最近，中国科学院上海有机化学研究所先进氟氮材料全国重点实验室的张新刚课题组报道了一种热均裂解锁二氟卡宾成为氟碳自由基的新机制，同时首次提出了含氟碳基活性中间体统一性概念（UFAI），其中计算部分由上海有机所的薛小松课题组完成。该研究工作通过芳基二氟甲基钯物种的热均裂，成功将二氟卡宾转化为二氟烷基自由基，实现了其作为氟碳负离子与氟碳自由基的双重功能，突破了二氟卡宾由于其基态单线态与激发态三线态之间存在高能垒（57 kcal/mol），很难使二氟卡宾变为自由基的挑战。该研究同时表明，金属二氟卡宾物种可以作为一个核心平台，使二氟卡宾拥有亲核、亲电和自由基的反应特性，进而可以完成形式上对含氟碳基活性中间体的统一，从而为含氟有机化合物的高效精准合成提供了一种全新思维。

图1 二氟卡宾成为氟碳自由基的挑战及策略

 作者以芳基二氟甲基钯配合物为研究对象，通过自由基钟实验、EPR波谱、质谱检测及DFT计算，揭示了其Pd-C键的热诱导均裂机制。实验与理论计算共同表明，碱的引入可显著降低Pd-C键的键解离自由能（BDFE），促使均裂释放芳基二氟甲基自由基。该过程首次实现了二氟卡宾到氟烷基自由基的可控转变，为基于自由基路径的金属催化二氟卡宾转移反应提供了理论基础。基于该发现，作者实现了芳基碘代物、一氯二氟甲烷与活化烯烃的偶联反应，高效合成了一系列芳基二氟烷基化合物。这也是首例二氟卡宾与两个碳亲电试剂的还原偶联反应。该反应底物亦可拓展至共轭烯醛以及丙烯酸酯类化合物。反应所得产物经多样性转化可快速构建多种芳基二氟烷基环状结构，体现了该方法在药物研发上的应用价值。机理实验研究表明，在反应过程中，零价钯首先与碘苯进行氧化加成，随后再与二氟卡宾配位进行后续反应。氘代实验以及计算化学证明了环己酮作为质子源的关键作用。

图2 自由基介导的钯催化二氟卡宾转移反应

该工作近期发表于J. Am. Chem. Soc. 2025 ，https://doi.org/10.1021/jacs.5c15052。上海有机所先进氟氮材料全国重点实验室的张新刚研究员和薛小松研究员为共同通讯作者，中国科学院上海有机所博士研究生孙世平和牟童为共同第一作者，其中薛小松研究员和牟童负责理论计算部分。