基于罗丹明或荧光素的有机自由基指示剂的设计与构建

Direct visualization of organic intermediates is a challenging subject. Indicators have provided a highly sensitive, convenient, accurate and rapid way for the identification of target objects. However, up to present, there has been no general indicator for the visualization of various of organic radicals. Meanwhile, as dyes Rhodamine or Fluorescein derivatives have the advantages of high sensitivity, excellent stability, low cost, and easily modulating the “off-on” of spiral ring by changing the electrons of the molecular. Also, derivatives of phenols, benzyl or nitrogen oxide possess the ability of fast trap of radicals sensitively. Base on this situation, this project will focus on the design and preparation of the Rhodamine or Fluorescein-based indicators with radical reactive sites. Then the ability and their mechanisms of these Rhodamine or Fluorescein-based indicators towards the indication of a wide range of radicals will be studied. On this basis, a general indicator for the indication of organic radical intermediates based on the change of colors or fluorescence will be obtained. And it will be used in the determination of mechanism for organic radical reactions, as well as the study of their general rules, and also the optimization of their reaction conditions. Eventually, this project will develop a radical indicator with high selectivity and low detection limit, being sensitive and generally applicable for different kinds of organic radicals. And it will provide a solution for the development of a general radical indicator in the future.

有机反应中间体的可视化是极具挑战性的课题。通过指示剂可灵敏简便、准确快捷地识别指示对象，然而目前尚无普遍适用于使多种有机自由基中间体实现可视化的自由基指示剂。本项目针对该现状，结合罗丹明或荧光素类染料灵敏度高、稳定性佳、成本低、并可通过分子电性的改变而调控螺环“关-开”从而发生显色反应的优点；以及酚类、苄基或氮氧基等结构具有可灵敏捕获自由基的特点；设计并合成将罗丹明或荧光素衍生物和自由基反应位点链接起来的自由基指示剂。考察结构不同的衍生物对各种有机自由基中间体及有机自由基反应发生显色反应的适用性及机理。由此获得能通过颜色变化或荧光变化来指示有机自由基存在的自由基指示剂，并应用于有机自由基反应机理的验证、反应规律的研究及条件的优化设计。最终建立一种具有较高选择性和较低检测限、灵敏的、普遍适用于指示多种有机自由基的指示剂，为将来最终实现建立一种通用的自由基指示剂作好铺垫。

自由基中间体的可视化为判断反应是否涉及自由基机理以及为监测反应提供简单明确的可视化方法，并可应用于自由基反应规律的研究及条件的优化设计。因此，通过结构优化设计，团队构建了一系列能在多种溶剂或者在深颜色反应体系中通过颜色变化或荧光变化来灵敏指示有机自由基的罗丹明酰胺类荧光探针，这些探针在已知的有机自由基反应体系中对自由基识别的可靠性得到了验证，实现了在多种复杂条件下灵敏指示活泼自由基的作用，为自由基参与的有机反应提供了一种简便且快速的检测方法。.在此基础上，根据探针研究自由基反应机理，并设计了一系列绿色的自由基反应：.通过无需过渡金属、设计光诱导下的自由基反应实现了多种C-杂键的统一还原及氘代反应，克服了传统方法大多需要昂贵的金属/催化剂/配体或者强酸/强碱/不稳定的中间体等苛刻条件的缺点。通过稳定易得的季铵盐突破了传统C-N键还原、氘代需要不稳定的重氮化盐、偶氮化物等不稳定中间体的缺点；只需要温和的弱碱即可突破了酚C-O键还原均需要过渡金属或碱金属的条件；突破了无过渡金属参与下卤素氘代反应难以实现的缺点。.实现了可见光诱导下、无需过渡金属参与邻二酮的裂解反应，并且对裂解后生成的羰基自由基的加成反应或者后续的还原反应进行了选择性的调控。首次实现了烯烃磷化物的氢化三氟甲基化反应，建立起无过渡金属参与，由可见光或紫外光诱导绿色合成含有三氟甲基的膦酸酯或磷氧化物的方法。首次通过脱羧Heck反应立体选择性地控制了多取代烯烃膦酸酯不对称合成。只需要温和的光诱导反应条件，无需过渡金属参与，即可实现芳环与邻二酮的酰化反应。也发展了通过C(sp3)—H键直接官能团化高效合成1-芳基烯基膦酸酯的方法；并对“无过渡金属参与下光诱导的偶联反应构建碳-杂键的研究进展”、“临床应用含磷药物结构特点的综述”这2个主题进行了综述。.上述研究成果相较于传统的方法从成本、操作简易性、环境友好性等方面均得到了大幅度地提升，有望进一步推广应用。