
上海有機所在發(fā)展三氟甲基化試劑研究中取得重要進展
三氟甲基是一種重要的含氟官能團,許多含氟生物活性物質(zhì)都含有三氟甲基。近半個世紀以來,關(guān)于三氟甲基化試劑和反應(yīng)的研究一直是有機化學(xué)和藥物化學(xué)的重要研究課題。中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所有機氟化學(xué)院重點實驗室卿鳳翎課題組多年來一直從事三氟甲基化反應(yīng)的研究。他們首次提出并實現(xiàn)了“氧化三氟甲基化反應(yīng)”的新概念(J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7262)。該類反應(yīng)突破了傳統(tǒng)三氟甲基化反應(yīng)中底物的限制,為含三氟甲基和其他氟烷基化合物的合成開辟了一個新的方向(Acc. Chem. Res. 2014, 47, 1513)。
到目前為止,化學(xué)家們已經(jīng)發(fā)展了一系列的三氟甲基化試劑,但是這些試劑也存在各種問題:例如Togni試劑和Umemoto試劑合成復(fù)雜、價格昂貴;Ruppert-Prakash試劑和Langlois試劑在工業(yè)應(yīng)用上成本過高;三氟碘甲烷是一種不易操作的氣體等。因此發(fā)展更加廉價和容易操作的三氟甲基源具有挑戰(zhàn)性。最近,該課題組在發(fā)展三氟甲基化試劑研究領(lǐng)域又取得了重要進展,在光誘導(dǎo)氟烷基化反應(yīng)研究的基礎(chǔ)上(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 1479),獨辟蹊徑利用光氧化還原催化的策略發(fā)展了兩類易得和操作簡便的自由基型三氟甲基化試劑。
由于價格低廉和易得,三氟乙酸(TFA)及其衍生物是理想的三氟甲基化試劑。但是由于三氟甲基具有強吸電子性,使得三氟乙酸具有很高的氧化電勢(> +2.24 V),從而導(dǎo)致TFA很難發(fā)生氧化脫羧。傳統(tǒng)的三氟乙酸脫羧反應(yīng)條件苛刻且底物普適性差。該課題組將三氟乙酸與五氟碘苯在氧化劑存在下制得三氟乙酰氧基五氟碘苯(FPIFA)。高價碘試劑FPIFA在可見光氧化還原催化條件下和一系列芳(雜)環(huán)發(fā)生脫酸自由基三氟甲基化反應(yīng)(ACS Cat. 2018, 8, 2839)。該反應(yīng)條件溫和,反應(yīng)后產(chǎn)生的五氟碘苯可回收重復(fù)用于制備高價碘試劑FPIFA(圖一)。

圖一:高價碘試劑FPIFA在可見光氧化還原催化條件下作為可回收的自由基型三氟甲基化試劑
三氟甲烷磺酸酐(Tf2O)是有機合成中一類重要試劑,常用于各種親核試劑(O, N)的三氟甲磺?;磻?yīng)。該課題組利用吡啶原位親核活化Tf2O,在可見光氧化還原催化條件下實現(xiàn)了一系列芳環(huán)、芳雜環(huán)底物的三氟甲基化反應(yīng)(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 6926)。同時也實現(xiàn)了非末端炔的三氟甲基化-三氟甲磺酰氧化雙官能團化反應(yīng),將Tf2O中的三氟甲基和三氟甲磺酸根陰離子充分利用,該反應(yīng)具有很好的原子經(jīng)濟性(圖二)。

圖二:三氟甲烷磺酸酐在吡啶活化/可見光催化氧化還原條件下作為高效的三氟甲基化試劑
上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(B類)和中科院青年創(chuàng)新促進會的支持。
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