中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)汪義豐教授團隊利用自旋中心轉(zhuǎn)移機理，從廉價易得的三氟乙酸衍生物出發(fā)合成出用途廣泛的雙氟化物和單氟化物，開發(fā)了一種制備含氟有機化合物的新途徑。3月5日，國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志以“首發(fā)”形式在線發(fā)布了該項工作。氟是元素周期表電負性最大的元素，同時氟原子具有很小的原子半徑，因此含氟有機物具有很多奇妙的性質(zhì)。比如向藥物分子引入氟原子或含氟基團，可以提高對細胞膜的滲透性、代謝穩(wěn)定性以及生物可利用度等。自然界幾乎不存在的含氟有機物，從廉價易得的原料出發(fā)，通過高效、溫和的途徑制備單氟和雙氟有機物一直是科研和產(chǎn)業(yè)界的熱點問題。科研人員選擇從成本低廉的三氟化物入手，通過碳-氟鍵的選擇性活化來合成單氟、雙氟化物。在生物合成DNA的過程中，一個關(guān)鍵的步驟是通過自旋中心轉(zhuǎn)移機制切斷碳-氧鍵，受這一機理啟發(fā)，他們發(fā)現(xiàn)該過程也可以用于三氟乙酸衍生物的碳-氟鍵斷裂，并成功發(fā)展了分步可控的脫氟官能團化反應(yīng)，合成了結(jié)構(gòu)多樣的雙氟和單氟有機化合物。
合成方法是將三氟乙酰胺或者三氟乙酸酯等含三氟甲基的分子，路易斯堿-硼烷化合物和擬引入的新成分置于同一反應(yīng)體系。在加熱條件下，先產(chǎn)生路易斯堿-硼自由基，然后與三氟甲基分子作用，發(fā)生一次自旋中心轉(zhuǎn)移過程，消除一個氟離子同時生成二氟甲基自由基。該自由基可以與擬引入的新成分反應(yīng)，得到雙氟產(chǎn)物。如果需要單氟化物，則再一次發(fā)生自旋中心轉(zhuǎn)移反應(yīng)，消除第二個氟離子，并引入另一個新的成分，生成單氟有機物。經(jīng)過一年多的努力，科研團隊最終證實了碳-氟鍵斷裂經(jīng)歷了自旋中心轉(zhuǎn)移的機理，并找到了控制脫氟進程的關(guān)鍵因素。該合成方法條件溫和，選擇性好，在醫(yī)藥、農(nóng)藥和其他含氟特種材料等領(lǐng)域有一定的應(yīng)用前景。審稿人高度評價這一成果：“發(fā)展了面向單氟和雙氟有機化合物的全新合成方法?！?/section>
