后過(guò)渡金屬配合物催化的脫氟氫化反應(yīng)

黃 波 王宗令

（1.寧波巨化化工科技有限公司；浙江 寧波315200；2.巨化集團(tuán)技術(shù)中心，國(guó)家氟材料工程技術(shù)研究中心，浙江 衢州324004）

含氟有機(jī)物廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，市場(chǎng)上有大約30%～40%的農(nóng)藥和25%的醫(yī)藥是含氟的，其中包括在2013年銷售排名前5的3個(gè)藥物[1]。這可以很好的解釋為什么人們迫切地希望合成大量的含氟有機(jī)小分子。有機(jī)分子的特性，包括穩(wěn)定性、親脂性和生物利用度，可以通過(guò)引入一個(gè)或幾個(gè)氟取代基而大大地改變[2]。目前已經(jīng)發(fā)展了許多向生物活性有機(jī)小分子中引入氟原子的方法。盡管人們對(duì)這一領(lǐng)域的興趣已經(jīng)持續(xù)了35 a，當(dāng)前該領(lǐng)域仍是一個(gè)非?；钴S“熱點(diǎn)研究話題”。

含氟底物C—F鍵的選擇性斷裂和功能化，是合成目標(biāo)含氟有機(jī)物的重要路徑[3-4]。簡(jiǎn)單的全氟化合物在工業(yè)生產(chǎn)中較容易獲得，它們作為原料用于制備少氟化合物，可以提供充足的物質(zhì)保障、并能大大降低成本。現(xiàn)實(shí)其他功能性官能團(tuán)對(duì)氟原子的取代，不僅是一項(xiàng)智力的挑戰(zhàn)，而且還可以為脫氟反應(yīng)和氟化反應(yīng)提供相關(guān)理論指導(dǎo)。

氟碳化合物很難降解，它們?cè)诖髿庵械膲勖砷L(zhǎng)達(dá)幾千年（見(jiàn)表1）[3-4]。含氟烯烴是溫室氣體，氟氯烴既可導(dǎo)致溫室效應(yīng)，又可破壞臭氧層[5-8]。由于僅含氟的烷烴具有較低的臭氧消耗能力，因此將氟氯烴轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氫化衍生物，引起了人們的廣泛興趣[9]。

碳原子與氟原子之間形成的C—F鍵是最強(qiáng)的碳單鍵鍵能強(qiáng)。氟碳化合物的C—F鍵不僅是熱力學(xué)穩(wěn)定的，其在動(dòng)力學(xué)上也是惰性的[10-11]。這種情況，一般適用于脂肪族C—F鍵，對(duì)于芳香族C—F鍵的適用性有待考究。芳香族C—F鍵的活化（如氟代芳烴的親核取代反應(yīng)SNAr），可以在沒(méi)有催化劑的參與下進(jìn)行。

表1 一些氟碳化合物在大氣中的壽命Tab 1 Life of some fluorinated carbon compounds in the atmosphere

鹵代芳烴親核取代反應(yīng)的活性按照下列次序依次降低：氟化物＞氯化物＞溴化物＞碘化物[3,12]。該反應(yīng)包括了消除和加成2個(gè)過(guò)程，其中加成反應(yīng)是決定速率的關(guān)鍵步驟。這可能是氟原子較小的體積和強(qiáng)吸電子的特性活化了鹵代芳烴的加成步驟。當(dāng)芳烴中有較多F原子取代時(shí)，能實(shí)現(xiàn)更好的活化。因此，雖然氟代苯的C—F鍵活化是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，但是六氟苯可以在室溫?zé)o催化劑的條件下與親核試劑反應(yīng)；盡管2個(gè)分子之間有著類似的C—F鍵強(qiáng)度（約528 MJ/mol）[13]。不同的是，脂肪族鹵化物的SN2親核取代反應(yīng)，碳和鹵素之間的C—X鍵斷裂起著決定性作用（此時(shí)，脂族碘化物在的反應(yīng)速度最快）[3,9]。

一些含氟有機(jī)金屬?gòu)?fù)合物的成功制備已經(jīng)證明氟碳化合物的C—F鍵是可以被活化的[14-17]。C—F鍵的活化通常能生成穩(wěn)定的金屬-氟復(fù)合物，但是中間體較好的穩(wěn)定性在一定程度上又阻礙了催化劑的催化效果[4,18-19]。最簡(jiǎn)單直接的C—F鍵的脫氟氫化反應(yīng)（HDF）已經(jīng)清楚明了地展現(xiàn)出了令人驚訝的機(jī)理多樣性[3-4,19-20]。反應(yīng)涉及C—F鍵的活化，隨后引入H2，最后形成脫氟加氫的產(chǎn)物。在過(guò)去十年中C—F鍵的形成一直是一個(gè)非?；钴S的研究領(lǐng)域；最近5～6年，含氟底物的脫氟氫化反應(yīng)慢慢開(kāi)始“熱門(mén)”起來(lái)。

