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铜催化合成氮杂环化合物
摘要
氮杂环化合物在医药、农药、化学品和有机电子材料等领域中有广泛的应用。传统的合成氮杂环化合物方法往往需要高温、高压或使用强酸、强碱等条件，而铜催化合成氮杂环化合物方法具有简单、高效、底气温和高选择性等优点。本文综述了铜催化合成氮杂环化合物的研究进展，重点介绍了铜催化活化氮源合成气氮杂环化合物、铜催化炔烃C-H官能团化合成氮杂环化合物和铜催化交叉偶联合成氮杂环化合物的研究进展和机理分析。
关键词：铜催化；氮杂环化合物；合成；机理分析
引言
氮杂环化合物是含氮杂环和碳杂环的一类有机化合物，具有广泛的应用价值，如手性试剂、氧化催化剂、抗病毒药、抗癌药、农药、工业染料、有机光电材料、天然产物和生物活性分子等。传统合成氮杂环化合物方法存在繁琐、耗能、低选择性、危险性大等问题，因此，寻求一种高效、可持续、绿色的合成方法变得越来越重要。
近年来，铜催化合成氮杂环化合物方法由于其简单、高效、绿色等特点，越来越受到研究者们的关注。铜是一种广泛存在的廉价金属，在有机合成中的应用是非常广泛的。铜催化合成氮杂环化合物方法主要有三种类型，包括催化活化氮源合成气氮杂环化合物、炔烃C-H官能团化合成氮杂环化合物和交叉偶联合成氮杂环化合物。
催化活化氮源合成气氮杂环化合物
催化活化氮源合成气氮杂环化合物是铜催化合成氮杂环化合物方法中的一种重要方式，常见的氮源有氨、卤素氨、硝基化合物和亚胺类等。气氮杂环化合物合成反应的机理通常可分为催化活化氮源、环状化合物中间体生成、中间体闭合、质子转移等步骤。具体反应以氨为氮源合成噻唑、吡咯、咪唑为例进行介绍（图1）。
图1催化活化氮源合成气氮杂环化合物反应机理
在铜催化活化氮源合成气氮杂环化合物的反应机理中，经过铜的催化活化后的氮源与C-H键形成一个新的氨基中间体，随后经历2H+1e-反应，生成环状化合物。最后通过卤硝酮中间体:于Proton的质子转移，合成出气氮杂环化合物。
铜催化炔烃C-H官能团化合成氮杂环化合物
铜催化炔烃C-H官能团化合成氮杂环化合物方法类似于烯烃的C-H官能团化反应，通常需要添加氧化剂辅助反应，铜的存在则是加快反应的速率。在炔烃的C-H官能团化反应中，是在炔碳上发生氢气脱除，而在下游发生各类羰基、烯烃、杂环的官能团化，其机理通常经历活化反应、中间体生成、中间体转移、环合成、质子转移等步骤。具体反应以咪唑为例进行介绍（图2）。
图2铜催化炔烃C-H官能团化合成氮杂环化合物反应机理
在铜催化炔烃C-H官能团化合成氮杂环化合物的反应机理中，炔基上的C-H键被激活后，经过一系列的中间体转移反应，生成相应的环状化合物。最终在不同反应条件下，生成各种氮杂环化合物。
铜催化交叉偶联合成氮杂环化合物
铜催化交叉偶联合成氮杂环化合物是一种新兴的合成方法，常用的交叉底物包括芳香烃、炔烃、卤代烷、卤代芳烃、芳香酮和酰亚胺类等。其反应分子中各自具有不同的反应活性并诱导选择性，通过有效的反应机理实现有效地转换和选择性的高效性。其中一个很典型的例子是铜催化芳烷和烯丙酮类底物合成吡啶类化合物（图3）。
图3铜催化交叉偶联合成氮杂环化合物反应机理
在铜催化交叉偶联反应中，铜催化C-H活化或有机金属偶联方法产生一个芳烷炔或烯烃类底物中间体，然后反应中间体与其它底物、卤素和亲电试剂反应加成，最后在过程中形成氮杂环化合物。
结论
铜催化合成氮杂环化合物是一种简单、环保、高效、高选择性的方法，将是一种有前途的绿色合成氮杂环化合物方法。为了进一步提高反应的高效性和选择性，在探索反应机理和合成新的铜催化活性有机物质将具有重要的意义。此外，更深入的探究铜催化合成氮杂环化合物反应机理应该也将是一个非常有价值的研究方向。