无催化剂参与的温和条件下芳烃直接三氟甲基化反应

注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析

近年来，三氟甲基化反应得到了快速的发展和广泛的关注，由于三氟甲基本身的一些特殊化学和物理性质，使得其在医药、农药和材料等领域发挥着越来越广泛的应用。因此，向各类分子中引入-CF₃基团的方法就显得尤为重要。迄今为止，大量的三氟甲基化方法被报道，尤其是近几年，三氟甲基化反应的研究成为科研领域的热题。开发一种成本低廉，环境友好的三氟甲基化方法显得尤为重要。

目前已有许多使用不同三氟甲基化试剂实现芳环三氟甲基化的报道，主要包括四类（Scheme 1）：（A）最初芳烃的三氟甲基化往往通过羧酸或氯甲基基团与有毒的氟化试剂反应来实现；（B）金属催化的芳香卤化物、芳基硼和苯胺和各种三氟甲基化试剂反应，优点是得到的三氟甲基化芳烃具有良好的选择性，缺陷是一般需要使用化学计量的金属盐，因而限制了实用性；（C）金属催化芳烃直接三氟甲基化，优点是提高了反应效率，降低整体对环境的影响，然而，反应中的金属催化剂往往难以完全去除，这在医药合成中有一定局限性；（D）近年来有研究采用无金属策略直接实现芳烃三氟甲基化，例如，光诱导和TBHP诱导的自由基三氟甲基化反应。近日，湘潭大学龚行副教授（点击查看介绍）课题组报道了一种温和条件下过硫酸钠诱导芳烃自由基三氟甲基化的方法（E）。在该方法中，以便宜的商品化试剂NaSO₂CF₃为三氟甲基源，稳定的过硫酸钠为引发剂，以水和乙腈为混合溶剂，30 ℃搅拌反应设定的时间，即可高产率的得到目标化合物。

Scheme 1.已报道的合成方法和我们的合成策略

作者报道的方法的特点在于：原料便宜易得，反应条件温和，无催化剂参与，反应溶剂环境友好，反应可以方便的放大到克级规模。该反应可能的机理如下（Scheme 2）：

Scheme 2.可能的反应机理。

这一成果近期发表在《Green Chemistry》上，文章的第一作者是硕士王丹桂。

该论文作者为：Dangui Wang, Guo-Jun Deng, Shiya Chen and Hang Gong*

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Catalyst-free direct C–H trifluoromethylation of arenes in water–acetonitrile

Green Chem., 2016, 18, 5967-5970, DOI: 10.1039/C6GC02000C

研究团队简介

龚行，湘潭大学化学学院副教授。2011年于湘潭大学取得有机化学专业博士学位，2013年至2015年在加拿大McGill University李朝军院士课题组进行博士后研究，2005年起就职于湘潭大学。

龚行副教授课题组成立于2012年，目前组内共有硕士研究生七名，研究领域是C-H活化/官能团化反应与C-C/杂键的生成反应。已在相关领域发表多篇SCI论文，包括以第一作者或通讯作者发表的Angew. Chem. In. Ed.、Green Chem.、Carbon、RSC Adv.等。

个人主页链接：

http://www.x-mol.com/university/faculty/35065

http://yjs.xtu.edu.cn/gmis/dsgl/dsfc.aspx?id=9978A402D577F13438429E6FC6B2EF33

科研思路分析

Q：这项研究的最初目的是什么？或者说想法是怎么产生的？

A：CF₃SO₂Na（Langlois试剂）作为一种常见的三氟甲基化试剂，具有价格便宜，稳定，易储存的优点。过硫化物作为一类常用的自由基引发剂，相比过氧化物而言，稳定性更好，更安全。目前已有许多使用TBHP等过氧化物引发自由基的报道，但过氧化物在受热条件下不稳定，对外界环境敏感，因此开发一种安全绿色的三氟甲基化方法显得尤为必要。因此，在初始选题的过程中，我们着重考虑能否在无金属且温和的条件下，使用CF₃SO₂Na作为三氟甲基源，实现芳香环三氟甲基化的方法。

Q：本项研究成果最有可能的重要应用有哪些？哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助？

A：该成果有望应用于含三氟甲基芳烃的合成，在医药、农药、有机合成等领域有重要的潜在应用价值。

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