铜催化烷基自由基三氟甲基化反应研究

Trifluoromethylated compounds play an increasingly important role in pharmaceuticals, agrochemicals and materials science, and thus drive trifluoromethylation to become one of the hot research topics in organic chemistry. Based on the new concept "copper-assisted trifluoromethyl group transfer radical reaction" recently proposed by us, this project aims to investigate the copper-catalyzed trifluoromethylation reactions of alkyl radicals, including ring-opening trifluoromethylation of cycloalkanone oximes, trifluoroemthyl-functionalization of unactivated alkenes, decarbonylative and decarboxylative trifluoromethylation, and C(sp3)-H trifluoromethylation, etc. A series of alkyl radical-based new methods of trifluoromethylation will be developed and applied into the convenient synthesis of related molecules of biological interests, thus demonstrating the unique advantage of radical trifluoromethylation strategy and further promoting the integration and co-development of radical reactions and organofluorine chemistry.

含三氟甲基基团的有机化合物在医药、农药和材料科学领域展示出越来越重要的用途，推动三氟甲基化反应成为有机化学研究的热点之一。基于申请者最近提出的“铜促进的三氟甲基基团迁移自由基反应”这一新概念，本项目拟开展铜催化的烷基自由基三氟甲基化反应，包括环酮肟开环三氟甲基化反应、非活化烯烃三氟甲基官能团化反应、脱醛和脱羧三氟甲基化反应、C(sp3)-H键三氟甲基化反应等，由此发展一系列基于烷基自由基的三氟甲基化新策略，并应用于相关生物活性分子的简便合成中，体现自由基三氟甲基化的独特优势，也进一步促进自由基反应与有机氟化学的有机结合与共同发展。

三氟甲基基团是一独特结构单元，在医药、农药和材料等领域用途广泛。在有机分子中选择性地引入三氟甲基有着重要的学术价值和应用前景。然而，如何实现重要有机活泼中间体——烷基自由基的三氟甲基化却是一大挑战。. 在前期研究中，我们以三氟甲基铜(III)络合物为三氟甲基化试剂，成功实现了铜介导的自由基脱卤和脱羧三氟甲基化反应。在此基础上，本项目致力于发展铜催化的烷基自由基三氟甲基化反应。研究发现，以铜盐为催化剂，三氟甲基锌络合物(bpy)Zn(CF3)2或(DMPU)2Zn(CF3)2为三氟甲基源，可以成功实现一系列烷基自由基三氟甲基化反应，包括：（1）环酮肟开环三氟甲基化反应，（2）非活化烯烃的胺三氟甲基化反应，（3）非活化烯烃的碳三氟甲基化反应，（4）脱醛三氟甲基化反应，（5）酰胺及磺酰胺远程C(sp3)-H键三氟甲基化反应，（6）选择性苄位C(sp3)-H键三氟甲基化反应，以及（7）芳基环丙烷类化合物开环胺三氟甲基化反应等。这些研究成果很好地展示了烷基自由基三氟甲基化反应在重要含氟化合物合成中的独特价值和优越性。在此基础上，我们对自由基三氟甲基化反应规律进行了归纳和总结，并深入探讨了烷基自由基与二价铜中间体的作用机制，对我们提出的“铜促进烷基自由基三氟甲基基团迁移”这一新机理进行了进一步的阐释。. 本项目的实施达到了预期目标，进一步促进了我们对自由基化学和氟化学的理解，开辟了烷基自由基三氟甲基化这一新研究方向。本项目已发表学术文章 13 篇，培养博士毕业 4 人和硕士毕业3人。参与组织了中国化学会第二、三届全国有机自由基化学会议。