含氟化合物在医药和材料等领域有着广泛的应用，因此开发新的“上氟”方法十分有意义。卡宾作为一种瞬态中间体，通过金属参与可以调控其反应活性并拓展其反应模式，已被广泛用于合成化学当中。二氟卡宾则广泛见于有机氟化学，其一般以游离态的形式参与反应，能直接与各类亲核试剂或者烯烃等二氟卡宾受体发生反应。相对金属卡宾化学的广泛发展，金属二氟卡宾的研究相对较少，特别是铜二氟卡宾，其分离和表征一直是领域内很大的挑战。利用过渡金属与二氟卡宾，理论上能改变其电子云分布，从而可以调控二氟卡宾的反应活性，丰富其反应类型。近日，中国科学院上海有机化学研究所的张新刚研究员和薛小松研究员合作报道了首例铜催化的二氟卡宾转移反应，并对铜二氟卡宾中间体的单晶结构及其反应性进行了深入的研究。中科院上海有机化学研究所张新刚课题组一直从事金属二氟卡宾化学的相关研究，并在钯二氟卡宾领域取得了许多突破性成果（Org. Lett. 2016, 18, 44；Nat. Chem. 2017, 9, 918；Nat. Chem. 2019, 11, 948； CCS Chem. 2020, 2, 293）。一价铜和零价钯具有相同的外层d电子数，但相较于零价钯，一价铜的氧化加成较慢，故一价铜二氟卡宾和零价钯二氟卡宾可能具有不同的反应活性。
基于一价铜的性质，他们设想配体配位的二铜配合物能和二氟卡宾发生反应得到可分离的铜二氟卡宾络合物。基于双金属中心配位以及大位阻配体保护这两种策略，张新刚研究员课题组成功合成、分离并表征了首例一价铜二氟卡宾 [CuI]=CF2络合物。这两种策略得到的[CuI]=CF2物种均表现出亲电性，是Fischer型卡宾，而零价钯二氟卡宾[Pd0]=CF2的表现出亲核反应性。以TMSCF2Br作为二氟卡宾源，A1能以40%的收率生成铜二氟卡宾络合物B1；以TMSCF3作为二氟卡宾源，C1能以80%的收率得到D1。[CuI]=CF2 B1和D1在水存在下不稳定，得到的降解产物；在各种不同条件下，对烯烃、部分亲核试剂（如KF、三氟甲基负离子、烯醇硅醚和NaBPh4等）和部分亲电试剂（如烯丙基溴和碘苯等）反应性较差，并没有观察到二氟卡宾转移产物的生成。
幸运的是，在LiOTf促进下，D1和烯醇硅醚和烯丙基溴能发生三组分反应以60%的收率得到二氟烷基化合物。这表明，铜二氟卡宾在该条件下能高效实现二氟卡宾转移反应，且有望实现催化循环。基于铜二氟卡宾的反应性，该课题组利用氯化亚铜（CuCl）作为催化剂，NaI为添加剂， BrCF2CO2K为二氟卡宾前体，实现了以廉价易得的烯醇硅醚和烯（炔）丙基溴亲电试剂作为反应组分对二氟烷基化合物的高效模块化合成。
该铜二氟卡宾参与的催化偶联反应能以低至0.2 mol%的催化剂载量实现十克级放大，官能团兼容性好、反应体系简单、操作简便，为含氟分子的高效合成提供了新思路。基于机理实验和DFT计算，作者提出了可能的反应机理（图g）。该反应中，亲电的[CuI]=CF2是活性中间体，能够与亲核试剂反应生成新的氟烷基铜物种；该物种不仅能够与烯丙基溴发生氧化加成，还能够再插入一个二氟卡宾，随后通过迁移、β-F消除等过程生成三氟代烯烃。添加剂NaI可以通过与CuCl形成 [NaCuCl(I)]延缓BrCF2CO2K释放二氟卡宾，从而提高反应效率
总结：中国科学院上海有机化学研究所张新刚研究员和薛小松研究员等报道了首例铜催化的二氟卡宾转移反应，并对反应机理进行了深入研究，为铜二氟卡宾化学的发展奠定了重要理论基础，也丰富了二氟卡宾的反应性研究。参考文献：10.1038/s41557-023-01236-8
