可见光催化α-三氟甲基烯烃的C-F键活化-烷基化反应研究

Organofluorine compounds have remarkably important applications in pharmaceuticals, agrochemicals, and materials sciences. In particular, the introduction of a difluoromethylene (CF2) group may often lead to great changes in the chemical and biological properties of a molecule. Recently, selective C-F bond activation of poly- or perfluorinated compounds has drawn particular attention in organoflurine chemistry. Particularly, selective C-F transformation of the trifluoromethyl group would be a straight and complementary way to construct the difluorinated compounds. In this project, we will focus on the development of new, catalytic methods for the alkylation of α-trifluoromethylated alkenes via C-F bonds activation by merging visible-light photoredox catalysis and organocatalysis. We will take advantage of readily available, abundant alkyl carboxylic acids, and alkyl C-H bonds to construct a wide range of functionalized gem-difluoroalkylated alkenes in this new synergistic catalytic protocol. Further application of this methodology in the synthesis of complex biologically active molecules will also be explored.

由于氟原子的独特性质，含氟有机化合物在医药、农药和材料领域具有广泛而重要的应用。二氟亚甲基在药物以及生物活性分子的设计中常常作为氧原子、羰基等的电子等排体，是一类重要的含氟基团，其合成一直是有机氟化学关注的热点课题。近年来，利用易得的多氟或者全氟有机化合物，通过C-F键官能团化来构建复杂的、高附加值的含氟有机化合物备受关注。其中，三氟甲基的选择性C-F键活化可以直接构建相应的二氟亚甲基砌块，但是由于C-F键的强键能，如何实现温和条件下的高选择性转化面临挑战。本项目旨在发展新型的有机小分子催化与可见光催化的协同催化体系，实现烷基羧酸、烷基氟硼酸盐、烷基C-H键与α-三氟甲基烯烃的C-F键活化烷基化反应，建立一系列烷基取代的二氟亚甲基烯烃的高效合成方法，并将该方法用于活性药物分子的全合成中。

含氟有机化合物具有独特的物理、化学性质，在医药、农药和材料等领域应用广泛。利用常见的多氟或全氟有机化合物，通过C-F键的活化来构筑高附加值的含氟有机化合物具有很高的应用价值。可见光催化方法学以其低能耗、低污染和原子经济性高等特点而备受关注。本项目的研究内容主要包含以下四个部分：（1）利用项目计划中类似的可见光协同催化活化模式，实现了多氟芳烃与芳基卤代物的交叉偶联反应，合成了一系列多氟取代的联苯类化合物；（2）通过光引发的自由基串联机理，结合镍催化在自由基偶联反应上的优势，发展了基于炔烃、烯烃双官能团化的系列反应；（3）以TMSCF2H为二氟甲基自由基来源，基于银引发的自由基过程，完成了烯烃以及杂环芳烃的自由基二氟甲基化反应；（4）通过无过渡金属参与的光催化体系，实现了多取代四氢吡咯和四氢呋喃类化合物的选择性构建。在本项目基金资助支持下，项目组在国际主流化学期刊发表SCI论文17篇，申请中国发明专利1项，其中J. Am. Chem. Soc. 1篇，Angew. Chem. Int. Ed. 2篇，Chem. Soc. Rev. 1篇，Chem. Sci. 1篇等。