高价态Cu(III)-CF3化合物作为重要的三氟甲基化反应中间体，由于稳定性较差，制备分离较为困难，它们的结构和反应活性研究直到近年来才得到了应有的关注和重视。芳烃作为便宜易得的化工原料和一种最重要的有机反应底物之一，高价态Cu(III)-CF3化合物与芳烃的反应活性研究具有重要的合成与理论价值，是一个有创新性和挑战性的难题，文献中还从未有过报道。 近日，江南大学张松林课题组首次报道了高价态Cu(III)-CF3化合物与芳烃/杂芳烃的直接C-H键芳基化反应，揭示了该反应机制，对于三氟甲基化学和三价铜化学均具有重要的基础理论意义。
研究发现，在DMSO溶剂中，(phen)Cu(III)(CF3)3（phen表示1,10-菲啰啉）能与芳烃发生C-H三氟甲基化反应。加入K2S2O8作为助氧化剂，可较大地提高反应产率。该方法适用于多种芳烃和杂芳烃，能兼容多种取代基和官能团（图1）。反应优先发生在电子云密度较大的C-H键位置，显示了亲电属性。该反应可以应用在生物活性分子的选择性后期官能化中，如褪黑素、咖啡碱、雌酚酮，显示了较好的实用前景（图2）。 图1. 底物范围 图2. 生物活性分子的修饰 为了理解该反应机理，设计开展了机理实验和理论计算研究，从多方面提供机理信息，提出如下反应机理（图3）。该反应中涉及高价态Cu(III)-CF3化合物的新颖反应机制，即发生Cu(III)-CF3键的热解均裂，同时提供CF3自由基和Cu(II)(CF3)2中间体，两者互相合作，与芳烃发生芳香亲电取代反应，得到产物。过硫酸钾的加入可以发挥多重促进作用。 图3. 反应机理 本研究利用高价态铜三氟甲基化合物，实现了芳烃的直接三氟甲基化反应，揭示了新颖的反应机制，对于三氟甲基化学和Cu(III)化学具有基础的理论意义。 论文信息 Direct Arene Trifluoromethylation Enabled by a High-Valent Cu(III)-CF3 Compound Hao-Ran Zhang, Cong-Cong Feng, Ning Chen, Song-Lin Zhang 文章的第一作者是硕士研究生张浩然和封聪聪同学。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202209029
