氟原子转移自由基反应的机理研究

Since 2012, we and other research groups have developed a series of radical-involved fluorination reactions. However, the mechanisms of these reactions have yet to be understood. In this project, the mechanisms of fluorine-atom-transfer reactions will be explored from the following three aspects: (1) Suitable probes will be designed and prepared for the investigation of the reactions of alkyl radicals with fluorinating agents. The analyses of reaction results will allow us to determine whether the mechanism of fluorination is radical or nucleophilic. (2) The kinetic study of silver-catalyzed decarboxylative fluorination reactions will be conducted with the use of suitable acid substrates. (3) A number of silver(II) fluoride complexes will be synthesized and their reactions with alkyl radicals will be explored. The above investigations will help us to understand the nature of true fluorine-atom-transfer radical reactions.

自2012年起，我们课题组以及其他研究小组发展了一系列烷基自由基参与的氟化反应。然而，对这些反应的机理至今缺乏理解和认识。本课题致力于从以下三个方面来探索氟原子转移反应的机理：（1）设计合成探针分子，对烷基自由基与氟代试剂的反应结果进行详尽的分析，从而确定氟化反应归属自由基氟代还是亲核氟代机理；（2）选择合适的烷基羧酸底物，进行银催化脱羧氟代反应的动力学实验研究；（3）制备二价银氟化物的络合物，尝试其与烷基自由基的反应。通过以上研究，了解真正意义上的氟原子转移自由基反应的本质。

含氟化合物和三氟甲基化合物在医药和农药等领域发挥着越来越重要的用途，使得C(sp3)-F键和C(sp3)-CF3键的构筑成为目前有机化学的研究热点之一。基于对氟原子转移自由基反应的机理研究，本项目发展了银催化下非活化烯烃的自由基碳氟化反应；此外，基于“铜介导的三氟甲基基团迁移”这一概念，发展了一系列碳自由基的三氟甲基化新策略：（1）铜介导下醛的C(sp2)-H键三氟甲基化反应，为三氟甲基酮类化合物的合成提供了一条实用路线；（2）首次攻克了惰性C(sp3)-H键三氟甲基化这一难题，实现了基于1，5-氢迁移的（磺）酰胺远程C-H键三氟甲基化反应；（3）实现了铜催化的苄位C(sp3)-H键三氟甲基化反应，并应用于生物活性分子的后期修饰中；（4）实现了非活化烯烃的氮三氟甲基化反应，该反应与已知文献报道的三氟甲基自由基对双键加成驱动的反应有着截然不同的区域选择性，在官能团化的三氟甲基化合物合成中有着重要的应用价值;(5)发展了铜催化的环酮肟开环三氟甲基化反应，实现了γ-或δ-CF3取代的腈基化合物的简便合成；（6）实现了铜催化的炔烃或1，3-烯炔的双三氟甲基化反应。.通过本项目的实施，发展了一系列自由基氟代和自由基三氟甲基化的方法学，体现出自由基反应在构筑C(sp3)-F键和C(sp3)-CF3键中的独特优势，进一步促进了自由基化学和氟化学的有机结合与共同发展。