由于內(nèi)容眾多，故不打算對(duì)脫氟氫化反應(yīng)做全面綜述。將從金屬催化劑、還原劑和含氟底物的角度，重點(diǎn)介紹后過(guò)渡金屬配合物催化的脫氟氫化反應(yīng)的研究進(jìn)展。其他由三配位硅正離子、磷離子、主族元素和前過(guò)渡金屬配合物催化的脫氟氫化過(guò)程不作討論[32-33]。與反應(yīng)機(jī)理有關(guān)的實(shí)驗(yàn)和理論研究將做一定的介紹。

1 部分早期后過(guò)渡金屬催化例子

1920年Swarts發(fā)現(xiàn)并報(bào)告了首例催化脫氟氫化反應(yīng)，即鉑鎳合金催化單氟取代的芳香氟化物在氫氣作用下進(jìn)行的脫氟氫化反應(yīng)。該反應(yīng)需要在高溫高壓下進(jìn)行，因此為應(yīng)用帶來(lái)很大的不便。直到1994年以前，這個(gè)領(lǐng)域一直無(wú)任何進(jìn)展。屆時(shí)，Milstein和Aizenberg發(fā)現(xiàn)，[Rh(SiMe2Ph)(PMe3)3]（Ph為苯，Me為甲基）可以切斷六氟苯中的1個(gè)C—F鍵產(chǎn)生[Rh(C6F5)(PMe3)3]，該中間體進(jìn)一步與(EtO)3Si—H反應(yīng)生成五氟苯。通常認(rèn)為第2步反應(yīng)是烷氧基硅烷與金屬中心氧化加成，隨后發(fā)生脫氟加氫的還原消除。該反應(yīng)對(duì)五氟苯也同樣適用，它可以產(chǎn)生四氟苯[21]。通過(guò)形成穩(wěn)定的Si—F鍵，ArF—F可以將Rh-烷氧硅基復(fù)合物中的烷氧硅基除去，從而使催化劑得到再生：

(EtO)3Si—H參與的脫氟加氫反應(yīng)從能量上看是有利的，因?yàn)镃—H鍵強(qiáng)于Si—H鍵，而Si—F鍵比C—F鍵更強(qiáng)。該反應(yīng)是均相體系催化脫氟氫化反應(yīng)的第1個(gè)例子。

2 鈷、銠和銥配合物催化反應(yīng)

1999年，Grushin等報(bào)道了在H2作用下以銠配合物[Rh(H)Cl2(PCy3)2]（Cy為環(huán)己基）為均相催化劑催化1-氟萘的脫氟氫化反應(yīng)，但是原料的轉(zhuǎn)化率相當(dāng)?shù)停▋H40%）[22]。同年，Angelici課題組將2個(gè)銠(I)復(fù)合物連接到Pd-SiO2上，發(fā)現(xiàn)該體系可以促進(jìn)氟苯和1,2-二氟苯的氫解。銠和鈀的協(xié)同作用不僅促進(jìn)氫取代氟的過(guò)程，而且還使芳烴還原，得到含氟環(huán)己烯。氟取代苯還原為環(huán)己烷的最大轉(zhuǎn)化率為89%[23]。該發(fā)現(xiàn)第1次揭示了2種金屬的協(xié)同作用有利于脫氟氫化反應(yīng)。也向人們展示了一種很容易從反應(yīng)混合物中分離出來(lái)、方便反應(yīng)產(chǎn)物純化的多相催化劑。隨后，作者還介紹了SiO2為載體的銠配合物催化劑在H2條件下催化氟苯的氫化去氟反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)極性質(zhì)子溶劑有利于苯的脫氟氫化反應(yīng)和隨后環(huán)己烷的生成，而極性非質(zhì)子溶劑有利氟取代環(huán)己烷的生成[24]。最近有人發(fā)現(xiàn)，在溫和的條件下（室溫，H2壓力0.1 MPa）基于銠-氧化鋁的多相催化劑在水中能夠完全地將多氟化苯脫氟和氫化，鄰近的氟原子優(yōu)先脫去。

[RhCl(PPh3)3]為催化劑、HSiEt3為還原劑在低溫如35℃條件下可以對(duì)含氟烯烴進(jìn)行有效的脫氟氫化[25]。[RhH(PEt3)3]在H2和NEt3的條件下也能夠催化氫化去氟反應(yīng)[26]。當(dāng)認(rèn)識(shí)到[RhH(PEt3)3]（Et為乙基）與五氟吡啶反應(yīng)可以生成C—F鍵加成產(chǎn)物[Rh(4-C5F4N)(PEt3)3]后，該反應(yīng)得到了極大的發(fā)展[27]。雙金屬 復(fù) 合 物[Rh(μ-H)(dippp)]2（dippe=i-Pr2P(CH2)3P i-Pr2，i-Pr為異丙基）用于含氟芳香化合物（五氟吡啶、六氟和五氟苯和2,3,5,6-四氟吡啶）的脫氟氫化，以HSit3作為氫源，在50℃下反應(yīng)48 h表現(xiàn)出較好的催化效力。雙金屬?gòu)?fù)合物[Rh(μ-H)(dippp)]2和單金屬化合物[Rh(H)(η2-HSiEt3)(dippp)]催化的反應(yīng)具有不同的選擇性，這表明可能產(chǎn)生了2種不同的C—F鍵活化機(jī)制。筆者認(rèn)為，[Rh(H)(dippp)]是催化循環(huán)中發(fā)揮重要作用的物種，[Rh(H)(η2-HSiEt3)(dippp)]可能是其形成的中間體[28]。

