单氟烯烃的合成与反应研究

Monofluoroalkenes are widely recognized as nonhydrolyzable mimetics of amides on the basis of the similarity between the charge distribution of the amide bond and the fluoroalkene moiety, as well as their dipole moments. Thus, the monofluoroalkene moiety can be used as a peptidomimetic unit in the design of protease inhibitors. However, it was shown that the synthesis of monofluoroalkene is not easy because of the usually low yield and low Z/E selectivity. On the other hand, numerous monofluorinated compounds can be obtained from the monofluoroalkenes. Most of monofluorinated compounds are pharmaceuticals. And the polymerization or copolymerization of monofluoroalkenes can lead to the formation of a variety of functional materials. We will study the synthesis of monofluoroalkenes in an attempt to develop convenient methods for the preparation of monofluoroalkenes with high yield and Z/E selectivity. First, we will design and synthesize the building blocks like monofluoroalkenyl sulfonate, phosphonium and sulfonium salt. Then the monofluoromethylene phosphobetaine will be synthesized and the subsequent Wittig olefination will be explored. The conversion from multiple fluorinated alkenes to monofluoroalkenes will also be investigated through the activation of C-F bond. Based on the synthesis of monofluoroalkenes, we will study their reactions in order to realize the efficient synthesis of monofluorinated compounds and functional materials.

由于单氟烯烃具有许多类似酰胺的性质，比如电荷分布、偶极矩等，所以在蛋白酶抑制剂分子设计中常常被作为拟肽，其重要性不言而喻。然而，最近的研究表明，关于单氟烯烃的合成并不容易，大都产率不高，顺反选择性差。另外，从单氟烯烃出发，也可以合成出各种各样结构独特的单氟化合物，很多含氟药物都是单氟有机分子；同时，单氟烯烃还能发生均聚和共聚，制备出非常有用的功能材料。我们将首先研究单氟烯烃的合成，发展产率高、顺反选择性好的合成单氟烯烃的方法：设计并合成单氟乙烯基砌块，如单氟烯基磺酸酯、鏻盐、锍盐等，探索其单氟烯基化能力；研究一氟乙酸内盐的制备以及脱羧Wittig反应；通过C-F键活化，考察从多氟烯烃制备单氟烯烃的可能性。在此基础上，研究单氟烯烃的反应性能，实现单氟化合物的高效合成及含氟功能分子的制备。

本项目致力于发展含氟烯烃的合成方法以及相关的氟化学反应方法，主要是以鏻盐化学和锍盐化学为手段解决有机氟化学领域中存在的一些问题。.以我们课题组发展的鏻内盐(Ph3P+CF2CO2-)为二氟卡宾试剂，实现了多种不同的反应，如18F-标记的三氟甲硫基化。在18F-标记工作中发现，二氟卡宾能够与硫单质反应现场产生硫代氟光气。硫代氟光气具有亲电性，可与有机胺反应得到有趣结构，比如HCF2S-取代的杂芳环。内盐(Ph3P+CF2CO2-)可在酸性条件下方便地转化为二氟甲基鏻盐(Ph3P+CF2H X-)，这就使我们有兴趣去了解鏻盐的反应活性。发现亲电性鏻盐可作为亲核试剂使用，展现了鏻盐的新用途，也因此发展了含氟鏻盐新试剂并应用到亲核二氟甲基化、芳基化等反应中。..鏻内盐(Ph3P+CF2CO2-)之所以能够分解产生二氟卡宾，是因为由其产生的磷叶立德 (Ph3P+CF2-)容易发生P-C键的断裂。根据这一现象，设想含氟硫叶立德是否也能分解产生含氟卡宾。因此设计合成含氟锍盐(Ph2S+CH2RF X-, RF = CF3 or CF2H)，发现此类锍盐可在适当碱性条件下产生硫叶立德(Ph2S+CH-RF)。但是与磷叶立德(Ph3P+CF2-)不同，这种硫叶立德难以发生S-C键的断裂产生含氟卡宾(:CHRF)。经过仔细考察才发现，硫叶立德在铁配合物作用下可转化为铁卡宾(Fe=CHRF)，从而实现了铁催化的三氟甲基卡宾的环丙烷化、二氟甲基卡宾的环丙烷化、以及含氟卡宾对X-H键(X = Si, C, P)的插入反应。此外，也探索了含氟锍盐的其它应用，如自由基氟烷基化等。..除了发展含氟鏻盐和含氟锍盐新试剂并发现新化学之外，也结合当今有机氟化学的研究热点与难点而展开工作，发展了不少新方法，比如三氟甲基化、三氟甲硫基化等。