中國科大在三氟甲基連續(xù)可控脫氟轉(zhuǎn)化領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)汪義豐教授研究團(tuán)隊(duì)和合作者發(fā)展了一種三氟甲基逐級可控脫氟官能團(tuán)化反應(yīng)。該反應(yīng)從廉價(jià)易得的三氟乙酸衍生物出發(fā)，通過spin-center shift的過程，選擇性切斷一個(gè)和兩個(gè)碳-氟鍵，然后轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)多樣的功能性雙氟和單氟產(chǎn)物。北京時(shí)間3月5日，國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志以“First Release”形式在線發(fā)布了該項(xiàng)工作。
含氟有機(jī)化合物由于具有獨(dú)特的性質(zhì)如堿性、親脂性和抗氧化性以及高度的物理和化學(xué)穩(wěn)定性等而被廣泛應(yīng)用生命科學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域。因此，有機(jī)氟化合物的高效制備一直以來都是合成化學(xué)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。三氟甲基化合物的來源較為豐富，制備方法多。然而雙氟和單氟化合物的前體和合成方法則比較有限。如何將三氟甲基中一個(gè)或兩個(gè)碳-氟鍵選擇性活化，并發(fā)展高效和經(jīng)濟(jì)的合成方法，是合成化學(xué)家們關(guān)注的重點(diǎn)。但是，由于碳-氟鍵的鍵能隨著脫氟反應(yīng)的進(jìn)行而逐漸減弱，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)碳-氟鍵斷裂后，第二個(gè)和第三個(gè)碳-氟鍵更容易被活化，從而使得脫氟過程的化學(xué)選擇性難以控制。該局限性嚴(yán)重阻礙了三氟甲基脫氟官能團(tuán)化反應(yīng)的發(fā)展。
圖注：基于spin-center shift過程的連續(xù)可控脫氟轉(zhuǎn)化
針對這一挑戰(zhàn)，他們利用4-二甲氨基吡啶-硼自由基與三氟、二氟以及單氟乙酰基化合物反應(yīng)性能的差異，設(shè)計(jì)和開發(fā)了三氟乙酰胺和三氟乙酸酯的逐級可控脫氟官能團(tuán)化反應(yīng)。三氟甲基的兩個(gè)碳-氟鍵可以被連續(xù)可控切斷，選擇性產(chǎn)生雙氟和單氟烷基自由基中間體，然后轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)多樣的雙氟和單氟產(chǎn)物。脫氟反應(yīng)的進(jìn)程可以通過反應(yīng)條件的微調(diào)來精確控制。機(jī)理研究表明碳-氟鍵的斷裂是經(jīng)過spin-center shift (SCS)的過程來實(shí)現(xiàn)的，該發(fā)現(xiàn)為碳-氟鍵的活化提供了全新的機(jī)制和策略。進(jìn)一步研究證實(shí)，隨著脫氟的進(jìn)行，4-二甲氨基吡啶-硼自由基對相應(yīng)?；挠H核反應(yīng)活性逐漸降低，從而保障了連續(xù)脫氟過程的可控性。該方法以廉價(jià)易得的三氟乙酸或者三氟乙酸酐為起始原料，為制備功能性的單氟和雙氟化合物提供了更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的途徑。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系博士生余友杰和特任副研究員張鳳蓮博士是本論文的共同第一作者。該研究獲得國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)項(xiàng)目資助。
論文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/early/2021/03/03/science.abg0781
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