鈷配合物極少用于氟代芳烴的脫氟氫化。2013年，以甲酸鈉為氫源，[Co(PMe3)4]已用于八氟甲苯、六氟苯五氟苯和全氟聯(lián)苯的加氫脫單氟反應(yīng)[29]。盡管銥配合物在C—H鍵催化活化中有著眾所周知的活性，但是它們?cè)贑—F鍵活化中的應(yīng)用卻十分有限[30-33]。最近，銥絡(luò)合物[Ir-(ppy)3]（ppy為聚吡咯）實(shí)現(xiàn)了氟代芳烴的光催化氫化去氟反應(yīng)。使用這種復(fù)合物最初的想法是它不能形成M—F鍵，因此可以避免使用強(qiáng)親氟還原劑，如氫化鋁或氫硅烷。此時(shí)，使用胺為還原劑，可以與各種芳烴完成脫單氟氫化、脫二氟氫化和脫三氟氫化反應(yīng)，從而可以得到大量的多氟芳環(huán)[34]。

3 鎳、鈀和鉑配合物催化的反應(yīng)

在氟萘和氟苯的催化脫氟氫化反應(yīng)中，使用系列的Ni(II)-NHC復(fù)合物（NHC為N-雜環(huán)卡賓）可帶來(lái)一定的改善。氟萘和4-氟苯甲醚在相對(duì)溫和的反應(yīng)條件（3 h，100℃），與Et2CHONa反應(yīng)，經(jīng)催化還原，可以得到高產(chǎn)率的脫氟氫化產(chǎn)物。然而，該催化劑對(duì)未活化的氟化苯效果較差，如4-氟甲苯，其產(chǎn)物甲苯的產(chǎn)率僅為30%[35]。最近研究發(fā)現(xiàn)，在異丙醇-水-碳酸鈉的體系中，鉑也可用于氟代芳烴的脫氟氫化。產(chǎn)生的副產(chǎn)物丙酮，可以證實(shí)氫化轉(zhuǎn)移策略促進(jìn)C—F鍵還原這一理論的適用性[36]。

2004年，Perutz和Braun課題組比較了[M(PR3)2]（M=Ni、Pd、Pt，R=Cy、i-Pr）配合物在氟取代吡啶的脫氟氫化反應(yīng)中的活性差異：

這為解釋多種金屬?gòu)?fù)合物具有不同的反應(yīng)活性提供了重要理論依據(jù)。由于Pd—F鍵強(qiáng)于相應(yīng)的Pt—F鍵，[Pt(PR3)2]和[Pd(PR3)2]與五氟吡啶反應(yīng)時(shí)，其產(chǎn)物的產(chǎn)率因金屬種類不同而有一定的差異[37]。

此外，在類似的條件下，[Ni(PR3)2]與五氟吡啶反應(yīng)生成的[NiF(2-C5NF4)(PR3)2]，表現(xiàn)出與鈀不同的區(qū)域選擇性。DFT計(jì)算表明，膦配體的輔助，[Ni(PR3)2]使五氟吡啶的2位氟優(yōu)先活化，其氟原子首先與膦配體作用，形成一個(gè)含有F-P-Ni-C的四元環(huán)狀中間體，然后再遷移到金屬中心。該中間體只能在氮相鄰的C—F鍵上形成，因?yàn)榇藭r(shí)N原子上的孤對(duì)電子可以與金屬配位，從而穩(wěn)定該中間體[38]。1,2,4,5-四氟苯與Ni(PR3)2反應(yīng)時(shí)，可以得到與C—F鍵加成的產(chǎn)物，也可以得到C—H鍵活化的副產(chǎn)物[39]。因此使用鎳配合物催化C—F鍵活化時(shí)，需要選擇合適的輔助配體，以提高反應(yīng)的化學(xué)選擇性。

如前所述，[Pd(P i-Pr3)2]與五氟吡啶反應(yīng)可以得到氧化加成產(chǎn)物[PdF(4-C5F4N)(P i-Pr3)2]。用HBpin（HBpin=4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼戊環(huán)頻哪醇）處理后該化合物可以生成相應(yīng)的氫化物絡(luò)合物[PdH(4-C5F4N)(P i-Pr3)2]。隨后經(jīng)還原消除得到2,3,5,6-四氟吡啶。以摩爾分?jǐn)?shù)10%的[PdH(4-C5F4N)(P i-Pr3)2]催化時(shí)，五氟吡啶可以在HBpin的參與下發(fā)生脫氟氫化反應(yīng)，以44%的產(chǎn)率得到2,3,5,6-四氟吡啶[40]。

