當前報道的鈷氟絡合物主要用于以下兩種反應：（1）鈷氟絡合物并沒有作為氟化試劑用于后期的氟化反應，而是將其作為鈷氫絡合物的前體參與到烯烴的氫化官能團化反應（圖1A）；（2）鈷氟絡合物作為親核氟試劑進行氟化反應（圖1B），然而由于當前報道的合成鈷氟絡合物的方法較少而限制了該方法的應用。因此，如何合成鈷氟絡合物以及將其用于后期的氟化反應仍具有一定的挑戰性。Hofmann?Lo?ffler?Freytag reaction（HLF反應）選用氮鹵化合物在引發劑的作用下生成氮自由基，再經過1,5-H遷移后完成環化反應，與其他氮鹵化合物相比，N-F化合物具有較高的熱力學穩定性和易于保存等特點。因此，作者設想以N-F化合物自身為氟源，在金屬鈷催化條件下現場生成鈷氟絡合物，作為氟自由基的載體轉移到底物1,5-H遷移后的位置上，實現惰性C-H鍵的高效氟化反應（圖1C）。

圖1 有機金屬鈷氟的在催化反應中的應用

（來源：Org. Lett.）

作者以鄰位甲酰胺氟甲苯為底物，Jacobsen Co(salen)為催化劑，在最優條件下可以以93%分離收率得到目標的芐位氟化產物。對反應底物的普適性進行研究發現，無論是吸電子還是供電子基團取代的苯環均能得到中等到良好的產率，包括環丙基、烯烴、炔烴取代的底物。同時，該反應也能順利擴大到克級規模制備。對于二級、三級取代的芐位碳以及雜環取代的底物反應也能順利進行。特別需要指出的是，對之前Cook小組報道的鐵催化條件下不成功的化合物進行了探索，也得到良好的收率，這表明該反應體系具有非常好的普適性。

圖2 鈷催化的C-H氟化底物

（來源：Org. Lett.）

作者對反應的機理進行了深入的探討。紫外-可見光譜、循環伏安法等研究表明反應過程中可能經歷了Co^III-F中間體。通過自由基捕獲實驗分離得到TEMPO捕獲的產物，證明反應可能經歷自由基機理。DFT計算進一步支持反應的自由基路徑。據此，作者提出以下機理：首先鈷催化劑與底物發生一步單電子轉移反應，生成Co^III-F中間體和氮自由基。該氮自由基隨后發生分子內的1,5-H遷移，生成新的碳中心自由基。此時，鈷氟絡合物作為氟自由基的載體，將氟原子轉移到該碳中心自由基上，同時再生鈷催化劑，從而實現化合物的高效、高選擇性氟化。

圖3 C-H氟化機理

（來源：Org. Lett.）

作者嘗試將該方法擴展到脂肪族化合物時，并沒有得到預期的氟化產物，而是得到了分子內胺化反應的產物。實驗結果表明該反應并不局限于傳統的芐位環化反應，也能得到非芐位的一級、二級碳環化產物，但對于六元環的合成該反應并沒有很好的選擇性。對于環化反應的機理，初步的DFT計算表明Co^III-F在環化過程中可能起到了協同N-H上氫原子離去的作用。對該反應在不同底物中表現出的選擇性，還需進一步的深入研究。

圖4 鈷催化的C-H胺化底物

（來源：Org. Lett.）

綜上，葉克印課題組實現了金屬鈷催化的高選擇性C-H氟化和胺化反應。反應通過原位生成鈷氟絡合物并將其作為潛在的自由基氟化試劑。該策略在有機化合物的高效、高選擇性氟化反應具有非常廣闊的應用前景，相關研究正在進行中。

該工作的第一作者是福州大學碩士生郭朋，DFT計算由廈門大學朱軍教授課題組李圓圓完成。該研究項目得到國家自然科學基金青年項目、福州大學閩江學者特聘教授計劃（葉克印教授）以及萬人計劃青年拔尖人才（朱軍教授）資助。