
上海有機所在四氟乙烯-β-磺內(nèi)酯衍生氟烷基化試劑方面取得進展
便宜高效的氟烷基化試劑一直是有機氟化學的研究重點。由基礎(chǔ)工業(yè)原料四氟乙烯(F2C=CF2)和三氧化硫(SO3)反應(yīng)制得的四氟乙烯-β-磺內(nèi)酯,是制造商業(yè)Nafion?離子交換膜的關(guān)鍵原料之一。易于規(guī)模制備和價格低廉的優(yōu)勢,使得由四氟乙烯-β-磺內(nèi)酯衍生物,其發(fā)展得來的各種氟烷基化試劑有很強的實用性,具有潛在工業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)。
中國科學院上海有機化學研究所有機氟化學院重點實驗室陳慶云團隊自上世紀七十年代末,為了解決鍍鉻工業(yè)中鉻酸污染問題,開展由四氟乙烯合成全氟磺酸的研究,最終成功研制出鉻霧抑制劑F-53B(ClCF2(CF2)5OCF2CF2SO3K),開辟了一條獨特的含氟的碳-氧-碳-硫鍵中間體的合成方法。在此基礎(chǔ)下,由原料、中間體、產(chǎn)物、副產(chǎn)物所衍生出來的氟烷基化試劑和方法豐富多彩(Chin. J. Org. Chem. 2001, 21, 805)。其中,從
關(guān)鍵原料四氟乙烯-β-磺內(nèi)酯出發(fā),發(fā)展了一系列實用高效的三氟甲基化試劑、二氟甲基化試劑和二氟卡賓試劑(圖一,J. Fluorine Chem. 1995, 72, 241; Tetrahedron 2013, 69, 10955; Coord. Chem. Rev. 2014, 261, 28)。代表性的氟磺?;宜峒柞ィ?/span>FSO2CF2CO2Me)是廣為應(yīng)用的高效便宜三氟甲基化試劑(陳試劑,Chen reagent),通過該試劑實現(xiàn)了第一例有機鹵代物的催化三氟甲基化反應(yīng)(J. Chem. Soc., Chem. Comm. 1989, 705)。在此基礎(chǔ)上,最近該團隊又發(fā)展了新一代三氟甲基化試劑-氟磺?;宜徙~(Cu(O2CCF2SO2F)2),在更加溫和條件下,以優(yōu)秀的產(chǎn)率實現(xiàn)芳基鹵代物的三氟甲基化(RSC Adv. 2016, 6, 50250)。
然而,四氟乙烯-β-磺內(nèi)酯衍生出的眾多三氟甲基化試劑均為親核三氟甲基源,在應(yīng)用過程中,副產(chǎn)物二氧化硫可能影響反應(yīng)的同時,也帶來了環(huán)境污染問題,不利于試劑的應(yīng)用推廣。如何在高效實現(xiàn)三氟甲基化的同時,能夠規(guī)避,甚至是利用副產(chǎn)物二氧化硫是此類試劑進一步推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)。

圖一、代表性的由四氟乙烯-β-磺內(nèi)酯衍生的氟烷基化試劑
為了解決上述的挑戰(zhàn)性問題,陳慶云團隊計劃通過氧化自由基反應(yīng)策略,將親核三氟甲基物種轉(zhuǎn)變成自由基三氟甲基物種,再與烯烴反應(yīng)產(chǎn)生新的自由基A,進一步捕獲副產(chǎn)物二氧化硫得到中間體B,最后和親電氟化試劑結(jié)合,這樣,就能夠在實現(xiàn)三氟甲基化的同時,得到重要的烷基磺酰氟化合物(圖二)。

圖二、烯烴氧化自由基三氟甲基化氟磺酰基化反應(yīng)設(shè)計
經(jīng)過大量努力和實驗,該團隊用氟磺酰基二氟乙酸(FSO2CF2CO2H)和碳酸銀(Ag2CO3)反應(yīng),合成了氟磺酰基二氟乙酸銀(Ag(O2CCF2SO2F)),在
N-氟代雙苯磺酰亞胺(NFSI)作用下,同時向分子中高效引入三氟甲基和氟磺?;鶅煞N重要的含氟官能團,實現(xiàn)了非活化烯烴的三氟甲基化氟磺?;p官能團化(圖二,Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 15432;中國專利CN201710978989.7)。初步機理研究也驗證了該氧化自由基反應(yīng)策略。該策略將四氟乙烯-β-磺內(nèi)酯衍生的系列三氟甲基化試劑的應(yīng)用范圍首次擴大到了自由基三氟甲基化反應(yīng),并將反應(yīng)中產(chǎn)生的副產(chǎn)物二氧化硫充分利用,轉(zhuǎn)化為重要的磺酰氟基團。該方法試劑便宜易得,反應(yīng)溫和高效,普適性強,未來有望用于新型含氟藥物的研究開發(fā)。

圖三、Ag(O2CCF2SO2F)試劑制備和對烯烴的氧化自由基三氟甲基化氟磺?;?/span>
上述研究工作主要由劉超副研究員、碩士生劉永安、吳浩博士、趙剛博士等完成,得到了國家自然科學基金委、科技部、中國科學院和上海市科委的資助。
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