作者:黄辛 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/3/23 14:22:46
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科学家实现“氧化三氟甲基化反应”

 

今天(3月23日),中科院上海有机所和东华大学卿凤翎教授团队的“氧化氟烷基化反应”项目在上海科技奖励大会上荣获2017年上海市自然科学一等奖。据悉,该项研究发展的一系列新概念和新反应,被美国、德国、法国、日本、中国等国家30多个课题组应用于底物合成以及发展新反应和新试剂。“氧化三氟甲基化反应”被称为“卿氟化反应”。

由于三氟甲基(CF3-)的独特性质,将其引入到有机化合物中能够显著改变化合物的酸性、偶极距、极性、亲脂性以及其化学和代谢稳定性。因此含三氟甲基的化合物已在医药、农药和材料等领域得到广泛应用。如治疗精神抑郁的药物氟西汀(Prozac)、治疗关节炎的药物塞来昔布( Celebrex)和治疗II型糖尿病的药物西他列汀(Januvia) 等都含有三氟甲基。

几十年来,化学家发展了许多向有机分子引入三氟甲基的方法,但这些反应存在反应条件苛刻、原料难得及选择差等缺点,不能满足药物研发的需求,因此发展在温和条件下将三氟甲基引入有机分子的合成方法学是有机化学近十年来的热点研究课题。

十年前,卿凤翎教授课题组提出了“氧化三氟甲基化反应”的新思想,即在氧化剂和过渡金属存在下,含三氟甲基的亲核试剂与相应的亲核试剂反应。由于三氟甲基基团的强吸电性,其与过渡金属作用后形成的三氟甲基金属络合物很难发生还原消除反应,因此要实现“氧化三氟甲基化反应”是一项具有挑战性的课题。

卿凤翎教授课题组通过探索,发现在过渡金属和氧化剂的调控下,利用廉价易得的亲核三氟甲基化试剂(三氟甲基)三甲基硅烷,实现了多类亲核底物(包括各类碳氢键)的直接三氟甲基化反应,高效构建了一系列三氟甲基类炔烃、芳烃和烯烃。在氧化三氟甲基化的基础上, 发展了铜催化芳基硼酸和炔烃与元素硫和(三氟甲基)三甲基硅烷的氧化三氟甲硫基化反应,该反应条件温和、操作简单和具有良好的官能团兼容性和底物适用性, 为含三氟甲基硫基化合物的合成提供了一个简洁和高效的合成方法。实现了过渡金属催化未活化烯烃的氧化羟化三氟甲基化以及氧化脱氢三氟甲基化等反应,为三氟甲基烷烃合成提供了高效的方法。

据介绍,“氧化氟烷基化反应”引领了近年来国内外三氟甲基化反应及三氟甲硫基化反应的研究。硼酸的氧化三氟甲基化反应更是开辟了过渡金属催化三氟甲基偶联反应的新方向,引领了国内外众多知名课题组,包括美国麻省理工学院的Buchwald教授和加州伯克利大学的 Hartwig教授课题组等,开展硼酸三氟甲基化反应的研究热潮,该反应在医学具有重要应用的18F放射性标记的底物合成中也得到了高效应用。

专家表示,这些研究成果对有机氟化学及药物化学领域具有重要意义,极大地推动了有机化学的研究与发展。

据悉,其中8篇代表性论文发表于《美国化学会化学研究评论》,《美国化学会会志》和《德国应用化学》等重要国际学术期刊。8篇代表性论文他引1183次,篇均147次,其中7篇论文为所在领域的高被引论文 (Top 1%)。8篇代表性论文中有2篇论文入选美国化学会《化学与工程新闻》封面专题报道的9个著名有机氟化学反应。

据介绍,取得“氧化氟烷基化反应”的研究成果是因为科学家有长期的研究积累和把握研究方向的敏感性。卿凤翎教授从1988年起一直从事有机氟化学和含氟材料的研究,并且与国内外氟化学同行有广泛的交往。10年前他从欧美制药公司了解到,国外工业界(主要是药物和农药公司)迫切需要在温和反应条件下将三氟甲基引入有机化合物的方法,工业界已与一些从事金属有机化学和有机合成化学的著名教授开展这方面的合作研究。社会需求和有机氟化学学科的发展激发他在2008年对课题组的研究方向做一些调整,在自己长期有机氟化学研究的基础上,通过文献分析和思考,他确定氧化三氟甲基化反应作为研究的突破点,在此基础上再托展到其他氧化氟烷基化反应。

“同时必须有一批思维活跃和对科学研究有兴趣的年轻工作者。” 卿凤翎表示。据悉,该项目的另外4个获奖者都是卿凤翎教授的研究生。特别是本项目第二位获奖者储玲玲博士为实现“氧化三氟甲基化反应”的新思想做出了突破性的贡献,她是一位非常优秀的年轻化学家,她的博士论文被评为中国科学院优秀博士论文。她在中国科学院上海有机化学研究所获得博士学位后加入美国普林斯顿大学著名有机化学家 MacMillan 教授课题组作博士后,在博士后期间也做出了非常重要的研究成果。储玲玲现已入选国家青年千人进入东华大学工作。

 
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