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过渡金属Cu(I)催化合成三取代三氮唑及2H-氮杂丙烯啶开环,因广泛地被应用在各类合成化学而备受瞩目。然而目前Cu(I)对这两类催化反应的机理的认知尚未明确,本文采用密度泛函理论(DFT)计算研究了 Cu(I)催化叠氮,端炔和2H-氮杂丙烯啶合成1,4-取代5-烯胺-1,2,3-三氮唑的机理。通过筛选计算方法和基组,获得了双铜氮宾和“中断”点击反应两条反应路径。通过优化反应路径中所涉及的各种可能的中间体和过渡态,比较了两种路径反应的能量变化。通过对反应中间体的键级,电荷分析,分子内弱相互作用,柔性力常数,键度,成键临界点和成环临界点等的分析,得出双Cu(I)参与的“中断”点击催化过程的势垒更低。主要的研究结果和结论如下:(1)采用B3LYP和M06-L密度泛函方法对已捕获的乙炔双铜和1,4-取代5-双铜-1,2,3-三氮唑两类关键中间体进行优化,计算构型参数与实验对比,确定了Cu(I)选择赝势基组Lan12TZ+,端炔活泼氢原子选择6-31G*基组,其他原子为6-31+G*基组。引入色散力校正,M06-L和B3LYP对非金属键和非配位键结构参数的计算与实验的值吻合得较好,而金属键和配位键,M06-L方法与实验值更接近。(2)“中断”点击反应机理的计算表明,双金属Cu(I)活化甲基乙炔至铜乙炔比单金属反应势垒更低。一方面,双铜与甲基乙炔的πC2-C3的配位能力比单铜更强,使得末端炔C-H的共价作用变弱;另一方面,整个反应的决速步为5-双铜(I)-1,2,3-三氮唑至5-单铜(I)-1,2,3-三氮唑的反应,势垒高达19 kcal/mol。这解释了反应中无CuAAC产物。计算进一步表明,配位能力较强的配体会降低该过程反应势垒,与主反应形成竞争。(3)双铜氮宾反应机理的计算表明,双金属Cu(I)催化2HH-氮杂丙烯啶至铜氮宾比单金属催化过程的势垒更低。波函数分析表明单金属Cu(I)配位使2H-氮杂丙烯啶三元环的稳定性增强反而不利开环,而双金属Cu(Ⅰ)配位使2H-氮杂丙烯啶三元环的稳定性降低有利于开环。末端炔C-H键的活化中,铜氮宾由双铜转变为单铜,它是一种强路易斯碱能起到固定活泼氢的作用,我们认为这是反应中没有CuAAC产物的另一原因。铜杂六元环中间体通过缩环反应至1,2,3-三氮唑是一个无垒过程。2H-氮杂丙烯啶开环产物有助于降低5-双铜-1,2,3-三氮唑至5-单铜-1,2,3-三氮唑的势垒。