基于超价硫的配体偶联反应在构建含氟碳碳键中的应用研究

This project mainly aims at the development of new fluoroalkylation mothods for the construction of fluorinated carbon-carbon bonds, which is based on the ligand coupling reactions within hypervalent sulfur species, sulfuranes and sulfurane oxides. Although there are many examples of ligand coupling reactions within sulfurane(R4S) intermediates which are formed by reacting both heteroaryl and aryl sulfoxides with Grignard reagents, little is known about the reactivity of the fluoroalkyl sulfuranes. On the other hand, the ligand coupling reactions based on sulfurane oxides (R4SO)is also underdeveloped due to the lack of proper sulfones to validate this idea. In view of the ready availability and versatile synthetic application of sulfoxides and sulfones, developing the ligand coupling reactions starting from fluoroalkyl sulfoxides and sulfones is of great interest, which will not only confirm the possibility of intramolecular ligand coupling reaction of sulfones, but also provide new opportunities for the synthesis of fluoroalkyl-substituted arenes under transition-metal-free conditions. Moreover, the synthetic method developed in this project is expected to be used in the preparation of perfluoroalkyl chains of varying length by extrusion of sulfur dioxide from perfluoroalkyl sulfones.

本研究项目着眼于建立新的含氟碳碳键成键模式，拓展现有含氟碳碳键的构建方法。通过分子设计，利用易得的氟烷基亚砜、砜、亚砜亚胺等化合物作为研究对象，以超价硫烷或者超价氧化硫烷作为中间体，创新性地结合主族元素配体偶联反应这一概念，在非金属参与的情况下，将氟烷基与芳基偶联产生氟烷基芳基化合物。氟烷基亚砜以及砜的分子内配体偶联反应，拓展了基于硫元素配体偶联反应的研究范围，为有机氟化学中含氟碳碳键的构建提供了一种新的成键模式，并且首次明确提出了基于砜的配体偶联反应，完善了基于主族元素配体偶联反应的知识体系，体现了氟化学在有机化学基础研究中的向导作用。本项目所发展的合成方法对于具有生物活性的含氟有机分子的合成以及含氟功能材料的制备具有重要参考价值，因此该研究不但具有重要的学术价值，还具重要的经济意义。

氟烷基硫化物（包括硫醚、亚砜、砜、亚砜亚胺等）在构建含氟碳碳键的反应中，发挥了重要作用，可以将氟烷基分别以亲核、亲电、自由基的方式转移到目标分子中，而非含氟部作为辅助基团脱除。我们利用基于硫元素的配体偶联反应，开发一种分子内氟烷基化反应，提供一种构建含氟碳碳键的新模式，进一步拓展氟烷基含硫化合物化学；另一方面，为从砜出发的配体偶联反应找到一个合适的研究模型，将基于硫元素的配体偶联反应从四价硫烷拓展到六价氧化硫烷，进一步发展了配体偶联反应这一概念在含硫化合物中的应用，丰富了主族元素化学。.我们在研究过程中，为了合成以供研究的各种氟烷基砜/亚砜/亚砜亚胺，我们还进一步优化发展了各种氟烷基硫化物的合成方法，发展了新型的二氟卡宾试剂（Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 12390 –12394;被选为Hot paper；已经被引用49次；我们发展的相关二氟卡宾试剂TMSCF2Br被国内外同行使用20余次）以及首例过渡金属催化的一氟甲基化反应 (ACS Catalysis, 2013, 4， 631－634； 是第一例过渡金属催化的一氟甲基化反应；被引用13次)。.在该项目执行过程中，我们意识到硫原子在开发新型氟化学试剂以及新反应过程中的重要调控作用的认识，系统总结了包括我们自己所开发的试剂在内的所有含氟含硫试剂在合成含氟有机化合物中的应用，凸显了含氟含硫这一特色试剂体系在有机氟化学中的重要地位，这一代表性成果发表在Chemical Reviews上（Chemical Reviews, 2015, 115, 765 – 825），已经被引用70余次。.本人作为项目负责人，在执行过程中，共计发表标注该项目的SCI 论文13篇，包括第一作者论文2篇（Chemical Reviews 1篇），第二作者论文4篇（ACS catalysis 1篇），第三作者论文4篇（Angew. Chem. Int. Ed. 1篇；Chemical Sciences 1篇）。本人在2013年6月被聘为本单位硕士生导师；于2013年底入选中科院青促会会员；于2016年初获得上海市青年科技启明星计划资助。