基于分子间弱相互作用下三氟甲基芳基醚合成研究

Aromatic trifluoromethyl components (ArOCF3) are an important class of compounds. They play an important role in the pharmaceuticals, agrochemicals and materials. However, the existing synthetic methods are very limited. Transition metal catalyzed direct trifluoromethoxylation of arenes (Caryl-OCF3) is still very rare due to the poor stability of trifluoromethoxyl and its intermediates which couldn’t be involved in the catalytic cycle. Based on the above problems, intermolecule weak interactions are proposed to stabilize the trifluoromethoxyl intermediate and promote this catalytic cycle. There are three parts in the project: (1) improving the stability of trifluoromethoxyl through intermolecular interactions; (2) transition metal catalyzed direct synthesis of trifluoromethyl aryl ether; (3) metal catalyzed direct C-H trifluoromethoxylation. The efficient catalytic system will be developed which can be used for synthesis of trifluoromethyl aryl ether.At the same time, the interdisciplinary research with organic fluorine chemistry and supramolecular chemistry is developed.

三氟甲基芳基醚是一类非常重要的化合物，它们在医药、农药及材料领域的应用中发挥着重要作用。然而其现有合成方法却十分有限，其中利用过渡金属催化来实现三氟甲基芳基醚Caryl-OCF3键的连接目前仍十分少见，其主要原因在于三氟甲氧基及其中间体的稳定性差，难以参与催化循环。本课题基于上述问题，以及从简捷实用角度出发，提出利用分子间弱相互作用力提高三氟甲氧基稳定性并促进其参与催化循环。该项目分3部分研究内容：（1）通过分子间的弱相互作用提高三氟甲氧基稳定性研究；（2）金属催化下直接三氟甲氧基芳基醚合成反应及其机理研究；（3）金属催化直接C-H键三氟甲氧基化反应研究。该项目的顺利实施将会发展高效催化体系，建立具有广谱性的合成三氟甲基芳基醚的方法，并总结出一些规律为利用过渡金属催化发展氟化学提供一定的理论基础；同时促进有机氟化学和超分子化学交叉学科的发展.

由于氟原子及其含氟基团的特殊性质，该类化合物在相关科学领域有着极其广泛的应用。因此，向有机分子中引入氟原子或含氟基团有着十分重要的研究意义。基于上述原因，从实际应用出发，结合当前科学前沿难道问题，本项目分为两个部分重点研究。一方面是分子间弱相互作用下三氟甲氧基及其中间体稳定性研究，以及直接三氟甲氧基化反应研究。另一方面是铜盐催化下全氟烷基化合物合成反应研究。取得的主要研究成果概述如下：. 1. 通过超分子主体的合成与修饰，利用分子间弱相互作用起到对三氟甲氧基负离子的稳定作用。并通过对运用分子间弱相互作用条件下的直接三氟甲氧基化反应进行研究。. 2. 实现了铜盐催化下芳基硼酸与全氟烷基锌试剂的氧化偶联反应。该反应条件温和，并具有良好的底物适用性和官能团兼容性。该反应的实现为在生命科学和材料科学中有应用价值的全氟烷基芳烃化合物的合成提供了实验基础。. 3. 发展了铜盐催化下烯丙基膦酯与全氟烷基锌试剂的偶联反应。该反应不仅具有良好的底物适用性和官能团兼容性（醚、酯基、膦酯、卤素以及羟基等），而且反应表现出很高的立体选择性（高E/Z比例）。在对该反应的机理研究中，我们揭示了反应可能存在的两种催化循环，为相关反应的后续研究提供了很好的理论借鉴意义。. 4. 实现了铜盐催化下炔丙基膦酯与全氟烷基锌试剂的偶联反应。该反应条件极为简捷（无需配体），底物适用性极为广泛（芳基炔溴、杂芳基炔溴以及脂肪族炔溴底物），官能团兼容性极好（卤素、醚、酯基、硝基、氰基等）。同时，万分之五铜盐做催化剂反应仍保持极高的效率。这种以廉价金属催化，并兼具有极低催化剂用量的反应对后续的应用研究提供了良好的实验基础。