由于氟原子特殊的成氢键性质、药代动力学性质以及酶稳定性，含氟有机小分子化合物的合成与转化受到大家的广泛关注。通常，构建新的C-F键需要用到有毒或昂贵的有机氟试剂。另一方面，从含三氟甲基的化合物出发进行选择性C-F键断裂是一种高原子经济性合成含氟化合物的方法。但C-F键作为自然界最强的碳杂键之一，其相关活化与转化具有相当的挑战性。近年来，四川大学余达刚课题组和华东师范大学周剑课题组分别利用α-三氟甲基苯乙烯与CO2气体构建了含氟羧基化合物。近期，南方科技大学舒伟课题组报道了α-三氟甲基苯乙烯的全脱氟反应。

与CO2气体作为羧基来源合成有机羧酸相比，朱旭课题组自建组以来一直关注从廉价易得的甲酸盐出发产生二氧化碳自由基阴离子实现其利用和相关转化，特别是羧酸化合物的合成（ACS Catal., 2023, 13, 2149-2155）。基于此，该课题组利用甲酸盐作为羧基源与α-三氟甲基苯乙烯成功构建了偕二氟烯烃乙酸类化合物。通过光敏催化剂和氢转移试剂的改变还可以实现全脱氟羧基化反应合成戊二酸类化合物。

图1 α-三氟甲基芳基烯烃的脱氟羧基化反应相关研究

作者以α-三氟甲基苯乙烯和甲酸钠底物开始研究，通过一系列条件优化最终确定4-CzIPN作为光敏催化剂，3当量甲酸锂作为羧基源，DABCO作为氢转移试剂，2.5当量K2HPO4作为碱，并添加20当量水的条件下可以71%的分离收率得到目标产物（表1）。

表2 反应条件筛选

在最优条件下，作者对α-三氟甲基苯乙烯类化合物进行了考察（图2）。无论是给电子基团还是吸电子基团都可以在该体系中兼容。此外，三取代烯烃和含有复杂的天然产物或药物分子结构的底物也能够在反应体系中顺利发生转化。

a) Reaction conditions: 1 (0.2 mmol), HCOOLi (0.6 mmol), PC (2 mol%), DABCO (30 mol%) and K2HPO4 (0.5 mmol) in DMSO (2 mL) at rt for 12-48 h. b) NaH2PO4 instead of K2HPO4.

图2 烯烃的底物拓展

随后，作者进行了放大量反应，并且能以克级规模得到目标产物。作者认为该反应经历了中间体Int-I和Int-II的过程，但是由于Int-II脱氟速率比它质子化速率要快导致无法得到2b’。为了捕获相关中间体，他们尝试用硫代水杨酸甲酯或者甲酸进行控制反应。令人意外的是，这两个反应都以大约20%的分离收率得到了戊二酸3b。鉴于该结构的特殊性，作者经过广泛的条件优化，可以优秀的分离收率得到目标产物3b。

图3 放大量反应及戊二酸3b的发现过程

随后，作者在新的反应条件下再次对α-三氟甲基苯乙烯类化合物进行了考察（图4）。前面所用的绝大多数底物都能兼容并以不错的收率得到相应的目标产物。但是，三取代烯烃1s和1t无法得到目标产物。

a Reaction conditions: 1 (0.2 mmol), HCOOCs (4 mmol), PC (2 mol%), methyl thiolsalicylate (10 mol%) and H2O (2 mmol) in DMSO (2 mL) at r.t. for 4-24 h.

图4 生成戊二酸条件下烯烃的底物拓展

针对上述反应，作者也进行了放大量实验，反应收率没有明显降低。此外，产物2b可以转化成相应的酯4，以及进一步异构化成化合物5。而戊二酸3b能够合成亚酰胺类化合物6或者还原成1，5-二醇类化合物7。这些化合物都可以进行后续转化，合成相关具有生物活性的分子。

图5 产物转化

为了探究反应机理，作者进行了一系列控制实验。通过不同反应时间监测得到两种产物的比例以及化合物2b可以94%的产率转化为3b，证实了化合物2b是3b的中间体。而TEMPO的加入阻止了反应的发生，通过荧光淬灭实验表明TEMPO可以对光敏催化剂进行淬灭。重水实验没有得到氘代产物说明二氧化碳自由基阴离子优先对烯烃加成而不是还原烯烃。

图6 控制实验

基于以上实验结果和二氧化碳自由基阴离子的相关性质，作者提出了一个可能的反应机理（图7）。在光照条件下，甲酸盐通过氢原子转移的方式产生二氧化碳自由基阴离子。随后二氧化碳自由基阴离子对缺电子烯烃1b进行加成并形成中间体Int-I，其快速还原成碳负离子中间体Int-II。接着，中间体发生β-氟消除生成产物2b。当体系中存在过量的二氧化碳自由基阴离子时，化合物2b会被二氧化碳自由基阴离子进一步进攻，接着依次还原脱除两个氟原子得到化合物3b。

图7 可能的反应机理

相关成果近期在线发表于Science China Chemistry。已经毕业的硕士研究生王星宇和青年教师徐佩为文章共同第一作者，朱旭教授为第一通讯作者。详细内容见：Xing-Yu Wang†, Pei Xu†, Wen-Wen Liu, Hao-Qiang Jiang, Song-Lei Zhu*, Dong Guo*, Xu Zhu*. Divergent defluorocarboxylation of α-CF3 alkenes with formate via photocatalyzed selective mono- or triple C–F bond cleavage. Sci. China. Chem., 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s11426-023-1731-x.