【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所有機(jī)氟化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張新剛課題組和美國加州洛杉磯分校Kendall N. Houk課題組合作，通過鈀金屬完成了二氟卡賓親核與親電反應(yīng)性調(diào)控并可調(diào)控地用于有機(jī)合成中，實(shí)現(xiàn)了對二氟卡賓的“駕馭”。通過鈀金屬的價態(tài)調(diào)控，使親核和親電型鈀二氟卡賓([Pd]=CF2)共存于同一反應(yīng)體系中，并能夠控制催化循環(huán)選擇性生成不同反應(yīng)產(chǎn)物。該工作近期發(fā)表在《自然-化學(xué)》(Nature Chemistry)上(DOI：10.1038/s41557-019-0331-9)。張新剛和Kendall N. Houk為共同通訊作者，上海有機(jī)所博士生付夏平和Houk課題組訪問學(xué)者薛小松為共同作者，其中Houk和薛小松負(fù)責(zé)理論計算部分，上海有機(jī)所為通訊單位。
 

　　二氟卡賓是重要的化工中間體，其制備路線成熟，被大量用于合成含氟材料，如特氟龍。從有機(jī)合成路線設(shè)計上來看，如果二氟卡賓具有類似于傳統(tǒng)非氟卡賓中間體的反應(yīng)多樣性，將會是一個重要的合成子，被廣泛應(yīng)用于合成具有特殊性能、結(jié)構(gòu)各異的含氟醫(yī)藥、農(nóng)藥和材料分子。然而，二氟卡賓固有的高親電性卻使其反應(yīng)類型相當(dāng)有限，并且其活潑的反應(yīng)性使二氟卡賓很難應(yīng)用于可控的有機(jī)合成反應(yīng)。因此，如何“馴服”并“駕馭”二氟卡賓這匹“野馬”，通過反應(yīng)性調(diào)控實(shí)現(xiàn)其在有機(jī)合成中的廣泛應(yīng)用，一直是有機(jī)氟化學(xué)中的一個挑戰(zhàn)性問題。
 

　　從理論上分析，過渡金屬同二氟卡賓絡(luò)合后將會改變二氟卡賓的電子云分布，從而為其反應(yīng)性調(diào)控提供可能性。但是，已知分離的過渡金屬二氟卡賓絡(luò)合物都表現(xiàn)出反應(yīng)惰性，金屬二氟卡賓參與的催化循環(huán)反應(yīng)鮮有報道，業(yè)界缺乏相關(guān)理論的認(rèn)識和理解，以至于一直沒有實(shí)現(xiàn)將金屬二氟卡賓利用到已經(jīng)廣泛應(yīng)用的催化偶聯(lián)反應(yīng)中。直到2016年，張新剛課題組利用鈀作為催化劑發(fā)現(xiàn)了首例金屬二氟卡賓參與的催化偶聯(lián)反應(yīng)(MeDIC)(Org. Lett. 2016, 18, 44)，并實(shí)現(xiàn)了首例大宗廉價氟化工原料——氯二氟甲烷的催化轉(zhuǎn)化(Nature Chemistry 2017, 9, 918)。
 

　　在上述研究基礎(chǔ)上，該課題組利用改變中心過渡金屬價態(tài)實(shí)現(xiàn)二氟卡賓反應(yīng)性的調(diào)控，使二氟卡賓在不同的金屬價態(tài)下具有親核或親電反應(yīng)性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同含氟化合物的催化可控性合成。基于這一概念，他們利用鈀作為催化劑，以簡單易得的BrCF2PO(OEt)2作為二氟卡賓前體，實(shí)現(xiàn)了對芳基硼酸化合物的選擇性氟烷基化；通過對反應(yīng)條件的精細(xì)調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)四種含氟化合物的可控性合成，包括二氟甲基、四氟乙基芳香化合物、芳基二氟甲基以及芳基四氟乙基酮類化合物。該系列金屬二氟卡賓參與的可控性催化偶聯(lián)反應(yīng)，官能團(tuán)兼容性，可以對復(fù)雜醫(yī)藥和農(nóng)藥分子進(jìn)行選擇性后期氟修飾，并可以一鍋法同時合成不同含氟化合物，為新藥研發(fā)提供了簡便方法。結(jié)合基元反應(yīng)、計算化學(xué)以及關(guān)鍵金屬反應(yīng)中間體的分離研究表明，親核和親電型的[Pd]=CF2物種均同時存在于反應(yīng)體系中；其中他們分離了零價鈀二氟卡賓絡(luò)合物[Pd0]=CF2，并證明了其具有高度親核性，可以與水分子發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)。這是目前發(fā)現(xiàn)的一個可以與水發(fā)生質(zhì)子化的金屬二氟卡賓物種。而二價鈀二氟卡賓絡(luò)合物[PdII]=CF2則具有親電性，可以與水發(fā)生水解反應(yīng)生成CO。該系列發(fā)現(xiàn)為鈀二氟卡賓參與的催化偶聯(lián)反應(yīng)奠定了重要理論基礎(chǔ)，為理解其他金屬二氟卡賓化學(xué)提供了新的視角，也為二氟卡賓反應(yīng)性的調(diào)控開辟了新的路徑。
 

　　該研究得到國家自然科學(xué)基金委和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類)的資助。