过渡金属化合物参加的三元反应及其在生物活性筛选中的应用

Carborane derivatives have had a lot of important applications such as in materials, energy, defence and pharmaceutical, and the varity of applications is dependent on its chemical modification. So far the chemical modifications of carboranes have been focused on the C-H bonds since the selective B-H activation has been the synthetic challenge.Here we first proposed to realize selective B-H functionalization at carborane through transition-metal involved three-component reactions, including intromolecular metal-induced one-pot three-component reactions, intromolecular metal-induced stepwise and controllable three-component reactions as well as intermolecular metal-catalyzed three-component reactions. The latter is more simple and efficient. The aim to invent these new synthetic methods is to gain the compounds bearing one or more desired functional groups for the investigations in biology and medicine.For example, these specially designed compounds are used to help solve the targeting problems in BNCT drugs and drug-resistance in cancer treatment.

碳硼烷衍生物在耐高温材料、能源、国防、医药等领域有着重要的应用，而这些应用是由碳硼烷的化学修饰决定的，其中主要的修饰在碳原子上，因为碳硼烷众多化学环境相近的B位点的选择性修饰一直是合成的挑战。该申请首次提出通过过渡金属参加的三元反应体系来实现碳硼烷B-H键选择性功能化，包括过渡金属分子内诱导的一锅煮三元反应，过渡金属分子内诱导的分步可控的三元反应以及通过过渡金属催化（即分子间）实现碳硼烷的定位取代反应，后者为一条简单、实用、高效、绿色的途径。通过这些碳硼烷B-H键功能化新方法获得具有特定功能化基团或药效团的化合物用于生物学及医学的研究目的，如研究当前在BNCT（硼中子捕获疗法）抗癌药物研究中药物分子的靶向性问题，以及癌细胞的耐药性问题，将该类多功能化合物抑制癌细胞耐药性的研究扩展至更多的癌细胞及抗癌药物种类, 力争揭示抑制癌细胞耐药性机理。

碳硼烷衍生物在材料、能源、环境、医药等领域有着重要的应用，这些应用与碳硼烷的修饰化学密不可分。由于其B–H键极性小，酸性弱，硼位点取代的难度较大；由于多个化学性质相近B–H键存在，其选择性活化一直是合成的挑战。我们通过过渡金属诱导在室温实现了碳硼烷B-H键选择性活化，进而实现了碳硼烷B-H键的选择性功能。通过含碳硼烷不饱和金属有机化合物与炔烃、联烯、重氮、叠氮等有机小分子的三元反应实现了B(3,4,6)位点的选择性功能化，获得了一系列新型的碳硼烷功能化基团。也通过理论计算与实验手段相结合对金属诱导的B-H， C-H键活化机理，新型功能化基团的形成等做了详细研究，加深了对这类反应的认识。该项研究结果为拓展碳硼烷衍生物在抗癌药物、催化及功能材料方面的应用提供了有效合成方法。研究发现由此获得的碳硼烷衍生物显示了良好的体内、外抗癌及抗细菌的活性。. 利用碳硼烷的三维类芳香性、空间位阻以及B，C 取代位点不同所导致的推、拉电子的独特效应，将碳硼烷引入到各类发光分子，成功调控了经典的有机发光体系及Ir配合物发光体系的发光波长、 量子产率以及双光子吸收性质，并获得了高质量的细胞成像包括乏氧成像。利用寿命成像还可区别癌细胞和正常细胞以及凋亡细胞的不同阶段。为该类化合物在光电材料及生命领域的应用奠定了基础。. 首次在实验上发现了一种基于B–H键和芳环的B−H···π弱相互作用氢键。通过实验手段在室温下分别在固态及溶液中观测到了B−H···π氢键，并通过X-射线单晶衍射技术精确地测定了B−H···π氢键的键长和键角，通过量子化学计算揭示了B−H···π氢键的成键本质是静电作用。这一新型非共价弱相互作用的发现推动了X−H···π氢键和含硼化合物超分子化学的研究，为设计高生物亲和性的含硼药物分子提供了理论指导， 该成果发表在J. Am. Chem. Soc. 并被选为封面及亮点文章，同时被C&EN，Chemistry World, 国家自然科学基金委网站及英文期刊等报道及评论。