自由基脱羧和氟代反应研究

The combination of unique reactivities of free radicals with the versatility of transition metal catalysis provides an important direction for the development of green, efficient and sustainable synthetic methods. In this project, taking advantage of transition metal-involved single electron transfer processes, the silver-catalyzed decarboxylative functionalization (azidation, acylation, allylation, fluoroalkylation, etc.) of aliphatic acids and transition metal-catalyzed radical fluorination reactions (carbofluorination and sulfonylfluorination of unactivated alkenes, etc.) will be investigated. The mechanisms of radical fluorination will be elucidated and the enantioselective control of radical decarboxylation and fluorination reactions will be explored, New radical methodology will be developed and further applied into the synthesis of biologically active organic molecules and novel fluoro-containing functional materials, thus pushing forward the co-development of radical chemistry and organofluorine chemistry.

将自由基的独特反应性与过渡金属催化的多姿多彩的化学有机结合，是发展绿色、高效、可持续的合成方法的重要方向之一。本项目拟基于过渡金属参与的单电子转移氧化过程，开展银催化下脂肪酸的自由基脱羧官能团化反应（叠氮化、酰基化、烯丙基化、氟烷基化等）和过渡金属催化的自由基氟代反应（非活化烯烃的碳氟化、硫氟化等）研究，阐明自由基氟化反应机理，探索自由基脱羧和氟代反应的对映选择性控制，发展新型自由基反应方法学，并将其应用于具生物活性有机分子和新型含氟功能材料的合成中，从而推动自由基化学和有机氟化学的共同发展。

自由基的高反应活性和优秀的官能团兼容性使其在有机合成的价值日益凸显。本项目将自由基的独特反应性与过渡金属催化的多姿多彩的化学有机结合，围绕脱羧、氟化和氟烷基化反应，发展绿色、高效的新型自由基反应方法学，取得了如下主要研究成果：（1）首次实现了铜介导下卤代烷烃的三氟甲基化反应和烷基羧酸的脱羧三氟甲基化反应，提出“铜促进三氟甲基基团迁移”这一新概念，由此开辟了烷基自由基的三氟甲基化这一新研究方向。在此基础上，成功实现了铜催化下惰性sp3 C-H键三氟甲基化、烯烃的胺三氟甲基化及碳三氟甲基化等反应。（2）依据我们提出的“银促进氟原子转移”自由基机理，发展了非活化烯烃的碳氟化反应；实现了银催化下聚（甲基）丙烯酸的可控脱羧氟代反应，为含氟共聚物的合成提供了一个崭新的方法。发展了室温下叔碳溴化物的选择性氟代反应。与此同时，首次以廉价氟负离子为氟源，实现了铜参与/催化下非活化烯烃的碳氟化反应，并提出“铜促进氟原子转移”这一新机理。（3）发展了一系列银催化的烷基羧酸的脱羧官能团化反应（叠氮化、烯丙基化、溴化等）。以β-酮酸为原料，发展了一系列不对称脱羧官能团化反应。此外，首次实现了铜/可见光共催化下的脱羧砜基化反应，并应用于抗前列腺癌药物bicalutamide A的全合成中。. 通过该项目的实施，已发表学术论文64篇；申请发明专利6项，授权发明专利2项；组织撰写英文学术专著上下2册，参加撰写学术专著3章节。培养博士毕业生20名、硕士毕业生12名。马军安荣获2018年度“中国化学会黄维垣氟化学奖”。李超忠入选2019年度科技部重点领域创新团队负责人。此外，李超忠作为大会主席成功举办了第十二届国际自由基化学会议（2016年10月9-14日，上海）。发起并参与组织了中国化学会全国有机自由基化学会议，并担任大会主席（第一届：2017年11月2-3日，苏州大学；第二届：2019年4月12-14日，南方科技大学）。