武汉大学沈晓教授团队：基于氟烷基酰基硅烷的有机氟化物合成

有机氟化合物在合成化学、药物化学及材料化学领域占据核心地位。氟烷基酰基硅烷作为合成有机氟化合物重要试剂，除通过阴离子Brook重排原位生成二氟烯醇硅烷外，光激发酰基硅烷的自由基Brook重排及双自由基反应活性的选择性调控，为多种有机氟化合物的合成开辟了新路径。下文简要介绍武汉大学沈晓教授课题组在利用氟烷基酰基硅烷合成有机氟化合物方面取得的进展。

2022年，武汉大学沈晓课题组报道了第一例可见光诱导的三氟乙酰基硅烷和炔烃的有机催化[2+1]环加成反应，合成α-三氟甲基化环丙烯化合物。三氟乙酰基硅烷通过能量转移催化形成激发态三线态，再经过Brook重排生成新型的双亲性给体-受体卡宾，与活化和非活化炔烃均能有效的反应。该反应操作简单，条件温和，底物范围广，官能团耐受性好。

同年，沈晓课题组报道了第一例可见光诱导的三氟乙酰基硅烷和二氟乙酰基硅烷与烯烃的环丙烷化反应。芳香族和脂肪族烯烃以及缺电子烯烃均能良好的兼容该反应，并且都能取得较高的顺式选择性。已报道过由非氟化酰基硅烷衍生的硅氧卡宾是亲核的，需要与金属络合生成亲电的金属卡宾才能与未活化的烯烃反应。而该课题组开发的氟烷基硅氧卡宾是双亲性给体-受体卡宾，在可见光照射下可以直接与未活化的烯烃反应。实验和计算结果表明，三线态卡宾是该反应的关键中间体。

同年，沈晓课题组报道了含氟乙酰基硅烷与1,3-烯炔的对映选择性还原偶联反应，首次实现了含氟酰基硅烷在不对称合成中的应用。其偶联产物还可以通过Brook重排转化为含氟烯醇硅醚化合物，同时保留对映体纯度，通过多步骤一次分离的方式合成了一系列炔基、烯基和烷基取代的含氟烯醇硅醚。烯醇硅醚作为一类有用的中间体，可以进一步转化为高对映选择性的氟烷基酮化合物，展现出其合成应用潜力。

2024年，沈晓课题组报道了可见光诱导的三氟乙酰基硅烷与1,3-唑类化合物的C(sp2)-H键官能团化反应。三氟乙酰基硅烷在该反应中起到双重作用：（1）生成硅氧卡宾与1,3-唑发生[2+1]环加成反应，得到三元环中间体；（2）形成双自由基，通过氢原子转移过程促进三元环开环，得到最终产物。该策略也可应用于生物活性分子的合成。

同年，沈晓课题组又报道了可见光诱导的氟烷基硅氧卡宾对有机硼酸酯中C-B键的插入反应，用于发散合成氟烷基酮化合物。其中，选择性的控制原位生成的有机硼酸酯配合物的反应性是实现发散转化的关键。在碱性条件下，有机硼酸酯配合物发生脱硼氟消除反应，形成烯醇硅醚中间体，随后与各种亲电试剂反应生成脱氟官能团化的酮类化合物。在过氧化物存在的条件下，氟烷基的1,2-迁移有利于生成缩酮中间体，淬灭后得到氟烷基酮化合物。

同年，沈晓课题组报道了含氟乙酰基硅烷与2-氮杂-3-硅氧基-1,3-丁二烯的非对映选择性[4+2]环加成反应，合成氟烷基4-氧杂-δ-内酰胺衍生物。该反应实现了含氟酰基硅烷参与的杂-Diels-Alder反应，无需金属催化剂或添加剂，反应条件温和，并取得了较高的非对映选择性。

2026年，沈晓课题组报道了一种模块化合成氟烷基取代环丙烯（包括二氟甲基化衍生物）的新策略：通过利用氟烷基酰基硅烷作为卡拜正离子等价物，借助硅氧基团的离去能力，实现与炔烃的一锅法光催化[2+1]环化及酸催化C-O键官能团化反应。该反应条件温和、底物范围广，可高效制备多种氟烷基取代的环丙烯基醚、芳烃、烷烃、硫醚、胺类及叠氮化合物。

