一、过渡金属催化的氟烷基化研究

（1）Ir/Cu协同催化的一锅法碳氢键活化/碳硼键生成/三氟甲基化反应

三氟甲基化的芳烃是许多药物和农药分子的结构单元。全球第二大的制药公司Merck把通过碳碳键形成的方式向芳烃引入三氟甲基列为2006年该公司急需解决的十大挑战之一。发展温和条件下芳烃的三氟甲基化反应是当前有机化学领域研究的热点。中国科学院上海有机所有机氟化学重点实验室沈其龙小组发展了一个Ir/Cu协同催化的一锅法碳氢键活化/碳硼键生成/三氟甲基化新反应。该方法的优点是可以对有机药物、农药分子及有机材料小分子在药物发展后期过程中定点选择性地活化碳氢键并引入三氟甲基，简化合成步骤，加快寻找药物的先导化合物(Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 540).

（2）铜参与的温和条件下芳基硼酸的氟烷基化反应

针对有机小分子的氟烷基化高效引入这个挑战性的课题，中国科学院上海有机所有机氟化学重点实验室沈其龙小组和吕龙小组紧密合作，发现用铜粉作为催化剂时，芳基硼酸可与全氟或多氟取代的碘代烷反应以较高产率得到产物。初步机理研究表明反应可能是先生成芳基铜中间体，该中间体与全氟或多氟取代的碘代烷反应生成全氟或多氟烷基铜试剂，该试剂进一步与芳基硼酸反应得到产物(J. Am. Chem. Soc.2012, 134, 6548)。

（3）含全氟烷基膦配体的合成及其应用

过渡金属化合物中的配体的结构对金属络合物的催化活性起着至关重要的作用。因此发展新的配体可以为实现环境友好的高效、高选择性的合成化学提供更多的机会。中国科学院上海有机所有机氟化学重点实验室沈其龙小组发现手性含三氟甲基的膦配体可以从简单易得的原料出发，一锅法三步反应以较高收率合成。这些配体非常稳定，对空气或水蒸汽都不敏感。该配体可应用于钯催化的单取代烯丙基类化合物的烷基化反应，反应的区域选择性和立体选择性皆优秀。我们还分离到了该配体络合的钯烯丙基中间体，并获得了单晶结构。研究表明真是因为三氟甲基的电子和位阻效应，使得该反应取得好的选择性 (J. Org. Chem.2012, 77, 7957)。

（4）含氟高分子单体三氟苯乙烯的合成新方法

三氟苯乙烯的聚合物或共聚物可作为质子交换膜燃料电池的传导媒介，也是这类燃料电池的核心技术之一。文献中报导的三氟苯乙烯的合成方法成本较高。中国科学院上海有机所有机氟化学重点实验室沈其龙小组和吕龙小组紧密合作，发现以安全、便宜的三氟氯乙烯作为原料，在钯催化下可与芳基硼酸偶联高产率地得到三氟苯乙烯及其衍生物(J. Org. Chem.2012, 77, 10314), 该反应钯催化剂的用量只需要0.2 mol%, 工业化生产的前景可期。目前我们已申请了国内和国际专利(申请号：CN 201110101349.0; 国际专利申请号：PCT/CN2012/074374).

二、基于取代基调控的新型氟烷基化试剂和水促进的新型氟烷基化反应的开发与应用

2012年，中国科学院上海有机化学研究所胡金波课题组在他们提出的“负氟效应”规律的指导下，继续围绕α-含氟碳负离子（α-fluoro carbanion）这一研究主题，结合当前氟化学的研究热点，集中在在取代基调控以及过渡金属调控两大方面展开了对氟烷基化反应的研究。该课题组通过有意识地改变含氟碳氟离子的相关取代基团，利用自主开发的氟烷基化试剂（1–3），进行性了一系列新型氟烷基化反应研究。该课题组还在对氟烷基化反应中主族金属阳离子的调控作用认识基础上，针对三氟甲基负离子容易发生质子化以及α-消除这一难题，利用CF3–Cu的共价键性质，首次研究了水促进的三氟甲基化反应，并将水的促进作用拓展到铜催化的脱羧氟烷基化研究中。

