光催化C-F, C-H双官能团化—一个崭新的实现C-F键断裂的催化体系

含氟的联芳烃类化合物是一类非常重要的化合物，广泛存在药物，农药以及材料领域。最近俄克拉荷马州立大学的Jimmie D. Weaver教授在《JACS》发表了光催化C-F, C-H双官能团化反应，制备多氟联芳烃类化合物，该方法简单高效。

我们知道最近几年过渡金属催化C-H键官能团化取得了非常突出的成就，而C-F键活化的报道则相对较少。主要是因为C-F键键能较强，而且氟负离子与过渡金属结合能力很强，这些都导致了过渡金属催化C-F键活化反应的turnover number不高。

2014年Jimmie D. Weaver教授就首次报道了光催化的多氟芳烃C-F键断裂然后质子化的反应，反应使用廉价的胺作为还原剂提供质子。作者认为反应发生以下历程(Scheme 1)：多氟芳烃在光催化剂下脱去F-离子，生成多氟芳烃自由基[ArF_n-1] ^·中间体，该自由基中间体对碱掘氢得到脱氟质子化产物 (J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 3002)。2015年该小组利用同样的策略，在光催化下得到多氟芳烃自由基[ArF_n-1] ^·以后，用烯烃捕获，最后同样从碱上掘氢得到带有不同取代基的多氟芳烃类化合物(Chem. Sci. 2015, 6, 7206)。今年该小组将该底物拓展到了芳烃体系，多氟芳烃自由基[ArF_n-1]^·对芳烃加成得到去芳香化的自由基中间体int-a，该中间体经过先氧化在脱氢或者先脱氢在氧化过程得到联芳烃类化合物。

Scheme 1

作者在之前工作基础上筛选到最优条件以后，对底物进行了拓展，最后作者合成了两个多氟取代的联芳烃类化合物，显示该方法强大的应用前景。作者用五氟苯甲酸甲酯和多氟吡啶，先通过芳香亲核取代反应得到24a和26a，然后使用作者发展的光催化C-F，C-H官能团化得到联芳烃类化合物15a和14a，接着使用2014年作者发展的光催化C-F键脱除质子化反应，最终合成了多取代的双氟苯甲酸酯25a和多取代的双氟吡啶27a，而使用其他方法合成这两个化合物却是非常困难的事(Scheme 2)。

Scheme 2

总结：Jimmie D. Weaver教授发展了的光催化C-F键官能团化反应，生成多氟芳烃自由基，可以被廉价易得的胺还原，也可以对烯烃、芳烃加成得到骨架多样的多氟芳烃化合物，该催化体系与芳香亲核取代反应结合应用，将有着广阔的发展空间。该催化体系不足之处可能是底物类型较为受限，能否发展光催化的简单含氟芳烃类底物的C-F键活化或者烷烃的C-F键活化将是一大挑战。

文章链接:

1. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021%2Fja500031m

2. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021%2Fjacs.5b13450

（本文由 David B  供稿）