铜配合物催化的硅自由基诱导的惰性C-F键官能化研究

Due to the strong bond energy of inert C(sp3)-F bonds, the catalytic transformation of C-F bonds is of great importance to contemporary organic synthesis, green chemistry and environmental protection. This research proposal focuses on copper-complex catalyzed, silyl radical induced inert C-F bond functionalization. This radical C-F bond functionalization strategy paves the way to realize the selective defluorinative C-C cross-coupling of organofluorine compounds that contain trifluoromethyl groups and difluoromethyl groups as well as perfluoroarenes and thus concisely construct a series of structurally diverse and synthetically valuable molecules containing fluorine atoms. We will explore the effect of copper-complex on the catalytic activity, reaction type, reaction selectivity and reaction effiency by changing the electronic effect, conjugation effect and steric effect of ligands. In addition, EPR experiments and theoretical calculations will be dedicated to the deep study of the mechanisms. We will also pay our attention to the preparation of chiral ligands and explore the new method for copper-catalyzed asymmetric radical C-F bond functionalization.

惰性C(sp3)-F键拥有非常高的键能，实现C-F键的催化转换对现代有机合成、绿色化学和环境保护都能产生重要的意义和深远的影响。本课题拟研究一系列铜配合物催化的基于硅自由基诱导的惰性C-F键官能化。该自由基C-F键官能化策略可以实现含氟有机化合物，如含三氟甲基、二氟甲基以及多氟芳烃的高选择性去氟碳碳偶联，巧妙构建一系列结构多样的具有合成价值的含氟小分子砌块。通过改变配体的电子效应、共轭效应以及立体效应来探索铜配合物的结构对催化活性、自由基反应类型、自由基反应选择性和自由基反应速率的影响，并结合EPR自由基捕捉技术和理论计算等对自由基C-F键官能化机理进行深入研究。同时，我们还将合成二齿和双功能的手性配体，探索手性铜配合物对自由基反应的对映选择性调控，发展铜催化的不对称C-F键官能化新方法。

有机氟化物在医药工业中有非常重要的应用。氟原子的引入常常导致有机化合物产生独特的物理、化学性质和生理活性，因而在许多前沿技术和重大工业项目及医药、农药和催化工业中都对含氟化合物进行广泛而深入的研究和应用。值得一提的是，目前每年上市的新药中，大约有15-20%都是有机含氟化合物。.近年来，化学家们主要从两方面着手发展含氟化合物的构建新方法。一是通过发展一系列新颖的氟试剂完成高选择性的氟化和氟烷基化反应；另一方面是发展高效、温和、高选择性的C-F键活化新方法，继而实现对廉价易得的多氟化合物的修饰转化。我们主要精力集中在小分子化合物选择性引入含氟基团。我们首次报道了光氧化还原催化和有机小分子协同催化的叔烷基醚的选择性硫三氟甲基化和氟化反应，同时我们还利用光氧化还原的自由基策略，实现了苄位选择性的硫三氟甲基化以及不饱和键的氟烷基化反应。.除了在廉价过渡金属铜催化领域进行探索，我们也首次对前廉价过渡金属锰进行催化性能探索，锰是地壳中含量第三的过渡金属元素，因其廉价和低毒的特点近年来在过渡金属催化领域颇受关注。我们成功开发出了二聚锰和硼酸的转金属作用新机制，实现了对不饱和键的氢官能化反应，同时我们也创新性的开发了配体调节锰催化化学选择性的新模式。.另外，我们也对后过渡金属金的催化性能进行探索，如：联芳基是许多化合物的结构基元,联芳基的构建已经成为现代有机合成中不可缺少的重要部分,在医药、有机材料以及农业化学品的各种合成实践中有着重要意义。我们课题组实现了双核金催化下双芳基的偶联以及金银协同催化下多氟联芳烃的偶联反应。.羧酸是一类便宜的大宗化学品，我们利用可见光催化的三苯基膦阳离子自由基协同芳香羧酸直接脱氧活化新机制，首次实现了对芳香羧酸直接的脱氧官能化反应。最后，在光氧化还原催化下，我们实现了不饱和键的氢官能化反应和C-H键直接的官能化反应。