绿色高效的有机自由基反应引发新体系初探

The traditional free radical reactions are seriously limited in practical applications because most of them rely heavily on hypertoxic organotin compounds. Additionally, new systems using metal or organic initiator/peroxides improve traditional ones. However, large excess peroxides and high temperature make these systems potentially explosive. In this project, we focus on development of a series of green, safe and efficient free-radical initiating systems. The main contents of this project are: (1) Exploration of novel free-radical initiating systems involving molecular oxygen. (2) Development of new radical systems via single-electron redox. (3) Application of these new radical systems in exploring highly efficient free radical synthetic strategies. (4) Mechanistic studies on spin trapping technology and electron spin resonance (ESR). The targets are developing a series of safe, environmentally benign, efficient, and novel free-radical initiating systems, and then using these new radical systems to synthesize pharmaceuticals, bioactive molecules, and material.

传统的自由基化学由于过多地依赖剧毒的有机锡化合物，使得其应用受到了极大的限制。此外，尽管金属或非金属引发剂/过氧化物体系在一定程度上改进了传统自由基化学的不足，但大量的过氧化物以及较高的反应温度仍使自由基反应存在潜在的爆炸危险。本项目拟展开一系列绿色高效、节能安全的自由基反应引发新体系的开发研究。主要研究内容为：（1）氧气或空气参与的自由基引发新体系研究；（2）安全绿色的单电子氧化还原引发自由基反应新体系研究；（3）运用新的自由基引发体系，发展更高效的自由基合成方法；（4）运用自旋捕截(Spin Trapping)技术，通过电子顺磁共振(ESR)研究自由基反应的作用机理。旨在通过研究开发一系列安全、绿色、高效的自由基反应新的引发体系，发展更多更有效的自由基合成方法，并将之运用于合成药物分子、生物活性分子及材料之中。

四年来，在该基金的支持下，我们发展了一系列绿色高效的、高选择性的催化氧气以及单电子氧化促进的自由基合成新方法，一步直接构筑系列杂环以及氟代生物活性分子/药物；并运用自旋捕截(Spin Trapping)技术，通过电子顺磁共振(EPR)研究这些自由基反应的作用机理。主要包括以下三方面内容：.(I) 运用单电子氧化还原策略， 使用NaBrO3/NaSO2CF3体系实现了炔烃及烯炔化合物的自由基三氟甲基溴化，从而简洁高效地引入氟原子。我们使用廉价安全的NaBrO3作为氧化剂和溴源，先将NaSO2CF3氧化成CF3自由基，其还原产物提供溴原子，实现了多种不饱和C-C键的三氟甲基溴化。在引进F原子的同时，进一步引入溴，为进一步的官能团转化提供了更多的可能。.(II) 通过金属催化活化氧气，实现了饱和C-H键的自由基C-O键形成，实现了一系列杂环化合物的高效合成。.(III) 运用自旋捕截和电子顺磁共振技术，研究了这些自由基反应的可能反应机理。.总之，在该基金执行的四年里，我们通过研究一系列分子内以及分子间的自由基反应及其机理，发展了系列高效合成杂环以及氟代药物/活性分子的自由基方法。