可见光促进的电子催化构建含氟化合物的研究

The visible light-promoted electron-catalyzed reaction can use the light energy to induce the generation of free radicals to initiate the free radical chain reaction, and the reaction process does not require a photocatalyst, which reduces the reaction cost and reduces the energy loss and waste discharge. The efficiency of the reaction and the atomic utilization rate are the closest to the photosynthesis of green plants. However, there are very few reports of visible light-mediated electron catalytic reactions, and the free radical precursors/receptors are still limited. Therefore, this emerging field needs to be expanded and excavated. Based on the advantages of photoelectron catalytic reaction, such as environmental protection, cheap economy, mild conditions, and easy operation, the applicant intends to use the photo-sensitive properties of di/monofluorobromo aromatic substrates to explore the diversity of photoelectron catalytic reaction receptor types, including tertiary amines, alkenyl boron/sulfonates, ethers/alcohols, nitrogen-containing heterocycles and so on, and develop a series of photoelectron-catalyzed difluoroalkylation reactions. Furthermore, this proposal will also develop a method for synthesis of optically pure di/momofluoro compounds. At last, the structure-activity relationship of photosensitivity will be explored by structural adjustment of di/monofluorobromo aromatic substrates, which will provide a new prospect and theoretical basis for designing more efficient photoelectrocatalytic reactions.

可见光促进的电子催化反应可以巧妙地利用光能诱导产生自由基引发自由基链式反应，而反应过程不需要光敏催化剂，降低了反应成本，同时降低能量损耗和废物的排放，能够很大程度提高反应的效率和原子利用率，因而是最接近绿色植物光合作用的反应，然而可见光介导的电子催化反应报道还非常少，自由基前体/受体还很局限，因此这一新兴领域亟待拓展和发掘。基于光电子催化反应的绿色环保、经济低廉、条件温和、操作简便等诸多优势，申请人拟用二/单氟溴芳基底物的光敏感性质，探索多样性的光电子催化反应受体类型，包括三级胺、烯基硼/磺酸酯、醚/醇类、含氮杂环等，同时开发光学纯二/单氟化合物的合成方法；发展一系列光电子催化的二氟烷基化反应的合成方法学，通过二/单氟溴芳基底物结构调整探究其光敏性的构效关系，为设计更多高效的光电子催化反应提供新的前景和理论基础。

可见光促进的Csp3-Br键均裂可同时产生Csp3自由基与Br自由基，而反应过程不需要光敏催化剂和过渡金属，避免了金属残留同时降低了反应成本，能够很大程度提高反应的效率和原子利用率。有机氟化合物在医药、农药和催化工业中有着广泛而深入的研究和应用，值得一提的是，目前每年上市的新药中，大约有15~20%都是有机含氟化合物。以往的含氟化合物的构建方法往往需要过渡金属催化、光敏剂催化等，这难以避免会导致毒性金属、配体残留，制约着含氟医药行业发展。本项目旨在利用光促进的Csp3-Br键均裂绿色、高效构建含氟小分子。在此项目的开展过程中，我们发现此策略不仅可用于引入含氟基团以构建含氟小分子，亦可实现高效、温和的C-F键活化得到非含氟分子，这进一步增加了该方法的多样性和应变性。例如我们成功实现了咪唑类、烯基硼酸/酯、喹喔啉酮、醛腙等的二氟烷基化，得到一系列含氟有机小分子；此外我们还发现二氟溴芳基酮还能与三级胺反应得到脱氟、脱胺烷基产物。随着项目的深入开展，我们渐渐发现溴自由基的重要性和潜在应用价值，为此我们首次报道了Csp3-Br键均裂—溴自由基底物活化—Csp3自由基淬灭活化中间体的新型接力反应模式，实现了喹喔啉酮和醛腙的二氟烷基化反应。除了在可见光促进的Csp3-Br键均裂领域进行探索，我们在生物活性相关分子合成探究中亦有所拓展。我们创造性的将Ugi四组分反应与可见光催化相结合，经自由基加成/环化串联步骤高效构建了高度官能化的磺酰化二苯氮卓衍生物。我们成功开发出微波辅助/铜催化偕二醇二氟化物为二氟烷基自由基，构建了二氟烷基化二芳基甲烷小分子。另外，我们也实现了碱促进1,6亲核加成、异腈插入、扩环串联步骤一锅法快速构建吡咯并䓬酮衍生物，并做了抗癌活性筛选，发现某些化合物具有良好的抗肿瘤活性。我们课题组实现了微波辅助铜催化脱羧偶联以及随后的氧化去芳构化策略实现了由吲哚3-乙酸和对甲烯醌快速得到含有季碳中心的多环吲哚衍生物。