祝贺张珂和陈樨的文章在Org. Biomol. Chem.杂志发表！
Congratulations to Ke Zhang and Xi Chen for Publication in Org. Biomol. Chem. Journal!
Ke Zhang and Xi Chen
Released: 2023-10-20 / Updated: 2023-10-20
有机氟化学的研究关注两个主要问题：C-F键的构筑以及C-F键的活化。从绿色化学的角度来看，分子内的氟迁移反应可将二者结合，实现原子利用率的最大化。一些早期的方法需要严苛的条件或特定的底物，仅有极少数方法能够利用C-F活化产物之一的氟离子构筑C-F键，而分子内的氟迁移则鲜有报导。中科院上海有机所胡金波课题组首次报导了通过耦合环氧开环反应首次实现了分子内[1,2]-氟迁移。1 后续又设计底物，通过控制反应体系的酸度和溶剂极性，在同一反应体系内实现了[1,2]-和[1,5]-氟迁移两种迁移之间的选择性。2 除此之外，有关氟迁移反应的研究极少，以上反应的机理也尚不明晰。本工作中我们研究了已报导的[1,2]-氟迁移的反应机理，并基于此构建了具有普适性的[1,2]-氟迁移反应模板，相关工作以Advanced Article形式发表于RSC旗下Organic & Biomolecular Chemistry杂志的“Computational Organic Chemistry”专题合辑。3
首先，我们提出了缺电子α位诱导的[1,2]-氟迁移的反应模板，并进行了反应机理研究。以α,β-不饱和酰氟为底物，亲核试剂进攻羰基碳原子，与经典的“加成-消除”机理的加成一步一致，得到四面体中间体，但后续反应发生了[1,2]-氟迁移。对过渡态结构的电子密度差进行分析，并沿IRC考察Mayer键级和NPA电荷，可以看出在过渡态处已无明显的C-F键特征，氟原子以阴离子形式通过静电相互作用与反应位点结合，表现出紧密离子对机理(tight ion pair mechanism)的特征。势能面的扫描表明，强烈的静电作用使得IRC附近不存在氟离子的离去通道，两个反应坐标同步变化得到产物。
针对胡金波等的工作，我们对环氧开环诱导[1,2]-氟迁移反应的机理进行了研究。结果表明氟迁移反应仍然采取紧密离子对机理，对应于两根C-F键的反应坐标同步变化。但完整反应的势能面扫描结果表明其反应历程可以分为两个阶段：环氧开环提高α位的亲电性，随之则是缺电子α位诱导的[1,2]-氟迁移反应。在过渡态处环氧开环已经几近完成，而氟离子仍处于紧密离子对的状态，因此整个反应所涉及的三个关键反应坐标（对应于两个C-F键长和一个C-O键长）并不是同步变化的，故而确认为异步协同(asychronous concerted)的紧密离子对机理。
基于以上研究，我们设计了一系列以α, β-不饱和酰氟为底物、缺电子α位诱导的[1,2]-氟迁移反应，DFT计算表明反应Gibbs自由能变与远端吸电子基团的Fukui亲电函数高度线性相关，证实了缺电子α位诱导的本质，且该效应可通过共轭链传递而不受影响。除此之外，耦合外来亲电试剂加成α, β-不饱和酰氟β位构建缺电子α位、诱导[1,2]-氟迁移的反应模板，和耦合饱和酰氟β位SN2反应的模板也进行了相关研究。在这些衍生反应中，[1,2]-氟迁移反应单元都保持了其基本特性。
本文由张珂和陈樨共同完成，吴勇教授和徐嘉伟为本文通讯作者。
参考文献