多氟芳烃反应特性研究及应用

多氟芳烃衍生物是一类非常重要的化合物，在生命和材料科学领域具有重要的应用。然而目前合成该类化合物的方法却十分有限。本课题以高效实用、原子/步骤经济和可控性为研究视角，提出在过渡金属催化下研究多氟芳烃反应特性及规律，发展多氟芳烃直接官能团化的方法，探索和解决目前应用过渡金属催化实现含氟基团（Rf）构筑新C-C键所面临的一个重要科学问题（即，过渡金属与Rf之间的M-Rf键十分惰性，难于断裂，从而导致催化循环不易进行），并将所发展方法应用于光电材料方面的研究与探索。该项目共分2部分：（1）过渡金属催化下多氟芳烃新反应特性研究及其它含氟基团类似反应拓展；（2）多氟芳烃化合物的合成及在光电材料方面的应用研究。该课题拟在发展高效催化体系，建立具有广谱性的合成多氟芳烃化合物的方法，并总结出一些内在规律为利用过渡金属催化发展有机氟化学提供一定的理论基础，并促进有机氟化学与材料交叉学科的发展。

多氟芳烃衍生物在医药、农药和材料领域具有十分重要的应用。然而,合成该类化合物的方法却十分有限，并且存在原子、步骤不经济以及重要官能团兼容性差等问题。本项目以易得的多氟芳烃为底物，从新反应特性，新成键模式和新功能的理念出发，利用过渡金属催化为手段，对多氟芳烃的C-H/C-F键直接官能团化进行了系统研究，发现了多氟芳烃新的反应特性，发展了系列高效催化体系，建立了系列高效合成多氟芳烃衍生物的方法，提出了C-F键活化经历Rh(III/V)的新催化循环反应机制，并将研究拓展至氟代苯并噻二唑，完成了系列类似反应拓展，实现了一些有机光电材料分子的高效构筑。在理解和总结多氟芳烃反应特性规律的基础上进一步开展了过渡金属催化下基于氟卤烷烃的反应研究，首次提出并实现了利用廉价易得的氟卤烷烃，尤其是工业原料氟溴甲烷（CH2FBr）为氟源在过渡金属（Pd/Ni）催化下对芳基、烯基硼化合物以及烯烃等的氟烷基化, 率先研究了氟卤烷烃对过渡金属的氧化加成过程，发现了经历单电子转移途径的氧化加成催化循环机制，突破了长期以来利用过渡金属催化实现芳烃二氟烷基化困难这一瓶颈，并在某些体系中实现了超高效率（催化剂用量可以低至0.01 mol%）,为芳烃和烯烃的高效氟烷基化提供了新策略和新反应，丰富和促进了有机氟化学的发展。上述研究工作受到了国际同行的关注与好评，并引发了国内外不同著名课题组进行跟进，应用和补充。美国化学会《化学与工程新闻》周刊（Chemical & Engineering News）以“Cross-Coupling Fluorinations Ramp Up”为题对我们的工作进行了报道(C&E News, 2014, 92, 25)。项目负责人多次应邀参加国际会议并做邀请报告。项目执行期间共发表了标注国家自然科学基金（21172242）资助SCI论文29篇，其中J. Am. Chem. Soc. 1篇，Angew. Chem. Int. Ed. 7篇，Chem. Sci. 2篇等。荣获2013年中国科学院“优秀研究生指导教师”奖，2014年“国家杰出青年科学基金”，Thieme Chemistry Journal Award 2014, 2015年“上海市科技系统青年五四奖章”，2015年“中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖”等。