Angew:光催化苯乙烯类化合物的α-烷氧基五氟磺酰化反应

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    自从Cady课题组报道CF3SF5结构以来,五氟磺酰化反应一直以来都是一个具有挑战性的问题。虽然有报道称将SF5基团引入到小分子中可以引起一些化学或物理性质的改变,但是却缺少合适的现代合成方法。比如,将CF3基团替换为SF5基团可以引起药物药学性质的巨大改变。有机SF5化合物的特征预示着这个基团具有巨大的应用前景。然而,获得这些化合物却不是一件容易的事情。虽然Umemoto、Pitts 和Togni等课题组报道了通过二硫键来引入SF5基团,但是需要S2F10这样的毒性试剂,而且还会有SF5Cl及 SF5Br生成。另一方面,利用无毒的SF6试剂来实现相似反应却没有报道。在实际应用中,SF6是一种必不可少的绝缘气体,但它也是一种潜在的温室气体。因此,将SF6转化为化学基团是一种符合可持续发展理念的方法。

 
将SF6转化为SF5基团是一个困难的过程,这是由于SF6的键离解焓比较高,此外,SF6的特性进一步阻碍了光诱导的单电子转移过程,在低电子能量下,主要的活化途径是其分解为SF4和氟离子,Jamison 和 Rueping课题组利用这种反应模式实现了光催化的脱氧氟代反应(Figure 1)。


(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

光催化剂可以利用光能来实现化学转化,最近,德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的Hans-Achim Wagenknecht课题组报道了光催化的SF
6活化过程,实现了α-甲基及α-苯基苯乙烯化合物的α-烷氧基五氟磺酰化反应。该反应大大扩宽了合成范围,为合成SF5取代的化合物提供了一种新的方法。相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上(DOI: 10.1002/anie.201910830)。反应能够进行主要有以下三个重要原因(Figure 2):1)反应经两次光照激发过程,由于SF5自由基的强氧化性,这一过程对于反应顺利进行至关重要;2)MeOH对于自由基正离子的捕获抑制了自由基二聚反应;3)加入路易斯酸BEt3抑制了氟负离子的亲核进攻过程。


(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

首先,作者采用α-苯基苯乙烯2为模板底物进行条件优化,通过对浓度、催化剂用量、SF
6压力、添加剂等条件的优化,作者确定了反应的最优反应条件为:N-苯基吩噻嗪3为光敏剂、乙腈为溶剂、BEt3为添加剂、在2.8 bar SF6作用下,368 nm光照射反应22 h,最终以53%的收率得到目标产物。值得一提的是,直接由氟加成产物(45)与甲醇盐反应并不能得到产物。


随后,作者考察了醇类化合物的底物范围(Figure 3),具有支链的烷基醇、烯基醇、端炔醇、内炔醇、具有位阻的环戊醇均能参与到反应中,氰基、连烯等官能团也能兼容反应条件。苯酚并不能得到相应产物,可能是被光敏剂氧化所致。


(来源:Angew. Chem. Int. Ed.

随后,作者通过DSC实验检验了产物的熔点、沸点及稳定性,并对产物进行了后续转化(Figure 4),包括:1)在路易斯酸作用下,发生脱甲醇反应,生成烯基或烯丙基SF5化合物;2)在金催化剂作用下,OMe被N
3取代,生成叠氮化合物,可用于后续还原及click反应。
(来源:Angew. Chem. Int. Ed.


小结:Hans-Achim Wagenknecht课题组发展了光催化合成具有SF5取代的醚类化合物的方法,合成了具有新颖结构的化学骨架,烷氧基基团还可以进行后续转化。该反应采用无毒的SF6作为SF5来源,具有一定的应用前景,但收率较低,底物范围较窄,还需进一步发展。


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