有人研究了[NiCl2]和[NiCl2(PCy3)2]在LiR3EH（E=B、Al）參與下對(duì)氟苯和三氟甲苯的脫氟氫化反應(yīng)。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用三叔丁氧基氫化鋁鋰時(shí)，[NiCl2(PCy3)2]可以有效地催化氟苯的脫氟氫化反應(yīng)[41]；而對(duì)于三氟甲苯，僅[NiCl2]有催化活性，并且為了實(shí)現(xiàn)三氟甲基的脫氟氫化，需要高達(dá)摩爾分?jǐn)?shù)40%的催化劑用量。反應(yīng)式如下（THF為四氫呋喃）：

添加摩爾分?jǐn)?shù)2%的[NiCl2(PCy3)2]作為助催化劑，可大大提高了[NiCl2]的催化活性[42]。

在多氟芳烴的脫氟氫化反應(yīng)中，氫硅烷作為還原劑，Ni-NHC絡(luò)合物[Ni2(i-Pr2Im)4(COD)]（i-Pr2Im=1,3-二異丙基-咪唑）已被證明是活性催化劑。例如，六氟苯與三苯基硅烷在摩爾分?jǐn)?shù)5%的Ni(0)催化下，60℃反應(yīng)2 d，可以制得1,2,4,5-四氟苯。相關(guān)反應(yīng)機(jī)理研究表明，在氟苯的C—F鍵活化氫化中，單核[Ni(i-Pr2Im)2]首先對(duì)C—F鍵活化，進(jìn)而發(fā)生H、F交換，形成氫化鎳，最后多氟芳香氫化鎳絡(luò)合物還原消除得到脫氟氫化產(chǎn)物[43]：

最近的研究進(jìn)一步驗(yàn)證了氟芳烴和[Ni(dippe)]（dippe=i-Pr2P(CH2)2PiPr2）之間η2-C=C鍵的形成和金屬對(duì)C—F鍵的氧化加成[44]。令人驚訝的是，該研究還發(fā)現(xiàn)，在無(wú)金屬催化劑或硅烷時(shí)，氟芳烴的脫氟氫化反應(yīng)也能發(fā)生，這表明脫氟氫化反應(yīng)也可以僅由膦配體催化[45]。

張新剛課題組還開(kāi)展了鈀催化多氟芳烴的脫氟氫化反應(yīng)研究，發(fā)展了一個(gè)部分氟化的芳香化合物的有效制備方法，該方法還涉及芳香族化合物的配位輔助作用，如鈀催化的N-雜環(huán)基取代的多氟芳烴與Et3SiH反應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)鄰位C—F鍵的選擇性活化（DMF為N,N-二甲基甲酰胺，DPPE為1,2-(二苯基膦基)乙烷，alyl為芳基）[45]：

4 鐵和釕配合物催化的反應(yīng)

Hollan及其課題組首先使用價(jià)廉的鐵(II)β-二亞胺含氟配合物催化氟碳化合物的脫氟氫化反應(yīng)。以R3SiH為氫源，在Fe配合物的催化下，全氟芳香化合物脫氟氫化可以得到脫單氟氫化的產(chǎn)物，并表現(xiàn)出較好的催化效力。此外，他們還提出了氫硅烷與含氟鐵配合物反應(yīng)生成活性鐵氫絡(luò)合物的理論，動(dòng)力學(xué)研究表明該過(guò)程是決定反應(yīng)速度的關(guān)鍵步驟[46]。該體系也可用于氟烯烴的脫氟氫化。

2009年Whittlesey等首次報(bào)道了釕配合物催化脫氟氫化的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)N-芳基取代的氮雜環(huán)卡賓釕配合物[RuH2(NHC)(CO)(PPh3)2]能夠促進(jìn)六氟苯、五氟苯、五氟吡啶以及一系列烷基硅烷的加氫脫氟反應(yīng)，并表現(xiàn)出很高的催化效力。該反應(yīng)對(duì)五氟苯和五氟吡啶的2-位具有高度的選擇性，得到2-位脫氟氫化產(chǎn)物[47]。該結(jié)果與Milstein和Holland報(bào)道的Rh和Fe催化形成4-位脫氟氫化產(chǎn)物的反應(yīng)模式矛盾[48-49]。雖然作者最初提出反應(yīng)可能經(jīng)歷了氟化苯炔中間體，但是隨后DFT計(jì)算顯示，形成該中間體需要200 kJ/mol的能量，從而排除了這一可能性[50]。DFT計(jì)算還表明，磷配體從金屬配合物上解離后，金屬中心對(duì)五氟苯的親核進(jìn)攻可以通過(guò)2種途徑實(shí)現(xiàn)：