同年，武汉大学沈晓课题组报道了三氟乙酰硅烷与1,3-烯炔之间的钯催化级联反应，该反应能够高效合成多种6-三氟甲基-2H-吡喃，且产率良好。该转化具有广泛的底物适用范围、出色的官能团兼容性以及高度的区域选择性和化学选择性。计算研究表明，该反应机理涉及钯催化对炔烃部分的碳-硅键插入，以及随后原位生成的三氟甲基化氧杂三烯的氧杂-6π-电环化反应。通过克级合成及多种下游衍生转化，进一步证明了该方法的合成实用性。

另外，2025年，沈晓课题组发现三氟乙酰基硅烷可以作为光敏剂诱导环丙烯的分子间[2+2]环加成反应，构建刚性环己烷，首次展示了酰基硅烷作为光催化剂的潜力。

总而言之，含氟酰基硅烷试剂的发展，特别是通过原位生成卡宾、双自由基等活性中间体的策略，突破了传统两电子过程的局限，为设计合成那些难以通过常规方法制备的复杂有机氟化合物，提供了全新的反应路径与构建平台。

乐研-武大产学研合作产品

1. G. Zhou, X. Shen*. ''''Synthesis of Cyclopropenols Enabled by Visible-Light-Induced Organocatalyzed [2+1] Cyclization'''' Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202115334. 
2. Y. Zhang, G. Zhou, X. Gong, Z. Guo, X. Qi*,  X. Shen*. ''''Diastereoselective Transfer of Tri(di)fluoroacetylsilanes-Derived Carbenes to Alkenes'''' Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202202175.
3. X. Fang, W. Wen,  P. Jin, W. Bao, S. Liu, H. Cong, X. Shen*. ''''Synthesis of Enantioenriched Fluorinated Enol Silanes Enabled by Asymmetric Reductive Coupling of Fluoroalkylacylsilanes and 1,3-Enynes and Brook Rearrangement'''' ACS Catal. 2022, 12, 2150-2157. 
4. Z. Li, Z. Zhang, Z. Zhang, G. Zhou, Y. Zhang, S. Liu*, X. Shen*. "Visible-Light-Induced Organocatalyzed C(sp2)-H Bond Functionalization of 1,3-Azoles with Trifluoroacetylsilanes. '''' Sci. China. Chem. 2024, 67(11): 3662-3668.
5. G. Zhou, Z. Guo, S. Liu, X. Shen*. ''''Divergent Synthesis of Fluoroalkyl Ketones through Controlling the Reactivity of Organoboronate Complexes.'''' J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 6, 4026–4035.
6. D. Song, Y. Zhang, X. He, G. Zhou, W. Zhang, X. Shen*. "Metal-Free and Diastereoselective Synthesis of 4-Oxa-δ-Lactams with 2-Aza-3-silyloxy-1,3-butadienes and Fluoroalkyl Acylsilanes." Eur. J. Org. Chem. 2025, e202401351.
7.  G. Zhou, Y. Yao, X. He, W. Zhang, S. Liu, X. Shen*. "Modular synthesis of fluoroalkyl-substituted cyclopropenes with fluoroalkylacylsilanes as carbynyl cation equivalents." Chem 2026, 12, 102721.
8. P. Jin, X. He, S. Liu, X. Qi, X. Shen. "Synthesis of Trifluoromethylated 2H-Pyrans enabled by Pd-Catalyzed Cascade Cyclization of  Trifluoroacetylsilanes and 1,3-Enynes." CCS Chem. 2026, 8, 1267-1275.

9. M. Wang, Y. Zhang, S. Liu, X. Shen*. "Synthesis of rigidified cyclohexanes enabled by visible-light-induced trifluoroacetylsilane-mediated [2+2] cycloaddition of cyclopropenes." Chin. Chem. Lett. 2025, 36, 110758.

10. X. Shen*. "Fluoroalkylacylsilanes as Novel Ambiphilic Donor–Acceptor Carbene Precursors." Acc. Chem. Res. 2025, 58, 9, 1519–1533.