在材料科学和生物医药领域，氟代烯烃是广受关注的明星分子。由于含氟高分子具有耐热、耐腐蚀等优势，工业界每年需要通过四氟乙烯和六氟丙烯生产数以万吨计的含氟聚合物。而且，氟代的双键是理想的亲电受体，近年来因其在生理条件下可以用以实现生物正交反应与环肽合成而得到学术界的关注。
然而，作为最具代表性的一类含氟烯烃，三氟乙烯基化合物的合成仍然存在较大挑战。现有方法大多依赖高度活泼、难以储存的试剂或者需要高温、强还原剂等苛刻条件，这导致反应普适性差，无法用以合成复杂的三氟乙烯基化合物。
图1. 三氟乙烯基芳烃的传统合成方法
针对上述挑战，清华大学化学系陈超课题组提出利用三氟乙烯基高价碘试剂实现自由基型三氟乙烯化，开辟新的合成范式。
图2. Frohn课题组前期工作与TrFVI试剂的合成
2006年，Frohn课题组报道了首例三氟乙烯基高价碘试剂，该试剂以四氟硼酸根为抗衡阴离子，-70℃以上分解且无法转移三氟乙烯基。近年来，Alcarazo课题组报道了三氟乙烯基高价硫试剂，也未能实现三氟乙烯基化反应。陈超课题组猜想可以通过改造高价碘试剂的芳环取代基以及抗衡阴离子来兼顾试剂的稳定性和反应性，最终从工业大宗化学品 HFC-134a（一种常见制冷剂）出发，成功实现了一系列三氟乙烯基高价碘（TrFVI）的合成，而且该合成方法能放大到100 mmol，实现实验室较大规模制备。值得注意的是，TrFVI在0℃至室温可以稳定储存一年以上而不分解。晶体结构表明，三氟甲烷磺酸根抗衡阴离子的配位性是导致此试剂较为稳定的关键因素，固态TrFVI试剂中高价碘以聚集体的形式存在，OTf弥补了高价碘中心的正电性，使其能够在室温空气中稳定存在而不遇水蒸气分解或者自分解为低价碘物种。
图3. TrFVI的晶体结构
基于设计合成的TrFVI试剂，该团队利用可见光氧化还原催化实现了（杂）芳烃的是sp2C−H键三氟乙烯基化反应，该反应官能团兼容性良好，可以用于复杂分子的后期修饰。
图4. 光催化三氟乙烯基化部分底物
通过自由基捕获、无光催化剂对照、量子产率测定以及DFT计算，该团队推测该三氟乙烯基化反应的机理如图5所示。反应的关键在于产生高活性的三氟乙烯基自由基中间体，随后发生自由基加成与链转移过程生成目标产物。
图5. 可能的反应机理
综上，清华大学陈超课题组设计制备了稳定的三氟乙烯基高价碘试剂并实现了首例自由基型三氟乙烯基化反应。与传统合成方法相比，该反应普适性较好，能够实现复杂底物的后期三氟乙烯基化。相关成果近日发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，清华大学博士研究生王飞、张芮通为本文共同第一作者，陈超副教授为通讯作者，该工作得到了国家自然科学基金的经费支持。
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Light-Induced Radical C(sp2)−H Trifluorovinylation of (Hetero)arenes with a Trifluorovinyl Iodine(III) Reagent (TrFVI)
Fei Wang, Ruitong Zhang, Xiangyu Chen, Yingqi Han, Zongchang Han, Yunchen Jiang, Yaxing Wu, Boyu Shi, Chao Chen
Angew. Chem. Int. Ed. 2025, DOI: 10.1002/anie.202507951
导师介绍
陈超，清华大学化学系长聘副教授，博士生导师。2001年于清华大学化学系获得学士学位，2006年于清华大学化学系获得博士学位，同年获得德国洪堡奖学金，赴德国明斯特大学进行博士后研究。2011年回国加入清华大学化学系，任副教授，博士生导师，曾担任有机所副所长，现任化学系实验中心主任。陈超博士长期从事元素有机、有机合成化学研究，已发表SCI论文100余篇，申请和授权专利10项，曾获得中国化学会青年化学奖，清华大学学术新人奖、青年教师教学优秀奖，并荣获霍英东基金会青年教师项目资助，入选长江学者奖励计划青年学者项目。
课题组网站：
https://www.x-mol.com/groups/chao_chen
