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有机氟化学的研究一直是个比较热门的领域，在分子中引入氟原子能显著改变分子的理化性质，含氟化合物在生物医药、农用化学品、材料化学以及电子化学品等领域有着广泛的应用。相对C-F键形成而言，C-F键活化的研究比较少，最近一段时间C-F键官能团化反应吸引了许多研究人员的关注。C-F键活化在合成化学中具有一定的意义，可以实现多氟化合物到少氟化合物的转化，在某些情况下，能实现传统C-X键官能团化难以转化的反应。
众所周知，C-F键是最强的化学键之一，在有机分子中引入氟原子能增强其稳定性，但笔者认为是相对而言，由于氟的强电负性，C-F键键能特别强，氟上的孤对电子也能反馈到缺电子中心稳定α碳正离子和卡宾等中间体，但对于α-碳上电子云密集的化合物，反而会发生电子排斥，使分子不稳定。例如偕二氟烯烃、全氟芳烃等物质反应活性较高，β位有氟原子的碳负离子也容易发生β-氟消除，因此含有机氟化合物稳定的说法未必全对，要视情况稳定。基于以上分析，C-F键官能团化反应是可行的。
KenjiUneyama是氟化学经典图书《OrganofluorineChemistry》的作者，主要从事C-F键活化的相关研究工作。本文主要参考其2009年在ChemicalReviews上发表的综述“C-F Bond Activation in Organic Synthesis”，并就最新的一些研究进展进行补充。
本文主要从三个方面进行介绍：芳基氟化合物的C-F键活化、烯基氟的C-F键活化、烷基氟的C-F键活化。
芳基氟化物和芳基非氟卤代物性质区别很大，在过渡金属催化的氧化加成反应中，C-F键活性最低，格氏试剂由于镁与氟的强结合能力，可以促进C-F键氧化加成反应，而其它偶联试剂与C-F键偶联反应较难。而在SNAR反应中，氟可以稳定碳负离子中间体，故活性最高。C-F键的稳定并非绝对，要视反应体系而定，芳基氟化物的C-F键活化反应在药物开发以及材料制备中有一些独特的价值，在某些情况下，反应效果比其它卤代物好。下面从C-F键的氧化加成、C-F键还原活化、芳基氟化物亲核取代反应和脱氟化苯炔反应四个方面对其进行介绍。
1C-F键的氧化加成
过渡金属催化的C-C键形成反应在有机合成中占据着举足轻重的地位，sp2 C-X键的偶联反应在药物合成、全合成以及材料科学等领域用途广泛。过渡金属对C-I、C-Br键的氧化加成是比较容易的，C-Cl键在某些情况下也能较易实现，但C-F键的氧化加成十分困难，主要是C-F键键能较强（C6F6：154 kcal/mol）。
早在1993年，Tamao和 Kumada报道了Ni催化的芳基卤代物和格氏试剂的偶联反应，当时就发现，氟苯可以与格氏试剂发生偶联反应。
随后发现使用当量的Ni催化剂，可以分离得到各种Ni对C-F键氧化加成的复合物，氧化加成的方式可能有三种，不同金属氧化加成的位点有稍有区别。
除Ni外、Pt、W、Pd、Zr、Rh等过渡金属对C-F键氧化加成的复合物也能分离能到。
值得注意的是，金属氢化物可以以单电子转移的形式得到全氟芳基自由基，再与金属作用得到氧化加成复合物。
以上都是当量的反应，芳基氟化合物的C-F键催化氢化可以很好的实现，很多反应都需要加入硅化合物，利用F-Si键的强成键能力促进反应的进行，C-F键硅基化的反应也有见报道。
Ni催化的C-F键活化反应较其它过渡金属催化剂较多，由于镁与氟的结合作用强，格氏试剂与C-F键偶联反应效果最好。
Pd对C-X键的氧化加成顺序为：I~ OTs > Br > Cl >> F，一般情况下，C-F键的氧化加成不发生，但对于底物有强吸电子基的芳基氟代物（三羰基铬、硝基等），反应可以进行。
而对于格氏试剂，由于镁与氟的强结合能力，给电子氟苯也能发生反应。
2C-F键芳香亲核取代反应
芳烃一般容易发生亲电反应，但吸电子芳烃在亲核试剂作用下可以发生芳香亲核取代反应（SNAr）或者金属催化的偶联反应。众所周知，卤代物的亲核取代反应中，烷基卤代物的反应活性I> Br > Cl > F，而在芳基卤代物中，反应活性恰恰相反。这是由于SNAr反应中的决速步是亲核试剂对芳烃的亲核加成，而F的强吸电子性更能稳定碳负中间体。
有机化学的很多反应都表明SNAr反应中C-F键的反应活性远高于其它C-X键。
在非催化体系中，芳基卤代物的芳香亲核取代反应活性符合上述规律，但在催化剂的存在下，也可以选择性活化其它C-X键。对溴氟苯在没有催化剂时，甲氧基亲核反应的位点在C-F键，当往反应体系中添加10mol%的CuBr催化剂时，反应位点发生在C-Br键。