（1）基于取代基调控的新型氟烷基化试剂的开发与应用

该课题组通过对氟烷基砜试剂中芳基取代基进行变化，于2010年开发了可以用于对醛酮进行Julia-Kocienski烯基化的二氟甲基吡啶基砜1（Org. Lett., 2010, 12, 1444-1447）。2012年，通过对这一传统的烯基化反应“改版”，把其中的亚磺酸盐中间体进行巧妙捕获，不但首次实现了极具挑战性的亲核一碘二氟甲基化反应，而且在所合成的化合物中发现了新型的卤素原子与π 环之间的卤键作用（J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 5790-5793）。由于试剂1的广泛用途，Scripps研究所P. S. Baran 在最近报道中将其称为“Hu reagent (胡试剂)”（Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, doi: 10.1002/anie.201300763）。

该课题组在原有氟烷基砜试剂的基础之上，还通过将中心硫原子上的一个氧取代基改变为氮取代基，开发了两种手性的氟烷基亚砜亚胺试剂。其中试剂2可以用于对α,β－不饱和weinreb酰胺的立体选择性一氟亚甲基化反应，高对映选择性地合成一氟环丙烷化合物（ee值可达 98%；dr值可达99:1）（Angew. Chem., Int. Ed.2012, 51, 6966−6970）。文章发表后，当年一篇关于单氟环丙烷的综述将其作为合成该类化合物的代表性工作给予了积极的评价（Chem. Eur. J., 2012, 18, 14904）。试剂3与醛酮反应，可以得到一系列具有光学活性的二氟甲基醇（ee值可达>99%）, 该方法的独到之处在于可以方便快捷地合成具有光学活性的二氟甲基叔醇（J. Am. Chem. Soc.2012, 134, 16999−17002）。

（2）水促进的新型氟烷基化反应的开发与应用

该课题组在探索三氟甲基化反应的新成键模式过程中，首次研究了三氟甲基铜与重氮化合物的反应，找到了一种合成α–三氟甲基羧酸酯的普适性新方法。他们发现，向体系中添加适当量的水，不但不会明显影响三氟甲基铜的稳定性，而且还可以促进三氟甲基化反应的顺利进行（J. Am. Chem. Soc.2012, 134, 15257）。该文是JACS网络版2012年10月份被点击阅读次数最高的十篇文章之一，并且被Synfacts收录（Synfacts2012, 8, 1361）。

        该课题组还在水/有机溶剂反应体系中，采用二价铜盐作为催化剂，利用自主开发的亲电二氟甲基化试剂（RF = PhSO2CF2, X = Me）以及商品化的亲电三氟甲基化试剂，首次实现了对α,β-不饱和羧酸的脱羧二氟甲基化和三氟甲基化反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 3944；Synfacts介绍了此文：Synfacts2012, 8, 750）。随后，他们还发现该氟烷基化脱羧反应也适用于β,γ-不饱和羧酸类底物（Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 11545）。该方法的亮点是不但反应的区域和立体选择性很高，而且由于反应对水和氧气不敏感，操作简单易行。

三、氟化盐的制备与纯化和熔盐的制备与纯化研究

（1）开发出含量≥99.99%高纯氟化盐（LiF、NaF和KF)制备工艺，制备出BeF2

由于氟化盐具有对中子吸收截面小，慢化效果好等优点，在核反应堆中广泛用作核燃料的溶剂和冷却剂。应用于核反应堆的氟化盐不但有很高的纯度要求，还对一些杂质离子有严格限制。如美国橡树岭国家实验室公布的几种杂质含量为硼 5ppm，镉 10 ppm，稀土10 ppm，镍 25ppm等。中科院上海有机化学研究所肖吉昌课题组开发了一种制备核纯级氟化盐（LiF、NaF和KF)新工艺。采取添加氟化钡的方法，达到了有效去除原料中杂质离子的目的，制备得到核纯级氟化盐。采用经氟化钡处理的LiOH水溶液与电子级氢氟酸反应制备出高纯LiF粉体。将制备的LiF溶解在电子级的氢氟酸溶液中加热浓缩，析出LiF·HF晶体，再经过过滤、洗涤和干燥，得到了高纯度的LiF，杂质金属离子的质量分数减少至1×10-6。在高纯水溶液中，利用Na2CO3（KOH或K2CO3）分析纯和电子级的氢氟酸合成了高纯NaF（KF）。