這2種途徑的主要特征是釕配合物中的氫負(fù)離子親核進(jìn)攻五氟苯。整個(gè)過(guò)程，可能是分步進(jìn)行，也可能是協(xié)同進(jìn)行。依照該機(jī)制進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，從C6F5H生成1,2,3,4-C6F4H2，需要跨越84.1 kJ/mol的能壘，這與實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出的鄰位選擇性一致。

NHC配體在催化脫氟氫化反應(yīng)和決定反應(yīng)的區(qū)域選擇性2方面都起著重要的作用。以C6F6-nHn為底物，計(jì)算C—F鍵的離解能，發(fā)現(xiàn)隨著n增大，其離解能增加，并且鄰位F原子的數(shù)目有較大的影響[13]。反過(guò)來(lái)考察產(chǎn)物中C—H鍵的離解能，同樣發(fā)現(xiàn)，隨著n的增加，底物的脫氟氫化反應(yīng)變得更加困難。此外，分步反應(yīng)和協(xié)同反應(yīng)機(jī)制具有互補(bǔ)的區(qū)域選擇性。在協(xié)同反應(yīng)中，反應(yīng)發(fā)生在鄰位具有2個(gè)F原子取代基的位置，因?yàn)檫@里有最弱的C—F鍵。相反，分步反應(yīng)一般在鄰位只有1個(gè)F原子取代的位點(diǎn)[38]。

在堿性水溶液中，3價(jià)釕前體Ru(IPI)Cl3（IPI為2,6-異丙基吡啶）催化的p-FC6H4(CO2H)的脫氟氫化反應(yīng)，隨著堿含量的增加，氫化反應(yīng)更加有效，這為酸性的IPI配體可逆的去質(zhì)子機(jī)理提供了支持。

5 銅和金配合物催化的反應(yīng)

[(NHC)AuH]絡(luò)合物與全氟化苯的反應(yīng)，揭示了金絡(luò)合物和氟芳烴之間的π-π相互作用。這種相互作用可以通過(guò)NMR和紫外-可見(jiàn)光譜來(lái)檢測(cè)。但是不能發(fā)生脫氟氫化反應(yīng)，主要是反應(yīng)具有較高活化能的緣故（經(jīng)計(jì)算為171 MJ/mol）。向反應(yīng)體系中加入強(qiáng)供電子的對(duì)-(N,N-二甲氨基)吡啶（DMAP），反應(yīng)的活化能可以降至132MJ/mol。在DMAP和五氟硝基苯（PFNB）之間形成π-π相互作用促進(jìn)催化反應(yīng)進(jìn)行。

1)π-π相互作用促進(jìn)C—F鍵的活化（途徑I）；2)無(wú)DMAP條件下的C—F鍵的活化（途徑Ⅱ）[51]。這項(xiàng)工作很好地說(shuō)明了協(xié)同效應(yīng)可以為設(shè)計(jì)有機(jī)金屬配合物催化的均相反應(yīng)提高重要的參考。該研究小組還開(kāi)發(fā)了一系列含有Xantphos（4,5-雙(二苯基膦)-9,9-二甲基氧雜蒽）的三配位金絡(luò)合物(I)，他們對(duì)多種全氟芳烴的脫氟氫化反應(yīng)均表現(xiàn)出優(yōu)秀的催化活性。例如，以[(t-BuXantphos)Au-(AuCl2)]（t-Bu為叔丁基）為催化劑，催化二苯基硅烷對(duì)五氟硝基苯的脫氟氫化反應(yīng)，具有極高的催化效力。DFT計(jì)算表明，該催化循環(huán)的關(guān)鍵步驟是C—F鍵與金(I)配合物的氧化加成[52]。2種途徑的反應(yīng)式為：

2013年，張新剛課題組報(bào)道了唯一一例銅催化的含氟芳烴的脫氟氫化反應(yīng)。在1,2-雙(二苯基膦基)苯的參與下，以硅烷為氫源，氯化亞銅對(duì)一系列單氟及多氟芳烴表現(xiàn)出較高的催化活性和區(qū)域選擇性。在反應(yīng)過(guò)程中，觀察到[Cu—H]物種生成。DFT計(jì)算結(jié)果支持[Cu—H]親核進(jìn)攻C—F鍵的機(jī)理[53]。

6 同一配體下2種金屬的協(xié)同作用

橋接三唑雙卡賓配體配位的鈀/釕雙金屬配合物對(duì)于許多不同含氟芳烴的脫氟加氫反應(yīng)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)非常有效的催化劑。反應(yīng)在溫和的條件下（異丙醇，80℃），很短的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，以幾乎定量的產(chǎn)率得到目標(biāo)產(chǎn)物[22]。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，2種不同金屬的結(jié)合，對(duì)于促進(jìn)加氫脫氟反應(yīng)起到至關(guān)重要的作用。2個(gè)獨(dú)立的鈀和釕的金屬配合物的混合物只能部分地催化該過(guò)程，通過(guò)同一個(gè)配體將2個(gè)不同的金屬單元連接，可以使結(jié)果得到大大改善。這些結(jié)果說(shuō)明同一配體配位的雙金屬之間可能存在的協(xié)同催化的效應(yīng)。該復(fù)合物對(duì)三氟甲基芳基底物C—F鍵的脫氟加氫，也有很高的催化活性。研究中使用的三唑雙卡賓雙金屬配合物：

