
上海有機(jī)所在含氟雜芳基砜類試劑研究中取得新進(jìn)展
含氟有機(jī)化合物在功能材料、醫(yī)藥、農(nóng)藥等方面有著廣泛的應(yīng)用,因此發(fā)展向有機(jī)分子中高效、高選擇性地引入氟原子和含氟片段一直是有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域中的重要研究方向。中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所有機(jī)氟化學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的胡金波課題組一直致力于有機(jī)化學(xué)中獨(dú)特氟原子取代效應(yīng)(氟效應(yīng))的研究,并在基于含氟含硫試劑的選擇性氟烷基化和氟烯基化方面取得了一系列成果 (Chem. Rev. 2015, 115, 765)。近期,他們對(duì)含氟雜芳基砜這一類分子的多樣性反應(yīng)開展了深入研究,發(fā)展了新型含氟試劑和合成方法,為含氟有機(jī)化合物選擇性合成提供了新的工具和思路。
該小組于2010年首次報(bào)道了二氟甲基(2-吡啶基)砜(2-PySO2CF2H)這一新試劑對(duì)醛以及酮的脫氧偕二氟烯基化反應(yīng)(Org. Lett. 2010, 12, 1444; Chem. Eur. J. 2014, 20, 7803),不但首次捕獲到了反應(yīng)中的含氟亞磺酸鹽中間體,并且發(fā)展了新的氟烷基化反應(yīng)(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 2559; J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 5790; Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 638)。得益于2-吡啶基這一雜芳基的獨(dú)特調(diào)控性,目前,2-PySO2CF2H已經(jīng)成為一種將羰基化合物轉(zhuǎn)化為偕二氟烯烴以及制備在藥物開發(fā)中具有重要價(jià)值的少氟烷基亞磺酸鹽的重要試劑,被國內(nèi)外同行稱為“胡試劑(Hu’s reagent或Hu reagent)”。2015年, 他們還利用本團(tuán)隊(duì)開發(fā)的單氟烷基(2-吡啶基)試劑與醛反應(yīng),通過含氟亞磺酸鹽中間體在分解成烯過程中的動(dòng)力學(xué)拆分發(fā)展了一種液相—液相萃取高效分離單氟烯烴順反異構(gòu)體的方法,首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)單氟烯烴順反異構(gòu)體的“無痕”化學(xué)分離(J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 5199) (圖一)。

圖一、氟烷基(2-吡啶基)砜試劑在氟烯基化和氟烷基化中的應(yīng)用
在此基礎(chǔ)上,該小組利用含氟雜芳基砜的反應(yīng)特性,研究了從氟烷基砜可控產(chǎn)生氟烷基自由基的方法。他們使用可見光氧化還原催化的溫和反應(yīng)條件,首次實(shí)現(xiàn)了含氟砜的單電子轉(zhuǎn)移還原,將氟烷基(2-苯并噻唑基)砜以及氟烷基(2-吡啶基)砜發(fā)展成了新型實(shí)用的氟烷基自由基前體(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 2743),為含氟砜參與的自由基氟烷基化反應(yīng)研究奠定了基礎(chǔ)。
最近,該團(tuán)隊(duì)利用含氟雜芳基砜試劑又成功地發(fā)展了首例鐵催化的對(duì)芳烴或雜芳烴的高效二氟烷基化反應(yīng)(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 880)。多年以來,在過渡金屬參與的氟烷基化反應(yīng)研究領(lǐng)域,過渡金屬催化的氟烷基化一直是研究熱點(diǎn)。從1969年英國科學(xué)家和日本科學(xué)家首次報(bào)道了銅粉參與的對(duì)芳基碘化物的三氟甲基化和全氟烷基化反應(yīng)以來,銅參與或促進(jìn)的氟烷基化反應(yīng)是研究得最為廣泛的研究方向。最近十年以來,鈀催化和鎳催化的氟烷基化反應(yīng)也迅速興起, 但是鐵催化下對(duì)芳烴的直接氟烷基化反應(yīng)的報(bào)道極為罕見。他們利用廉價(jià)易得的Fe(acac)3作為催化劑,TMEDA作為配體,利用他們?cè)瓌?chuàng)的2-PySO2CF2H試劑,成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)芳基鋅的高效二氟甲基化反應(yīng)(圖二)。他們通過初步機(jī)理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)自由基捕獲劑或者單電子轉(zhuǎn)移抑制劑都可以阻止該二氟甲基化反應(yīng)發(fā)生?;诖耍麄兲岢隽艘粋€(gè)經(jīng)由二氟甲基自由基形成二氟甲基鐵物種的反應(yīng)機(jī)理。這也是首例過渡金屬催化下含氟雜芳基砜參與的經(jīng)由Rf—S鍵斷裂而實(shí)現(xiàn)的交叉偶聯(lián)氟烷基化反應(yīng)。
上述工作得到了國家科技部、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國科學(xué)院和上海市科委的資助。
圖二、含氟雜芳基砜的單電子轉(zhuǎn)移還原用于交叉偶聯(lián)氟烷基化反應(yīng)
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