基于独特“氟效应”的有机氟化学研究

Although fluorine usually exists in form of inorganic fluorides in our Nature, more and more man-made organofluorine substances (containing C-F bond) demonstrate excellent physical, chemical, and biological properties, which play crucial roles in life science and material science-related fields. Currently, the highly efficient and green synthesis of organofluorine substances is one of the hot topics in chemical science. This project aims to investigate the relationships between fluorination, fluoroalkylation, fluoroolefination via probing the unique fluorine effects. In particular, this project focuses on the use of low-cost materials and the development of novel, globally commercializable, high-impact fluorochemical reagents and related reactions, which can be used in the synthesis of fluorinated functional materials. This project is expected to provide scientific and technological support for the advance of fluorine chemistry as well as for the Chinese fluorochemical industry.

尽管氟元素在自然界中大多以无机氟化物的形态存在，但是越来越多的经人工合成的有机含氟物质（含有碳-氟键的物质）具有非常优秀的物理、化学、生物特性，在材料科学和生命科学等领域发挥着不可替代的关键作用。目前，有机含氟物质的绿色高效合成已经成为整个化学领域的热点研究领域。本项目将从研究和理解含氟分子独特的“氟效应”入手，深入研究氟化反应、氟烷基化、氟烯基化反应等几类反应之间的相关性，特别注重利用成本相对低廉的可用于氟化和氟烷基化反应的原料，发展出若干具有我们自主知识产权、实现在全球商品化销售、在国际上具有一定影响力的氟化学试剂。本项目还将系统研究基于这些试剂的新型氟化学合成反应，并把这些新试剂和新反应应用于相关材料分子的合成中。通过该重点项目的研究，为氟化学学科发展和我国氟化工产业的发展提供科学技术支撑。

有机氟化学为有机含氟物质的合成创制和功能发现提供了科学基础和技术支撑，然而，由于氟原子的独特性质，含氟有机分子的合成方法往往与普通有机分子有很大不同。在过去五年里，本项目在国家自然科学基金委重点项目的资助下，从深入认识含氟有机分子的结构与化学反应性能中的独特“氟效应”入手，系统研究了氟烷基化、氟烯基化、氟化等几类反应之间的相关性以及包括亲核、亲电、自由基和金属促进的氟烷基化之间的相关性，发展了一系列从易得原料出发、成本相对低廉的我国原创的氟化学试剂和相应氟化学反应，包括氟原子来源于氟化钾的新型三氟甲氧/硫基化试剂TFBz/TFBT以及新型脱氧氟化试剂SulfoxFluor、基于硫/硒叶立德骨架的高效亲电氟烷基化试剂、氟化启动的全氟叔丁基化方法、从C1到C2和C3的氟碳链可控延长方法等。本项目还把我们发展的合成方法用于含氟聚合物的合成并研究了“氟效应”对这些含氟功能材料性能的影响。. 本项目共计发表论文133篇，包括17篇Angew. Chem., 4篇JACS, 3篇Nat. Commun., 2篇Acc. Chem. Res.。获授权中国发明专利9项。部分工作被美国化学会C&E News、英国皇家化学会Chemistry World、欧洲化学会ChemistryViews、Synform等专门介绍。胡金波应邀作为“关键的观点领导者”组织中、英、加科学家一起为Nature子刊Nature Reviews Methods Primers (2021, 1, 47)撰写有机氟化学方面的综述。胡金波因“在有机氟化学研究，尤其是在发展联通氟烷基化、氟烯基化与氟化的新试剂与新反应方面做出的杰出贡献”获评“2022年美国化学会氟化学创造性工作奖”。此外，胡金波和黄晓宇以第一完成人分别获得2018年度和2017年度上海市自然科学奖一等奖；黄晓宇获得2018国家杰出青年基金资助；沈其龙获得2018“罗氏中国青年科学家奖”和2019“拜耳学者奖”，并入选国家“万人计划”科技创新领军人才以及科技部“中青年科技创新领军人才”。在过去五年中，本项目共计29次在国内外化学领域重要学术会议做邀请报告；共培养1名博士后、36名博士与6名硕士。本项目为我国氟化学学科发展和氟化工产业的发展提供了科学支撑，增强了我国氟化学在国际上的影响力。