多氟联芳烃类化合物不仅是液晶材料、有机光电材料母核的主要片段,而且在疾病治疗、生物功能分子等研究领域也有重要应用。发展多氟联芳烃化合物的制备方法是有机氟领域的重要研究方向之一。然而,由于氟原子的影响,往往需要高温(>100 ℃C)才能促进含有多氟苯的高价金属物种发生还原消除而得到多氟联芳烃化合物。在碱性和高温条件下,当以含有多个反应位点的多氟芳烃为原料时,往往就会得到单、双芳基化产物的混合物,这显著降低了直接芳基化多氟芳烃合成策略的实用价值。基于本课题组关于多氟芳基格氏试剂性质的深入研究,在近室温的条件下,我们发展了镍催化的Kumada偶联和Negishi偶联,分别实现了选择性单芳基化多氟芳烃,高产率地得到结构多样的多氟联芳烃类化合物。主要研究内容为:第一部分:镍催化Kumada偶联选择性单芳基化多氟芳烃研究发现,基于二苯醚骨架的新型双膦配体(DMM-DPEPhos)在近室温条件下可有效促进多氟苯格氏试剂与芳基三氟甲磺酸酯发生偶联。在THF/dioxane/DME(4:6:1)的混合溶剂中,我们系统地考察了底物的适用范围,如:1)含有酯基、氰基、羰基、氯等对格氏试剂敏感官能团的芳基三氟甲磺酸酯均可与四氟苯格氏试剂发生Kumada偶联;2)含有噻吩、吲哚、喹啉等杂环的亲电试剂也可与四氟苯格氏试剂偶联;3)烯基三氟甲磺酸酯亦可作为偶联底物。通过氟谱或GC跟踪反应混合液,均未发现明显的双芳基化产物生成,单芳基化选择性普遍大于 99%。在该最佳催化条件下,我们进一步研究了其它含有多个相似反应位点的多氟芳烃与芳基亲电试剂的偶联情况。实验结果表明,对于常见的多氟芳烃,该镍催化剂均显示出高效的催化活性。为了进一步展现新发展的镍催化体系的潜力,我们合成得到多种非对称的多氟联芳基类化合物,这些化合物在柔性功能材料领域展现出重要的优势。最后,我们对反应的机理进行了较深入的研究,尤其是催化剂最终的归属问题展开了系统的实验。我们成功地合成得到了稳定的(DPEPhos)Ni(Ⅱ)(Ar4)2复合物。该复合物性质非常稳定,可以柱层析。当以DPEPhos为膦配体时,HRMS和19F NMR跟踪实验均检测到反应液中有该复合物产生。该研究结果表明,四氟苯格氏试剂与还原消除前体——二价镍复合物,发生了二次转移金属化(芳基交换),并随着时间的推移,逐步形成稳定的LnNi(Ⅱ)(ArF4)2复合物,而使催化剂失去活性。第二部分:镍催化Negishi偶联选择性单芳基化多氟芳烃由于多氟芳基格氏试剂仍然具有一定的亲核能力,当还原消除变慢时,就使得在二价镍中心上发生芳基交换变得可能,进而在催化循环过程中竞争性形成含有两个多氟苯结构单元的稳定二价镍复合物,使得催化剂失活。基于该发现,我们推测采用亲核能力更弱的四氟苯金属试剂,如四氟苯锌试剂,或许能抑制芳基交换,延长催化剂的催化活性。大量的实验结果较好地支持了我们的推测。我们发现,在单一的溶剂THF中,商业可得的DPEPhos与Ni(cod)2所形成的复合物不仅可催化芳基三氟甲磺酸酯(ArOTf)与多氟芳基锌试剂的偶联,而且也可促进多种芳基溴(ArBr),包括富电子、电中性和缺电子的芳基溴代物与多氟芳基锌试剂的偶联,这大大的简化了催化体系,增加了该镍催化剂的实用价值。在此基础上,我们进一步考察了镍催化体系催化杂芳基卤代物与多氟芳基锌试剂发生Negishi偶联的活性。此催化体系亦表现出很好的催化活性,亦可有效促进多种杂芳基溴与含氟芳基锌试剂的偶联,这为合成重要的含氟医药分子提供了一种非常简单而实用的合成策略。基于此,我们实现了恶唑酮类抗生素泰地唑利磷酸酯关键中间体的克级制备,这进一步证明了该镍催化体系具有较好的应用价值。