Nat. Chem. | 中国科大汪义丰/傅尧团队与合作者实现硼自由基介导多氟芳烃碳-氟键多样性功能化

导读

近日，中国科学技术大学汪义丰教授、傅尧教授联合团队与清华大学/南方科技大学郭兴伟教授团队、贵州大学杨文超教授团队合作，在多氟芳烃碳-氟键的多样性功能化方面取得重要进展。研究团队发展了一种以吡啶-硼自由基为“连接-解离”媒介的新策略，在非还原条件下实现了六氟至二氟芳烃碳-氟键的多样性功能化，并可对多个碳-氟键进行逐步多样化转化，为含氟功能分子库的快速构建提供了高效合成方法。相关成果以“Diverse radical C–F functionalizations of hexa- to difluoroarenes using boryl radicals as link-and-lose mediators”为题发表在《自然·化学》（Nature Chemistry）上。

含氟芳烃广泛存在于药物、农药及功能材料分子中，其生物活性和理化性质往往与氟原子的数目、位置及取代方式密切相关。例如，在一类环氧合酶-2抑制剂的结构改造中，将芳环上的四个氟原子减少至两个，活性即提升了7142倍以上。因此，发展能够对多氟芳烃碳-氟键进行多样化转化的合成方法，对于含氟功能分子的高效开发具有重要意义。然而，现有的还原性脱氟策略通常局限于高度缺电子的多氟芳烃，对相对惰性的三氟及二氟芳烃适用性有限；且随着脱氟反应的进行，产物电子云密度逐渐增加，导致剩余碳氟键的进一步活化愈加困难，从而限制了通过连续转化获得结构高度多样化含氟芳烃分子的能力。

研究团队提出了一条区别于传统还原路径的全新自由基机制：吡啶-硼自由基首先加成至多氟芳烃形成共价连接（“连接”），由此削弱所连碳上的碳-氟键，使其在非还原条件下发生异裂，生成一种新型的多氟芳基自由基阳离子中间体；该中间体随即被偶联试剂捕获，同时硼基片段在氟离子协助下离去（“解离”），一步完成脱氟与新的化学键构建。通过调节吡啶-硼自由基的亲核性，该策略可适应不同活性的底物，从六氟、五氟、四氟、三氟至二氟芳烃均可适用，对每一类底物均可实现脱氟氢化、氘化、芳基化以及与烯烃、烷烃的烷基化等五类转化。所得产物还可继续活化，实现第二个、第三个乃至第四个碳-氟键的逐步功能化。更为重要的是，每一代产物均可进行上述五类转化。该策略通过不同氟代底物、五类转化与多步迭代的自由组合，为多氟芳烃的结构多样化提供了广阔的化学空间。团队将该策略应用于拟除虫菊酯类杀虫剂七氟菊酯的结构改造，合成的类似物表现出更强的杀虫活性与显著提升的环境安全性。团队还利用自主研发的超宽单边带相敏检测时间分辨EPR技术直接捕获了反应中的关键自由基中间体，结合DFT计算为这一独特的非还原性自由基脱氟机理提供了充分验证。

图1多氟芳烃碳-氟键多样性功能化策略及代表性应用

论文共同第一作者为中国科学技术大学特任副研究员叶甜、博士生张方松、许哲远和清华大学博士生周胜琦，通讯作者为汪义丰教授、傅尧教授、清华大学/南方科技大学郭兴伟教授和贵州大学杨文超教授。该项目得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、新基石科学基金会科学探索奖等资助和支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41557-026-02137-2

来源：中国科学技术大学