Pd-Ru雙金屬配合物催化三氟甲苯類化合物的脫氟氫化反應(yīng)：

收率50%，2 h內(nèi)；

收率99%，2 h內(nèi)；

收率90%，6 h內(nèi)；收率96%，6 h內(nèi)。

可見(jiàn)，Pd-Ru絡(luò)合物是一種很有效的雙金屬催化劑，能夠活化所有類型的C—F鍵（包括脂肪族和芳香族）。雙金屬催化劑2種不同金屬之間的協(xié)同作用可能是按如下方式進(jìn)行：首先鈀片段完成了C—F鍵的活化，然后釕中心進(jìn)行氫轉(zhuǎn)移，促進(jìn)氫氣的引入，從而使異丙醇氧化為丙酮。

7 展望

總體而言，在過(guò)去10 a里，過(guò)渡金屬催化含氟有機(jī)化合物的脫氟氫化反應(yīng)已取得了顯著的進(jìn)步。反應(yīng)中大多使用鎳、金、釕和銠的配合物為催化劑，其他金屬例如銅、銥和鈷的催化劑正在興起，并成為這些催化劑的替代品。至于還原劑的選擇，仍然主要選用強(qiáng)親氟的試劑如氫硅烷和氫化鋁等。然而，其他一些有意思的替代品，如醇和堿，通過(guò)轉(zhuǎn)移氫化促進(jìn)氫原子的引入，或在光催化下以安全價(jià)廉的胺提供氫源。

對(duì)底物而言，目前發(fā)表的論文大多數(shù)僅考察了芳香族C—F鍵的脫氟氫化反應(yīng)，其中，多氟（少氟）芳烴的脫氟氫化尤其被關(guān)注。關(guān)于sp3C—F鍵活化的研究較少。相信在不久的將來(lái)會(huì)引起極大的關(guān)注。

脫氟氫化反應(yīng)涉及的均相和非均相催化劑大多僅含有單一的金屬。將2種金屬結(jié)合，在脫氟氫化反應(yīng)中發(fā)揮協(xié)同作用也有報(bào)道，但是此時(shí)每一種金屬起著截然不同的作用。人們用實(shí)驗(yàn)和理論方法來(lái)研究脫氟氫化反應(yīng)的機(jī)理，已取得了加大的進(jìn)展。相信在不斷努力下，將會(huì)有更多的方法被報(bào)道，進(jìn)一步幫助我們理解脫氟氫化反應(yīng)的歷程。隨著研究的不斷深入，過(guò)渡金屬催化含氟有機(jī)化合物的脫氟氫化反應(yīng)還將在含氟化合物降解方面發(fā)揮巨大的作用。

[1]Wang J,Sanchez-Rosello M.Fluorine in Pharmaceutical Industry:Fluorine-Containing Drugs Introduced to the Market in the Last Decade[J].Chem Rev,2014,114:2432-2506.

[2]O′Hagan D.An introduction to the C—F bond[J].Chem Soc Rev,2008,37:308-319.

[3]Amii H,Uneyama K.C—F Bond Activation in Organic Synthesis[J],Chem Rev,2009,109:2119-2183.

[4]Kuehnel M F,Lentz D.Synthesis of fluorinated building blocks by transition-metal-mediated hydrodefluorination reactions[J].Angew Chem Int Ed,2013,52:3328-3348.

[5]Han W F,Li Y,Tang H D.Treatment of the potent greenhouse gas,CHF3-An overview[J].J Fluorine Chem,2012,140:7-16.

[6]Shine K P,SturgesW T.CO2is not the only gas[J].Science,2007,315:1804-1805.

[7]Rowland F S,Molina M J,Chou CC.Natural halocarbons in air and sea[J].Nature,1975,258:775-776.

[8]Molina M J,Rowland FS.Stratospheric sink for chlorofluoromethanes:chlorine atomc-atalysed destruction of ozone[J].Nature,1974,249:810-812.

[9]Ravishankara A R,Turnipseed A A,Jensen N R.Do hydrofluorocarbons destroy stratospheric ozone?[J].Science,1994,263:71-75.

[10]DouvrisC,Ozerov OV.Hydrodefluorination ofperfluoroalkyl groups using silylium-carborane catalysts[J].Science,2008,321:1188-1190.

[11]Ahrens M,Scholz G,Braun T,etal.Catalytic hydrodefluorination of fluoromethanes at room temperature by silyliumion-like surface species[J].Angew Chem Int Ed,2013,52:5328-5332.

