上海有機(jī)所在水促進(jìn)的氟化學(xué)反應(yīng)研究中獲得新發(fā)現(xiàn)
含氟有機(jī)化合物在生命科學(xué)和材料科學(xué)中具有不可替代的重要用途, 近年來如何高效合成各種含氟有機(jī)分子已成為國內(nèi)外合成化學(xué)界的研究熱點(diǎn)。盡管氟元素是地殼層中含量最豐富的鹵素（氟元素基本以螢石等無機(jī)化合物的形式存在），但是天然有機(jī)含氟化合物（指含有碳-氟鍵的化合物）的種類及含量都很稀少。一般認(rèn)為，造成這一反差的原因之一是在碳-氟鍵形成過程中，天然存在的氟化試劑（主要是氟離子）容易受水的影響而降低甚至失去反應(yīng)活性。另一方面，在過去一個(gè)多世紀(jì)以來，化學(xué)家開發(fā)出了一系列非天然的氟化試劑，并且在各種含氟醫(yī)藥、農(nóng)藥、功能材料的創(chuàng)制中得到了廣泛應(yīng)用。那么，這些非天然的氟化試劑是否也像天然氟化試劑一樣受到水的負(fù)面影響呢？多年以來，學(xué)術(shù)界對于這個(gè)問題的研究非常少。
最近，中科院上海有機(jī)所有機(jī)氟化學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胡金波課題組通過研究發(fā)現(xiàn)，在一些有機(jī)氟化學(xué)反應(yīng)中，水不僅不會帶來負(fù)面影響，而且還會高效促進(jìn)這些氟化學(xué)反應(yīng)；甚至在某些氟化學(xué)反應(yīng)中，雖然水不是反應(yīng)物，但是水的存在對于反應(yīng)的順利進(jìn)行起著決定性的作用。這些研究表明，水這種大自然中最易得的“綠色”溶劑，今后有可能在各種氟化學(xué)反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。
該課題組在探索三氟甲基化反應(yīng)的新成鍵模式過程中，首次研究了三氟甲基銅（由碘化亞銅與親核三氟甲基化試劑TMSCF3在氟化銫作用下制得）與重氮化合物通過氟烷基銅卡賓中間體進(jìn)行的氟烷基遷移插入反應(yīng)，找到了一種合成α–三氟甲基羧酸酯的普適性新方法。他們發(fā)現(xiàn)，向體系中添加適當(dāng)量的水，不但不會明顯影響三氟甲基銅的穩(wěn)定性，而且還可以大大促進(jìn)三氟甲基化反應(yīng)的順利進(jìn)行。初步機(jī)理研究表明，水的存在可以消除碘離子對三氟甲基銅反應(yīng)活性的抑制作用，從而有利于三氟甲基銅與重氮化合物的作用，繼而發(fā)生三氟甲基的轉(zhuǎn)移。論文在《美國化學(xué)會會刊》發(fā)表后（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15257），成為該期刊網(wǎng)絡(luò)版2012年10月份被下載次數(shù)最高的十篇文章之一，并且被Synfacts收錄（Synfacts 2012, 8, 1361）。
該課題組還在水/有機(jī)溶劑反應(yīng)體系中，采用二價(jià)銅鹽作為路易斯酸催化劑，利用他們自己開發(fā)的親電二氟甲基化試劑以及商品化的親電三氟甲基化試劑（Togni試劑），首次實(shí)現(xiàn)了對α,β-不飽和羧酸的脫羧二氟甲基化和三氟甲基化反應(yīng)（Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 3944；Synfacts介紹此工作：Synfacts 2012, 8, 750）。隨后，他們發(fā)現(xiàn)該氟烷基化脫羧反應(yīng)還適用于β,γ-不飽和羧酸類底物（Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 11545）。在該研究中，他們發(fā)現(xiàn)水的存在對于反應(yīng)的順利進(jìn)行至關(guān)重要。對照實(shí)驗(yàn)表明，在無水條件下的反應(yīng)產(chǎn)率顯著低于在水/有機(jī)溶劑混合體系中的產(chǎn)率。該方法的亮點(diǎn)是不但反應(yīng)的區(qū)域和立體選擇性很高，而且由于反應(yīng)對水和氧氣不敏感，操作簡單易行。該方法在其它不飽和羧酸體系中的拓展研究正在進(jìn)行之中。
上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的資助。
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