
上海有機(jī)所在四氟乙烯-β-磺內(nèi)酯衍生氟烷基化試劑方面取得進(jìn)展
便宜高效的氟烷基化試劑一直是有機(jī)氟化學(xué)的研究重點(diǎn)。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(qiáng)的實(shí)用性,具有潛在工業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)。
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)室陳慶云團(tuán)隊(duì)自上世紀(jì)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(dú)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(shí)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(shí)現(xiàn)了第一例有機(jī)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(tuán)隊(duì)又發(fā)展了新一代三氟甲基化試劑-氟磺酰基二氟乙酸銅(Cu(O2CCF2SO2F)2),在更加溫和條件下,以優(yōu)秀的產(chǎn)率實(shí)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(shí)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(jìn)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(tuán)隊(duì)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(jìn)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(shí)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?;磻?yīng)設(shè)計
經(jīng)過大量努力和實(shí)驗(yàn),該團(tuán)隊(duì)用氟磺?;宜幔?/span>FSO2CF2CO2H)和碳酸銀(Ag2CO3)反應(yīng),合成了氟磺?;宜徙y(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酰基兩種重要的含氟官能團(tuán),實(shí)現(xiàn)了非活化烯烴的三氟甲基化氟磺?;p官能團(tuán)化(圖二,Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 15432;中國專利CN201710978989.7)。初步機(jī)理研究也驗(yàn)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(kuò)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(tuán)。該方法試劑便宜易得,反應(yīng)溫和高效,普適性強(qiáng),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(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)院和上海市科委的資助。
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