元素自由基化合物的合成与稳定
自由基是含不成对电子的原子、分子或离子,其与有机反应机理、结构化学和功能材料化学密切相关。多数自由基因其性质活泼而寿命很短。如何稳定活泼的自由基中间体是化学研究中的重大关键问题。
王新平课题组利用弱配位阴离子的独特化学性质,实现了自由基的配位稳定,率先制备了多种结构特殊、性质丰富的自由基化合物。该领域的代表性工作包括:
1. 弱配位阴离子稳定的阳离子自由基;
2. 碱金属参与配位稳定的阴离子自由基;
3. 具有独特结构与新颖化学键的元素自由基化合物。
路易斯酸诱导电子转移(LACET)策略制备功能自由基
王新平课题组首次在实验上观察到受阻Lewis酸碱对(FLP)之间存在单电子转移作用(SET)。在此基础上,有别于通过氧化还原反应制备稳定自由基化合物的传统策略,王新平课题组提出“路易斯酸诱导电子转移(LACET)”的合成策略,制备了一系列性质独特的自由基及其类似物。该领域的代表性工作包括:
1. 基于Donor-Acceptor结构的双自由基化合物的合成;
2. 有机反应自由基中间体的捕捉与稳定;
3. 具有极高亲电性与反应活性的卡宾与氮宾化合物;
4. 功能自由基材料的制备与合成。
独特物理性质的自由基化合物
自由基不仅是重要的有机反应中间体,其本身同样具有独特的物理性质,例如空气中的氧气、首例有机超导材料四硫富瓦烯(TTF)阳离子、以及调节血管功能的一氧化氮(相关工作获1998年诺贝尔生理医学奖) 等都是自由基分子。王新平课题组深入挖掘并开发出了一系列具有独特物理性质的自由基化合物。该领域的代表性工作包括:
1. 具有独特磁学性质的自由基:自旋双稳态、自旋阻挫、磁性一维链等;
2. 制备双自由基发光材料,并首次合成蓝色荧光的自由基化合物;
3. 具有极高光热转化效率的自由基化合物。
自由基参与的小分子活化转化
通过独特策略制备的稳定自由基及其类似物具有非常独特的反应活性。王新平课题组利用这些化合物,在温和条件下实现了对多种高价值小分子化合物的活化转化。该领域的代表性工作包括:
1. 自由基参与的白磷、硫磺、CO2等高价值小分子的活化转化;
2. 非金属条件下简单烷烃的C-H键选择性活化;
3. 自由基参与的稳定芳烃的配位活化与开环反应。
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