%)制备了相应的5-溴代-1,2,3-三氮唑(28),该化合物是一种具有抗病毒、抗肿瘤活性的氮杂贝壳杉烷类似物(图8)。

      2019年,新加坡材料工程研究所Beer[13]报道,将碘化亚铜替换为六氟磷酸四乙腈铜,可将CuAAC反应用于构建大环烷烃类复杂结构(图9)。


1.2 其他过渡金属催化通过内炔合成1,4,5-三取代-1,2,3-三氮唑

1.2.1  钌催化叠氮-炔烃环加成反应

      2005年,由香港科技大学贾国成和美国斯克利普斯研究所Fokin[20]报道使用过渡金属钌催化内炔合成三氮唑,即钌催化叠氮-炔烃环加成反应(Ruthenium-catalyzed Azide Alkyne Cycloaddition, 简称RuAAC),如图13所示。

1.2.2  铱催化叠氮-炔烃环加成反应

      2013年,法国原子能委员会Taran课题组[24]中,首次报道了铱催化的1-溴代内炔与叠氮化合物的环加成反应,高区域选择性地合成了4-溴代-1,4,5-三取代-1,2,3-三氮唑,即铱催化叠氮-炔烃环加成反应(Iridium-catalyzed Azide Alkyne Cycloaddtion,简称IrAAC)。 

2 通过端炔合成1,4,5-三取代-1,2,3-三氮唑

2.1  通过端炔合成5-卤代-1,2,3-三氮唑

      2005年,中国科学院上海有机化学研究所Wu课题组[32]报道了通过引入亲电试剂制备5-碘代三氮唑化合物(95的方法(图22)。

2.2  通过端炔合成5-烃基取代-1,2,3-三氮唑

      2006年,美国斯克利普斯研究所Fokin[37]报道了端炔与磺酰基叠氮发生的CuAAC反应,生成的5--三氮唑中间体可以被烯丙基碘捕获,生成5-烯丙基-1,2,3-三氮唑(图26)。

2.3  通过端炔合成5-杂原子-1,2,3-三氮唑

      2016年,山东大学Xu课题组[43]通过中断点击反应策略,以硫代磺酸酯或苯甲酰二苄基羟胺作为亲电试剂,通过与5-铜三氮唑中间体反应,制备5-位硫原子或氮原子取代的标题化合物(图31)。

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3  结论

     发展1,4,5-三取代-1,2,3-三氮唑类化合物的合成新方法在有机合成化学、药物化学以及功能高分子材料科学等领域具有重要的理论意义和应用价值。近年来,基于内炔和端炔的合成策略,特别是对铜催化叠氮-炔烃环加成反应(CuAAC)的进一步研究,为高效构筑这类具有生物活性的杂环化合物提供了合成工具。随着研究的深入,该领域未来的发展方向将聚焦于新型催化体系的开发、反应选择性的精准调控以及拓展底物适用范围,以满足药物研发、材料科学等领域的多样化需求。同时,深入探究新型反应机理,开发绿色合成工艺等也是该领域的重要研究方向之一。




青年编委介绍

宋汪泽,大连理工大学化学学院教授、博士生导师。入选“国家高层次留学人才回国资助”、“辽宁省百千万人才工程”等人才计划,荣获“首届大连市青年科技工作者创新争先大赛一等奖”、IAAM Scientist Medal等,现已在Nat. Commun.; J. Am. Chem. Soc.; Angew. Chem. Int. Ed.; CCS Chem.; Sci. China Chem.; Green Chem.; Chin. Chem. Lett.等杂志发表论文100余篇,获授权专利20余项。

研究领域

合成化学:精准合成,合成方法学研究;医药化学:医药中间体合成,医工交叉研究

近五年代表作

1.Ming Li, Xuelun Duan, Yu Jiang, Xinhao Sun, Xiang Xu, Junnan He, Yubin Zheng, Wangze Song and Nan Zheng.CCS Chem., 2022, DOI: 10.31635/ccschem.021.202101655.
2.Nan Zheng, He Gao, Zihui Jiang, Wangze Song. Multicomponent polymerization of sulfur, chloroform and diamine toward polythiourea. Sci. China Chem., 2023, DOI: 10.1007/s11426-022-1483-8.
3.Duan X , Zheng N , Li M ,G LiuX SunQ WuW Song.Copper-catalyzed Z-selective synthesis of acrylamides and polyacrylamides via alkylidene ketenimines.Nature Communications, 2022, 13.DOI:10.1038/s41467-022-32082-w.
4.Ming Li, Ming Li, Xuelun Duan, Yu Jiang,Xinhao Sun, Xiang Xu, Yubin Zheng, Wangze Song, Nan Zheng.Multicomponent Polymerization of Azides, Alkynes, and Electrophiles toward 1,4,5-Trisubstituted Polytriazoles. 2022.DOI:10.1021/acs.macromol.2c00966.