芳基氟化合物的芳香亲核反应在药物分子及高分子合成中十分有用。C-F键亲核取代反应在多种药物分子合成中有应用，较其它C-X键，C-F键反应效果更好。
C-F键亲核取代反应在高聚物合成中也有应用。
3C-F键还原活化
在金属单质的作用下，C-F键得到一个电子，转化为自由基负离子，再离去氟负离子形成碳自由基，碳自由基随后可以发生各种官能团化反应，常见的金属单质有锂、钠、钾、镁、锌等。
C-F键也能发生氢化还原脱氟反应，在Pd-C/H2作用下可以发生脱氟氢化反应，
LiAlH4也能使氟代芳烃发生脱氟反应，负氢亲核进攻C-F键，金属离子和氟负离子的强相互作用可以促使反应的进行。
4脱氟化苯炔反应
对于芳基氟化合物，可以发生脱氟反应形成苯炔。芳基卤代物与烷基锂试剂的反应，不同的卤原子反应模式不同，对于Br、Cl更易发生锂卤交换，而氟原子的锂卤交换更难，而β-H被烷基负离子拔掉，然后发生β-氟消除得到苯炔。
含氟烯烃化合物的C-F键活化大多涉及加成-消除机理，而加成所形成的碳负离子可以发生β-氟消除、SN2’、质子化等反应，最近比较热门的过渡金属催化的偕二氟烯烃C-F键官能团化反应也大多涉及这些原理。
1烯基氟的结构特点和反应性
烯基氟sp2杂化的C-F的活化多经历加成-消除机理，氟代烯烃特别是偕二氟烯烃对亲核试剂的反应性十分强。反应的驱动力主要有三个：①偕二氟烯烃的高电子云密度；②和氟化烷烃相比，sp2杂化的偕二氟烯烃热力学更不稳定；③亲核试剂进攻形成的碳负离子在氟的β-位，氟对β-碳负离子具有稳定作用。
亲核试剂进攻偕二氟烯烃后主要有三种反应模式：①加成消除机理，碳负离子在非质子溶剂中发生β-氟消除得到C-F键亲核取代化合物；②加成机理，碳负离子在被质子或亲电试剂捕获得到双键加成产物；③SN2’取代机理，如果γ-C上有离去基团，则会发生SN2’反应得到烯丙基二氟化物。
2烯基氟的反应
1,1-二氟乙烯在合成中有很多应用，在O、Si、C、P、N等亲核试剂作用下，可以发生各种官能团转化。
而在Heck反应中，1,1-二氟乙烯与碘苯反应得到的是β-氟消除产物而非β-氢消除产物。
烯基氟可以发生分子内关环反应，偕二氟烯烃的反应活性高于单氟烯烃，远远高于非氟卤代烯烃。
全氟环戊烯的反应活性很好，可以通过加成消除机理得到各种脱氟产物。
值得注意的是，由于多氟烯烃的高反应性，许多多氟烯烃毒性十分大，会与人体细胞组分发生反应，在使用时应特备注意。
接下来将介绍第三部分“烷基氟化合物的C-F键活化”，主要从烯丙位C-F键活化、低价金属促进的C-F键活化、Lewis酸促进的C-F键活化三个方面进行介绍。
1烯丙位C-F键活化
烯丙位C-F键活化研究最多的就是三氟丙烯基，三氟丙烯基中C-F键受相连的π体系影响具有一些独特的反应性。三氟甲基丙烯类化合物具有三种反应模式：①和亲核试剂反应，随后发生SN2’反应得到偕二氟烯烃化合物或者发生质子化得到加成产物；②和亲电试剂反应，值得注意的是，所产生的碳正离子在三氟甲基的β位，三氟甲基的强吸电子作用使得在β位更稳定；③和自由基反应，与和亲电试剂反应不同，所产生的碳自由基再三氟甲基的α位，可能是位阻决定反应的位点。
三氟甲基丙烯类化合物的C-F键活化主要基于SN2’机理，亲核试剂进攻双键，然后发生β-氟消除。
电化学也能促进三氟甲基丙烯类化合物的反应，电在这类反应中充当着还原剂的角色。
2低价金属促进的C-F键活化
C-F键通常是惰性的，十分稳定，很难被氧化剂等破坏，但与此相反，C-F键在强还原剂作用下会断裂。还原剂给出一个电子，烷基氟化合物变成自由基负离子，然后异裂成氟负和碳自由基，碳自由基继续被还原成碳负离子，进而与各种亲电试剂反应。
接下来为大家介绍两种反应模式：脱卤氟反应（A）和SN2’脱氟反应（B）。
α-三氟甲基溴代物在锌、镁、铝等还原下，发生脱卤氟反应得到偕二氟烯烃。
三氟甲基酮类化合物在镁还原下，可以得到偕二氟烯醇硅醚，由偕二氟烯醇硅醚可以制备二氟一氯甲基酮类化合物，该化合物是重要的二氟卡宾前体。
3Lewis酸促进的C-F键活化
一般情况下，C-F键对亲核试剂在中性或碱性条件下是惰性的，反应性R-I> R-Br > R-Cl >> R-F，但在Lewis酸特别是BX3、AlX3催化下，C-F键会被活化，在某些情况下，反应性高于其它碳卤键。
傅克烷基化反应中，在BF3催化下，选择性发生C-F键活化反应。
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