
上海有機所在二氟卡賓化學方面取得新進展
二氟卡賓是一種活潑的反應(yīng)中間體,可以實現(xiàn)多種化學反應(yīng),如X-H鍵(X = O, N, S等)的插入反應(yīng)、重鍵的[2+1]環(huán)加成等。尋找高效二氟卡賓試劑、發(fā)現(xiàn)新穎二氟卡賓反應(yīng)是有機氟化學的一個重要研究方向。
S. A. Fuqua和D. J. Burton等在上世紀六十年代就實現(xiàn)了醛、酮的Wittig二氟烯基化(ClCF2CO2Na + Ph3P + RCHO → RCH=CF2),但對反應(yīng)機理一直不明確。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的肖吉昌課題組通過對該反應(yīng)的深入研究,首次合成出了其關(guān)鍵反應(yīng)中間體——二氟乙酸鏻內(nèi)鹽(Ph3P+CF2CO2-, PDFA),證實了該反應(yīng)機理,并實現(xiàn)了這一反應(yīng)中間體的公斤級制備。該課題組發(fā)現(xiàn),Ph3P+CF2CO2-不僅可以作為Wittig型二氟烯基化試劑,也可以作為高效的二氟卡賓試劑。與以往大多數(shù)二氟卡賓試劑不同的是:Ph3P+CF2CO2-在溫和加熱條件下即可釋放二氟卡賓,且不需要外加任何添加劑或堿(Chem. Commun. 2015, 51, 8805-8808)。
作為二氟卡賓試劑,Ph3P+CF2CO2-可實現(xiàn)多種不同的反應(yīng)。他們發(fā)現(xiàn),二氟卡賓能與硫單質(zhì)或硒單質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生硫代氟光氣或硒代氟光氣,并因此發(fā)展了三氟甲硫基化和三氟甲硒基化方法。三氟甲硫基化反應(yīng)迅速高效,該方法就被成功應(yīng)用到18F-標記的三氟甲硫基化反應(yīng)中(Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 13236-13240; Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3196-3200)。硫代氟光氣具有親電性,可和胺類親核試劑反應(yīng)得到不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物,較為有趣的是HCF2S-取代雜環(huán)(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 16669-16673)。
二氟卡賓與硫/硒單質(zhì)的反應(yīng)展現(xiàn)了二氟卡賓一類新的反應(yīng)性能,使得他們有興趣去探索二氟卡賓與合適氧源或氮源的反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)以氨基鈉或氨氣為氮源時能夠產(chǎn)生氰根離子(CN-),并利用這一過程實現(xiàn)了光催化下的氰基二氟甲基化。反應(yīng)中Ph3P+CF2CO2-既作為二氟卡賓試劑提供CN-的碳源,又可捕獲質(zhì)子生成二氟甲基化試劑(Ph3P+CF2H X-),從而產(chǎn)生HCF2.自由基。盡管氰基化反應(yīng)已有長足發(fā)展,但常用氰基化試劑如TMSCN或KCN等存在毒性大或易揮發(fā)等缺點而受到限制。由二氟卡賓產(chǎn)生氰根離子,避免了氰基化試劑的直接使用;試劑廉價易得,反應(yīng)可同時引入CN和HCF2基團,這一簡便方法有望應(yīng)用于活性分子的合成。(Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 6079-6083)

圖一 Ph3P+CF2CO2-實現(xiàn)的氰基二氟甲基化
上述工作得到了科技部,國家自然科學基金委、中國科學院和上海市科委的資助。
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