基于少氟烷基亚磺酸盐的含氟化合物选择性合成研究

This project is proposed on the base of the successful synthesis of several lightly fluorinated alkanesulfinate salts that are stable enough for isolation and further operation, which has been achieved by the applicant in his preliminary research via (sulfinato)difluoromethylation method. This project aims at the systematical investigation on the synthesis and transformation of an array of fluorinated alkanesulfinate salts, particularly the functionalized ones. Fluoroalkylation with fluorinated alkanesulfinate salts, which is usually carried out under mild conditions with good functional group tolerance, not only can introduce a fluorinated carbon-chain into the target molecules, but also provides the opportunity to appending a transformable functional group to the target molecule, thus enabling its further engineering. However，there are still limitations on the preparation of the functionalized fluorinated sulfinates. Therefore, the ongoing research will focus on the development of new methods for the easy obtaining of a variety of functionalized sulfinates, and the reaction with these sulfinates to construct structure-diverse fluorinated molecules. Because the fluoroalkylation with fluorinated alkanesulfinate salts proceeds via radical mechanism, the effect of fluorine substitution and other substituents on the reactivity of fluoroalkyl radical will be studied by changing the number of fluorine atoms and substituents other than fluorine on the alkyl. Importantly, the synthetic methods developed in this project are expected to be useful in modifying functionalized materials and biomolecules.

本研究项目的提出是基于申请人对少氟亚磺酸盐研究的一些原创性工作，意在建立一个比较完整的少氟亚磺酸盐研究体系，系统研究少氟亚磺酸盐这一含氟化合合成中的新型中间体的制备及其各种转化。利用α-少氟代亚磺酸盐的氟烷基化，一般条件比较温和，不仅可以向分子中引入一个少氟烷基，更重要的是还可以引入一些官能团，从而可以进一步对分子进行修饰。因此，在研究过程中，将发展制备官能化少氟亚磺酸盐的新方法，使其变得更为易得；并且借助少氟烷基亚磺酸盐这一新型中间体所参与的少氟烷基化反应及其它转化，合成结构多变的含氟分子，丰富含氟化合物的合成方法。在研究中还通过比较氟效应以及取代基效应对氟烷基化反应的影响，从反应角度加深对氟烷基自由基性质的理解。本项目所发展的合成方法对修饰一些功能材料以及生物活性物质具有重要参考价值。

α-少氟代亚磺酸盐不但是氟烷基自由基前体，还可以用作氟烷基砜和氟烷基硫醚的合成。在本项目开始之前，关于少氟亚磺酸盐在含氟化合物合成中应用的报道很少，其中一个重要的原因就是少氟亚磺酸盐不易得。另一方面，尽管全氟烷基亚磺酸盐化学已经非常成熟，但是已知的少氟亚磺酸盐参与的有机氟化学反应非常有限，因此发展少氟亚磺酸盐化学对探索氟原子取代数渐变对含氟亚磺酸盐反应性质的影响具有重要意义。.本项目围绕少氟亚磺酸盐的制备与反应，取得了以下四方面的成果：一是实现了少氟亚磺酸盐的便捷制备。本项目利用氟烷基2-苯并噻唑基砜，在NaBH4这种温和的还原剂作用下，首次以百克以上规模高效制得了二氟甲基亚磺酸钠、二氟苄基亚磺酸钠、一氟甲基亚磺酸钠三种亚磺酸盐，实现了HCF2SO2Na、H2CFSO2Na和制备亚磺酸盐的前体BTSO2CF2H在百灵威等试剂公司的商品化，促进了相关化学的研究。二是实现了以少氟亚磺酸盐为试剂或者反应中间体的几种有机氟化学反应，包括对烯烃的二氟甲基化-芳基迁移反应，对烯烃的氧化苯磺酰基二氟甲基化反应，对羰基化合物的亲核一碘二氟烷基化反应，以及对充氮化合物的氟烷基磺酰化反应，发现氟效应对氟烷基化和氟磺酰基化具有相反的影响。三是首次将制备少氟亚磺酸盐的前体——氟烷基砜开发成了新的自由基氟烷基化试剂。与已知的自由基氟烷基化方法相比较，该方法不仅氟烷基砜试剂易得，操作简单，而且氟烷基可以灵活多变，适用于多种不同自由基氟烷基化反应。四是实现了少氟亚磺酸盐类似物的有机氟化学研究。首次实现了端烯单氟烯烃的高立体选择性合成少氟磺酰胺的高立体选择性合成，开发了新型三氟甲氧基化方法和试剂。.本项目共计发表SCI 论文20篇（均标注本项目编号），包括4篇Angew. Chem.（共同通讯作者两篇）和2 篇JACS论文，项目负责人以第一作者在Chem. Soc. Rev.上发表1篇综述论文。本项目申请国家发明专利2 项。本项目协助培养博士研究生3名。项目负责人在2016年获得了“上海市青年科技启明星”称号。