[12]Young R J,Grushin V V.Catalytic C—F bond activation of nonactivated monofluoroarenes[J].Organometallics,1999,18:294-296.

[13]Macgregor S A,McKay D,Panetier J A.Computational study of the hydrodefluorination of fluoroarenes at[Ru(NHC)(PR3)2(CO)(H)2]:predicted scope and regioselectivities[J].Dalton Trans,2013,42:7386-7395.

[14]Richmond T G.Efficient aryl-(hetero)aryl coupling by activation of C—F bonds using nickel-oxime complexes[J].Angew Chem Int Ed,2000,39:241-244.

[15]Plenio H.The coordination chemistry of the C—F unit in fluorocarbons[J].Chem.Rev,1997,97:3363-3384.

[16]Murphy E F,Roesky H W.Organometallic fluorides:Compounds containing carbon-metal-fluorine fragments of d-blockmetals[J].Chem Rev,1997,97:3425-3462.

[17]Kiplinger JL,Richmond TG,Osterberg C E.Activation of carbon-fluorine bonds by metal complexes[J].Chem Rev,1994,94:373-431.

[18]Jones W D.Activation of C—F bonds using Cp*2ZrH2:a diversity of mechanisms[M].Dalton Trans,2003:3991-3995.

[19]Nova A,Mas-Balleste?R,Lledo?s A.Breaking C—F bonds via nucleophilic attack of coordinated lig ands:transformations from C—F to C—X bonds(X=H,N,O,S)[J].organometallics,2012,31:1245-1256.

[20]Meier G,Braun T.Catalytic C—F activation and hydrodefluorination of fluoroalkyl groups[J].Angew Chem Int Ed,2009,48:1546-1548.

[21]Aizenberg M,M ilstein D.Catalytic activation of carbonfluorine bonds by a soluble transition metal complex[J].Science,1994,265:359-361.

[22]Hird M.Fluorinated liquid crystals-properties and applications[J].Chem Soc Rev,2007,36:2070-2095.

[23]Yang H,Gao H R,Angelici R J.Hydrodefluorination of fluorobenzeneand 1,2-difluorobenzeneundermild conditions over rhodium pyridylphosphine and bipyridyl complexes tethered on a silica-supported palladium catalyst[J].Organometallics,1999,18:2285-2287.

[24]Stanger K J,Angelici R J J.Hydrodefluorination of fluorobenzene catalyzed by rhodium metal prepared from[Rh(COD)2]+BF4-and supported on SiO2and Pd-SiO2[J].Mol Catal A:Chem,2004,207:59-68.

[25]Peterson A A,McNeill K.Catalytic Dehalogenation of sp2C—F and C—Cl bonds in fluoro-and chloroalkenes[J].Organometallics,2006,25:4938-4940.

[26]Braun T,Noveski D,Ahijado M,et al.Hydrodefluorination ofpentafluoropyridineatrhodium usingdihydrogen:detection of unusual rhodium hydrido complexes[J].DaltonTrans,2007:3820-3825.

[27]Noveski D,Braun T,Schulte M,etal.C—F Activation and hydrodefluorination of fluorinated alkenes at rhodium[J].Dalton Trans,2003:4075-4083.

[28]ZámostnáL,AhrensM,Braun T.Catalytic hydrodefluorination of fluoroaromatics with silanes as hydrogen source at a binuclear rhodium complex:Characterization of key intermediates[J].JFluorine Chem,2013,155:132-142.

[29]Li J,Zheng T,Sun H,et al.Selectively catalytic hydrodefluorination of perfluoroarenes by Co(PMe3)4with sodium formate as reducing agent and mechanism study[J].Dalton Trans,2013,42:13048-13053.

[30]Slaney M E,Anderson D J,Ristic-Petrovic D,et al.Computational Study of the Reaction of C6F6with[IrMe(PEt3)3]:Identification of a Phosphine-Assisted C—F Activation Pathway via a Metallophosphorane Intermediate[J].JAm Chem Soc,2008,130:15490-15498.

[31]Anderson D J,McDonald R,Cowie M.carbon-fluorine bond activation in fluoroolefins:clear documentation of cooperative C—F bond activation by adjacent metal centers[J].Angew Chem Int Ed,2007,46:3741-3744.

[32]Hughes R P,Laritchev R B,Zakharov LN,et al.Carbonfluorine bond activation coupled with carbon-carbon bond formation at iridium confirmation of complete kinetic diastereoselectivity at the new carbon stereocenter by intramolecular trapping using vinyl as the migrating group[J].JAm Chem Soc,2005,127:6325-6334.

[33]Garratt SA,Hughes R P,Kovacik I,et al.Carbon-fluorine bond activation coupledwith carbon?hydrogen bond formation αto iridium:kinetics,mechanism,and diastereoselectivity[J].JAm Chem Soc,2005,127:15585-15594.

[34]Senaweera S M,Singh A,Weaver J D.Photocatalytic hydrodefluorination:facile access to partially fluorinated aromatics[J].JAm Chem Soc,2014,136:3002-3005.

