可见光促进的三氟甲基季碳中心（TFQC）的构筑研究

Trifluoromethyl group is a very important fluorine-containing group, which can change the polarity, lipophilicity, anti-oxidation ability, metabolic stability and bioavailability of the organic molecules. Therefore, it is prevalent in the structural design of pharmaceuticals and agrochemicals. Trifluoromethylated quaternary carbon center (TFQC) is intriguing synthetic interest owing to strong rigidity and unique electrical property. However, most of the trifluoromethylation methods involves introducing trifluoromethyl group into sp2 carbon. The methods to introducing trifluoromethyl group into sp3 carbon, especially to the synthesis of TFQC in spite of limited substrate scope, are relatively rare. It remains one of the scientific challenges in organic chemistry to build diverse TFQC under a mild and efficient conditions. This project intends to construct TFQC via trifluoromethylated α-tertiary radical intermediates which are generated by oxidative or reductive quench of visible-light photoredox methods. On the basis of our research on fluoroalkyl radical chemistry, distinctive methodology of constructing TFQC will be achieved by atom transfer reactions, difunctionalization reactions, cascade reactions, rearrangement reactions and visible-light mediated/transition metal dual catalyzed cross-coupling reactions, providing knowledge reservation and scientific basis for the synthesis of fluorine-containing pharmaceuticals and agrochemicals.

三氟甲基是非常重要的含氟基团，它能够改变有机分子的极性、脂溶性、抗氧化性、生物代谢稳定性和生物利用度，因此被广泛的应用在医药和农药的结构设计中。三氟甲基季碳中心（TFQC）具有强的刚性和独特的电性，引起了人们对其合成的兴趣。然而，已有三氟甲基化的方法多数是在sp2碳上引入三氟甲基，在sp3碳上引入三氟甲基的方法较少，尤其是合成三氟甲基季碳中心的方法非常有限，而且反应普适性较差。如何高效、温和构筑多样性的TFQC成为有机化学中挑战性的科学问题之一。本研究拟开展可见光促进的方法，通过氧化淬灭和还原淬灭的方法产生三氟甲基α位叔碳自由基，构筑TFQC。在我们已有的氟烷基自由基化学的基础上，通过发展原子转移反应，双官能团化反应，串联和重排反应以及可见光介导/过渡金属双重催化的交叉偶联反应，形成具有特色的三氟甲基季碳中心合成方法学，为一些含氟医药和农药的合成提供知识储备和科学基础。

由于氟原子的特殊性质，含氟化合物在生产和生活中不可或缺。现代社会要求不断有新颖结构和新的合成方法学，以满足人们日益增长的对健康和环境的需求。.本课题将可见光促进的合成手段与含氟季碳中心的构建结合起来，围绕含氟化合物的合成我们做了以下研究：. 1、在可见光的促进下合成了一系列三氟甲基季碳中心的杂环化合物，经测定绝大多数的产物具有良好的生物活性，如抗古巴假霜霉菌的活性，其中有些化合物还具有弱的杀虫和除草活性，为农药化合物的合成提供一条新的路径。. 2、 开发了无光催化剂的光催化反应方法学，实现了烯烃的氟烷基羟基双官能团化反应，反应条件温和，避免了使用昂贵的光催化剂。. 3、实现了氟氯烷烃HCFC-123中惰性碳氯键的活化和原子转移自由基加成反应，向有机分子中引入三氟乙基。. 4、开发了一种新型的氟化试剂-全氟多醚链羧酸盐，实现了脱羟基氟化反应，充分利用了工业副产物。. 5、围绕POPs替代，发展了一系列的基于全氟短链多醚链段的双子季铵盐表面活性剂，其中有4个新结构表面张力在16 mN/m之下，与全氟辛酸的表面张力非常的接近。. 6、综述了催化三氟甲硫基化反应，获CCL excellent papers award。. 在项目期间，我们共19篇发表文章，申请6篇专利，获1篇授权专利。我们的研究丰富了有机氟化学合成方法学，高效地创造出各种含氟化合物，可应用于农药、医药、消防等领域。