金属有机铜氟化试剂的合成与反应性质研究

Fluorinated organometallic reagents have been widely used in the preparation of fluorine-containing compounds. In this project, a series of copper complexes, e.g. Cu(CH2F), Cu(CF2H), Cu(OCF3) will be synthesized first from readily avaliable materials. These copper complexes will react with dinitrogen or carbene ligands to synthesize the novel organometallic complexes containing?-CH2F, -CF2H, -OCF3 groups. We will then examine the reactivity of these complexes with a variety of substrates,including aryl halides, alkyl halides and thiazole,oxazole and indole for the C-CH2F, C-CF2H and C-OCF3 bond formations. The reaction conditions will be optimized by varying the steric hindrance, electronegativity, hard and soft nature of substituted groups in the chelating ligands, and by adding a variety of additives. We will also investigate the reaction mechanism and pathway. In a word, the significance of this project is to explore the application of new organometallic reagents in monofluoromethylation, difluoromethylation and trifluoromethoxylation, and to provide new method, tools and ideas for the further development of efficient fluorinating reagents.

基于含氟基团的金属有机铜试剂具备高选择性、高氟化反应活性的特点，本项目拟用一些简单的含氟原料，首先合成一系列含氟基团的铜化合物，如Cu(CH2F)，Cu(CF2H)，Cu(OCF3)等，并将这些配合物与多种类配体，如二齿双氮配体、单齿卡宾等配体配位，形成新型的金属有机铜氟化试剂。接着将检测这些铜试剂与各种底物如卤代芳烃、卤代烷烃，或噻唑、恶唑、吲哚等杂环化合物通过C-H键活化，C-CH2F，C-CF2H，C-OCF3等键形成的反应活性。通过变换螯合配体取代基团的位阻、电负性、软硬性质，以及加入各种不同的辅助试剂，对反应的条件进行优化处理，以达到氟化反应的最佳实验效果，并深入对反应的途径、机理以及动力学等进行探讨。总之，本项目的科学意义在于开发与应用新型高效的单氟甲基化、二氟甲基化以及三氟甲氧基化铜试剂。

本项目制备了一系列金属有机铜氟化试剂，如三氟乙氧基铜试剂、多氟烷氧基铜试剂、三氟乙酸铜、全氟烷基羧酸铜、二氟卡宾铜试剂前体物，以及三氟甲氧基银试剂等。对其结构进行了表征，测定其单晶结构。研究了这类金属有机铜氟化试剂的反应性质，如三氟乙氧基化反应，多氟烷氧基化反应，三氟甲氧基化反应，二氟卡宾插入反应等。结果表明这类试剂能与芳烃卤素及烷烃卤素反应，高产率地生成一系列的三氟乙氧基化合物、三氟甲基化合物、全氟烷基化合物、三氟甲氧基化合物、二氟甲氧基化合物等，并且对官能团具有很好的兼容性。在上述工作的基础上，研究了在铜催化的条件下，卤代芳烃的,,-三氟乙硫基化反应、芳基重氮盐与三氟丙酮酸乙酯的三氟乙酰基化反应、中断click反应合成三氟甲基取代的1,2,4-三嗪酮化合物。对反应的机理进行了研究，如研究了反应是否通过自由基，氧化还原反应途径。