制备工艺路线：

（2）优化制备工艺，建立了熔盐核反应堆用冷却剂高纯FLiNaK熔盐合成方法

核反应堆必须具有适当的冷却系统以阻止反应堆达到不该有的高温，并将堆芯产生的热量转移出来加以利用。FLiNaK熔盐作为反应堆中二回路经常用到的冷却剂，其物理化学性质很大程度上取决于其纯度。中科院上海有机化学研究所肖吉昌课题组采取添加高纯氟化氢铵作为氟化试剂的方法，制备得到了符合核纯级熔盐要求FLiNaK熔盐，其氧含量低于200ppm，主要阳离子杂质含量均小于5 ppm，很大程度地降低了腐蚀介质的含量。并成功实现了熔盐制备从百克级的基础研究到50公斤级规模放大。该制备方法包括：制备高纯度的单品氟化盐、氟化试剂重结晶及添加、物理混合均匀、高真空度除水、程序控温加热、熔融及保温、转移储存、分析表征等一系列工艺制备过程。具有制备时间短，成本较低，安全性能好等优点。已递交专利申请：一种高纯FLiNaK熔盐的制备方法。

（3）设计研制了具有规模稳定生产能力的防腐蚀熔盐合成制备炉

中科院上海有机化学研究所肖吉昌课题组针对高温熔盐腐蚀性强、防腐材料很难选择这一挑战性课题，不断探索总结，先后自主研制了百克级、20公斤级和50公斤级熔炼设备，采取了一系列防腐措施，如内壁喷涂聚四氟乙烯防腐、视窗采用氟化钙晶体、熔炼坩埚由高纯等静压石墨制作、过滤网使用哈氏合金材料等，最终解决了设备使用与熔盐转移储存过程中的诸多问题，达到良好效果。研制的熔炼炉适用于无水、无氧、无污染要求条件下操作，将防腐蚀性技术、除水除氧技术、熔盐转移技术、真空感应加热熔炼技术等相结合，具有良好的防腐蚀能力和易操作性，特别适用于核能技术的氟化物熔盐熔炼制备。已递交专利申请：一种高纯熔盐制备熔炼炉。

（4）开发出快速、方便、重现性好的熔盐氧含量和HF水分分析方法。

        (a)在钢铁中氧含量分析方法的基础上，建立了熔盐中氧含量分析测试方法。由于熔盐的熔点较低、易挥发，与钢铁的物性差异大，易造成氧分析仪（美国LECO公司生产）电极污染，进而影响数据的准确性和重现性。通过不断调整脉冲电极电压，摸索出熔盐中氧释放的最佳温度为1200-1600 oC。这样，既能把试样中氧元素以一氧化碳或二氧化碳的形式挥发出来，又不至于由于温度太高导致熔盐大量挥发而污染电极。通过定量检测一氧化碳和二氧化碳气体的总量，即可获知试样中氧元素的含量。这种测量氧化物含量的方法，对100 mg样品的检测下限可以达到0.05 ppm，分析精度可达到0.5 %(相对标准偏差)，分析时间≤100秒。(b) 针对HF气体的高毒性和强腐蚀性，研制定做了专门用于测量HF中水分含量的卡尔费休水分仪。该分析仪的电极和容器采均用防HF腐蚀的PTFE材料，将储罐中的HF气体通过PTFE管路转移至防腐不锈钢钢瓶中，不锈钢钢瓶放置在分析天平上称重，然后把HF气体计量通入水分测定仪的反应池中，由卡尔费休试剂反应所消耗的容量，可方便地计算出HF气体中对应的水份含量。