中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授汪義豐團隊和合作者發(fā)展了一種三氟甲基逐級可控脫氟官能團化反應(yīng)。該反應(yīng)從廉價易得的三氟乙酸衍生物出發(fā)，通過spin-center shift的過程，選擇性切斷一個和兩個碳-氟鍵，然后轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)多樣的功能性雙氟和單氟產(chǎn)物。北京時間3月5日，《科學(xué)》以“First Release”形式在線發(fā)布了該研究成果。

含氟有機化合物由于具有獨特的性質(zhì)如堿性、親脂性和抗氧化性以及高度的物理和化學(xué)穩(wěn)定性等，而被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域，因此，有機氟化合物的高效制備一直以來都是合成化學(xué)領(lǐng)域的研究重點。三氟甲基化合物的來源較豐富、制備方法多，雙氟和單氟化合物的前體和合成方法則較為有限。如何將三氟甲基中一個或兩個碳-氟鍵選擇性活化，并發(fā)展高效和經(jīng)濟的合成方法，是合成化學(xué)家關(guān)注的重點。然而，由于碳-氟鍵的鍵能隨著脫氟反應(yīng)的進行而逐漸減弱，當(dāng)?shù)谝粋€碳-氟鍵斷裂后，第二個和第三個碳-氟鍵更易被活化，從而使脫氟過程的化學(xué)選擇性難以控制，該局限性阻礙了三氟甲基脫氟官能團化反應(yīng)的發(fā)展。

針對上述挑戰(zhàn)，研究人員利用4-二甲氨基吡啶-硼自由基與三氟、二氟以及單氟乙?；衔锓磻?yīng)性能的差異，設(shè)計、開發(fā)出三氟乙酰胺和三氟乙酸酯的逐級可控脫氟官能團化反應(yīng)。三氟甲基的兩個碳-氟鍵可被連續(xù)可控切斷，選擇性產(chǎn)生雙氟和單氟烷基自由基中間體，然后轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)多樣的雙氟和單氟產(chǎn)物。脫氟反應(yīng)的進程可通過反應(yīng)條件的微調(diào)來精確控制。機理研究表明，碳-氟鍵的斷裂經(jīng)過spin-center shift（SCS）的過程來實現(xiàn)，該發(fā)現(xiàn)為碳-氟鍵的活化提供了全新的機制和策略。進一步研究證實，隨著脫氟的進行，4-二甲氨基吡啶-硼自由基對相應(yīng)?；挠H核反應(yīng)活性逐漸降低，從而保障了連續(xù)脫氟過程的可控性。該方法以廉價易得的三氟乙酸或三氟乙酸酐為起始原料，為制備功能性的單氟和雙氟化合物提供了更經(jīng)濟實用的途徑。

中國科大化學(xué)系博士生余友杰和特任副研究員、博士張鳳蓮是論文的共同第一作者。研究工作獲得國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院和中國科大的支持。

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基于spin-center shift過程的連續(xù)可控脫氟轉(zhuǎn)化