[35]Kuhl S,Schneider R,Fort Y.Catalytic carbon-fluorine bond activation with monocoordinated nickel-carbene complexes:reduction of fluoroarenes[J].Adv Synth Catal,2003,345:341-344.

[36]Sawama Y,Yabe Y.Platinum on carbon-catalyzed hydrodefluorination of fluoroarenes using isopropyl alcohol-water-sodium carbonate combination[J].Adv Synth Catal,2012,354:777-782.

[37]Jasim N A,Perutz R N,Whitwood A C.Contrasting reactivity of fluoropyridines at palladium and platinum:C—F oxidative addition at palladium,P—C and C—F activation at platinum[J].Organometallics,2004,23:6140-6149.[38]Nova A,Reinhold M,Perutz R N,et al.Selective activation of the ortho C—F bond in pentafluoropyridine by zerovalent nickel:Reaction via a metallophosphorane intermediate stabilized by neighboring group assistance from the pyridyl nitrogen[J].Organometallics,2010,29:1824-1831.[39]Johnson S A,Huff C W,Mustafa F,et al.Unex pected intermediates and products in the C—F bond activation of tetrafluorobenzenes with a bis(triethylphosphine)nickel synthon:direct evidence of a rapid and reversible C—H bond activation by Ni(0)[J].J Am Chem Soc,2008,130:17278-17280.

[40]Breyer D,Braun T,Penner A.Isolation and reactivity of palladium hydrido complexes:intermediates in the hydrodefluorination of pentafluoropyridine[J].Dalton Trans,2010,39:7513-7520.

[41]Xiao J,Wu J J,Zhao W W,et al.NiCl2(PCy3)2-catalyzed hydrodefluorination of fluoroareneswith LiAl(O-t-Bu)3H[J].JFluorine Chem,2013,146:76-79.

[42]Zhao W W,Wu J J,Cao S.highly efficient nickel(ii)chloride/bis(tricyclohexylphosphine)nickel(II)chloridecocatalyzed hydrodefluorination of fluoroarenes and trifluorotoluenes with superhydride[J].Adv Synth Catal,2012,354:574-578.

[43]Fischer P,Gotz K,Eichhorn A,et al.Decisive steps of the hydrodefluorination of fluoroaromatics using[Ni(NHC)2][J].Organometallics,2012,31:1374-1383.

[44]Arévalo A,Tlahuext-Aca A,Flores-Alamo M,et al.On the catalytic hydrodefluorination of fluoroaromatics using nickel complexes:the true role of the phosphine[J].J Am Chem Soc,2014,136:4634-4639.

[45]Chen Z,He CY,Yin Z.Palladium-catalyzed ortho-selective C—F activation of polyfluoroarenes with triethylsilane:a facile access to partially fluorinated aromatics[J].Angew Chem Int Ed,2013,52:5813-5817.

[46]Vela J,Smith JM,Yu Y,et al.Synthesis and reactivity of low-coordinate iron(II)fluoride complexes and their use in the catalytic hydrodefluorination of fluorocarbons[J].JAm Chem Soc,2005,127:7857-7870.

[47]Reade S P,Mahon M F,Whittlesey M K.Catalytic hydrodefluorination of aromatic fluorocarbons by ruthenium N-heterocyclic carbene complexes[J]JAm Chem Soc,2009,131:1847-1861.

[48]Caputo C B,Hounjet L J,Dobrovetsky R,et al.Lewis acidityoforganofluorophosphonium salts:hydrodefluorination by a saturated acceptor[J].Science,2013,341:1374-1377.

[49]Aizenberg M,Milstein D.Homogeneous rhodium complexcatalyzed hydrogenolysis of C—F bonds[J].J Am Chem Soc,1995,117:8674-8675.

[50]Panetier J A,Macgregor S A,Whittlesey M K.Catalytic hydrodefluorination of pentafluorobenzene by[Ru(NHC)(PPh3)2(CO)H2]:a nucleophilic attack by a metal-bound hydride ligand explains an unusual ortho-regioselectivity[J].Angew Chem Int Ed,2011,50:2783-2786.

[51]Lv H B,Zhan JH,Cai Y B,etal.π-πInteraction assisted hydrodefluorination of perfluoroarenes by gold hydride:a case of synergistic effect on C—F bond activation[J].JAm Chem Soc,2012,134:16216-16227.

[52]Zhan J H,Lv H B,Yu Y,et al.Catalytic C—F bond activation of perfluoroarenes by tricoordinated gold(I)complexes[J].Adv Synth Catal,2012,354:1529-1541.

[53]Lv H B,Cai Y B,Zhang JL.copper-catalyzed hydrodefluorination of fluoroarenes by copper hydride intermediates[J].Angew Chem Int Ed,2013,52:3203-3207.2.Juhua Group Technology Center,National Engineering Technology Research Center of Fluoro-material,Quzhou,Zhejiang 324004)