铜参与sp2碳和sp3碳上的三氟甲基引入反应研究

摘要

过渡金属催化的三氟甲基化反应为有机分子中引入三氟甲基提供了新的思路而成为近年来方法学研究的热点内容。本论文首先综述了三氟甲基化反应发展历史和现状，列举了过渡金属参与的各种杂化方式碳原子上引入三氟甲基的反应实例，比较了不同催化剂在不同杂化方式碳原子上引入三氟甲基的反应特性，从而得出结论:将过渡金属参与的三氟甲基化反应真正应用于有机合成的关键在于发展高效温和且廉价的催化体系，构建各种杂化方式的C-CF3键。本论文主要探索了铜参与的sp2碳以及sp3碳上的三氟甲基引入反应，全文分为三个部分:
　　 针对前人报道的铜参与的三氟甲基化反应通常需要当量铜盐的问题，我们发现利用Umemoto试剂作为三氟甲基来源，在铜催化下可以顺利实现芳基硼酸的三氟甲基化反应。该反应的优点是官能团兼容性好，底物适应面广，反应条件温和，可操作性强，并且反应体系对微量水的存在不敏感。新方法为芳环上引入三氟甲基提供了有效的途径，丰富了芳环上含三氟甲基的生物活性分子的合成方法。
　　 其次，考虑到目前已有报道的过渡金属参与的三氟甲基化反应研究主要集中在C(sp2)-CF3键和C(sp)-CF3键的构建，而利用过渡金属催化构建C(sp3)-CF3键依然是一个挑战。在此背景下，我们发展了首例铜催化末端烯烃烯丙位碳氢活化/三氟甲基化反应，成功实现了过渡金属催化的C(sp3)-CF3键的构建。该方法从简单底物入手，具有官能团兼容性好，反应条件温和，且对水不敏感等优点，为构建C(sp3)-CF3键提供了有效的方法。此外，通过实验和DFT理论研究，我们认为该反应可能经历类似于Heck反应的四元环过渡态，为进一步研究铜催化的烯丙位C-H活化/官能团化反应提供了新的理论模型。
　　 此外，针对非活化sp3碳上引入三氟甲基这一挑战，我们考察了一系列的烷基金属试剂和三氟甲基化试剂，以及氧化剂等条件，最终发现较为稳定的烷基硼酸试剂与（三氟甲基）三甲基硅烷在铜催化剂，银盐作为氧化剂的条件下，可以成功实现非活化一级以及二级C(sp3)-CF3键的构建，为非活化sp3碳上引入三氟甲基提供了新的途径。同时，该工作也开拓了烷基硼酸用于交叉偶联反应的新视野。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 有机氟化学简史

1．2 有机氟化合物的特性

1．3 有机氟化合物的合成方法

1．4 有机氟化合物的应用

参考文献

第二章 过渡金属参与的三氟甲基化反应综述

2．1 sp杂化碳原子上的三氟甲基化反应

2．2 sp2杂化碳原子上的三氟甲基化反应

2．2．1 芳基碳-卤键活化三氟甲基化反应

2．2．2．芳基硼酸试剂的三氟甲基化反应

2．2．3 芳基C-H键的三氟甲基化反应

2．3 sp3杂化碳原子上的三氟甲基化反应

2．4 总结

参考文献

第三章 铜催化芳基硼酸的三氟甲基化

引言

3．1 反应条件优化

3．2 底物适用范围拓展

3．3 微量水对反应的影响

3．4 反应机理讨论

3．5 实验部分

参考文献

第四章 铜催化端烯烯丙位C-H活化／三氟甲基化

引言

4．1 反应条件的优化

4．2 底物适用范围拓展

4．3 烯丙位CF3化产物的衍生化

4．4 反应机理研究

4．5 实验部分

参考文献

第五章 铜促进一级及二级烷基硼酸氧化三氟甲基化反应

引言

5．1 反应条件优化

5．2 底物适用范围拓展

5．3 反应机理探讨

5．4 实验部分

参考文献

附录 部分化合物谱图数据

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

致谢