论文部分内容阅读
由于三氟甲基的特殊性质，如增强分子的脂溶性、提高代谢稳定性、提高分子的抗氧化性和刚性等，三氟甲基化合物广泛应用于农药、医药和材料等领域。 一般来说，可以通过亲核、亲电或者自由基型的三氟甲基甲基化试剂将三氟甲基直接引入分子中，近年来大部分的三氟甲基化合物的合成使用这种方法。而砌块法，即将含有三氟甲基的小分子转化为目标分子的方法受到的关注较少。 在已经发展的方法中，在sp2碳上引入三氟甲基的方法很多，但是合成含有C(sp3)-CF3键化合物的方法相对较少，尤其是合成三氟甲基季碳中心化合物方法还非常有限。一方面是因为三氟甲基砌块的合成方法还未臻完善，另一方面是因为在使用含有三氟甲基的亲核试剂的化学反应中，脱氟反应的抑控是利用此类含三氟甲基的砌块的难点问题，还未有系统的解决方案。本论文以达到向分子中快速构筑三氟甲基三维骨架结构为目的，对含α-H的三氟甲基化合物的合成和应用进行了研究，主要分为以下三个部分: (1)钯催化含α-H的三氟甲基砌块的烯丙基化反应研究 在应用含α-H的三氟甲基化合物，特别是涉及α-三氟甲基碳负离子的反应中，β-脱氟效应是很常见的，导致该类砌块不太容易应用于合成中。在该部分中，我们分别通过传统的烯丙基化反应和C-H活化的策略，利用烯丙基碳酸酯和烯丙苯类化合物，在钯催化剂的作用下，形成高活性的亲电物种烯丙基钯中间体，该活泼的亲电中间体与α-三氟甲基酯迅速反应，有效的抑制了β-脱氟反应，实现了α-H的三氟甲基化合物的烷基化反应。这两个方法具有反应条件温和、底物适用范围广和原子经济性好等特点，适用于含三氟甲基季碳中心的构筑。 (2)α-CF3酮的合成 α-CF3酮是一种重要的含氟砌块，是潜在的医药和农药的合成中间体。但是以往α-CF3酮的合成方法中，大多底物适用性不好，而且条件苛刻。在这部分中，我们分别通过光催化剂和过渡金属催化剂，利用亲电三氟甲基化试剂实现了非端基烯烃和烯醇硅醚的三氟甲基化反应，其中烯醇硅醚的三氟甲基化反应条件温和，底物适用性广，既可以合成含有α-H的三氟甲基化合物，又能够构筑合成难度大的三氟甲基季碳中心。反应机理表明，这两个反应经历了三氟甲基自由基过程，扩展了亲电三氟甲基化试剂的应用范围。 (3)可见光催化剂催化的烯烃双官能团三氟乙基化反应 不同于烷基碘化物，三氟碘乙烷(CF3CH2I)形成的三氟乙基金属试剂很容易发生脱氟反应。在该部分工作中，我们利用光催化剂Ir(ppy)3，从三氟碘乙烷出发高效的产生三氟乙基自由基，避免了形成三氟乙基碳负离子而导致的脱氟反应。我们研究了三氟乙基自由基与烯烃的加成，在氮气条件下主要生成含三氟乙基的苄基自由基的二聚产物，进一步研究发现，氧气能够有效的减少苄基自由基二聚，同时我们发现适量的水可以促进反应的进行，成功的发现了苯乙烯的三氟乙基羟基化反应。我们还将底物扩展到烯醇硅醚，得到了颇具合成难度的β-CF3酮。该反应在室温下利用可见光这种清洁能源就能很好的发生，底物适用性强，可以一次性向分子中同时引入三氟甲基和含氧基团。 在本论文中，我们围绕含α-H的三氟甲基化合物展开研究工作。我们通过过渡金属催化和可见光氧化还原催化构筑了α-CF3酮、β-CF3酮和β-CF3醇这些非常有用的三氟甲基中间体。同时还发展了三氟甲基酯的钯催化烯丙基化和C-H活化烯丙基化反应，构筑了三氟甲基季碳中心。我们研究了氟烷基自由基化学和过渡金属催化的偶联反应，成功的使用亲电三氟甲基化试剂和三氟甲基砌块发展了数个有机氟化学反应，形成了三氟甲基化合物α位反应脱氟抑控的策略，为发展新的含氟医药、农药、材料以及其他领域所需要的功能分子提供了含三氟甲基化合物的合成方法。