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    发布时间:2018-11-27 10:23:39    点击:149

潘毅教授课题组和梁勇教授合作在Angew. Chem. Int. Ed.上发表脱羧自由基氟化研究成果


    三氟甲基 (CF3) 基团是一类非常重要的含氟官能团,在过去的十几年里,化学家们发展了多种高效的三氟甲基化试剂,但是大多合成繁琐、价格昂贵,在大规模应用中有一定局限。三氟乙酸 (TFA)和酸酐(TFAA)是工业化的廉价三氟甲基源,但由于CF3的强吸电子效应,使得三氟乙酸根离子具有很高的氧化电势(CF3CO2- E1/2ox > +2.4 V vs SCE),很难发生氧化脱羧释放三氟甲基自由基(CF3·)。因此以往的报道通常需要高温、过量的强氧化剂或者金属试剂等苛刻的反应条件来活化 (图1A)。Baran课题组发展的NHPI类型氧化还原活性酯 (RAEs) 是一种很好的活化羧酸类化合物的方法,由此衍生的脱羧官能化方向发展迅猛。但是由于电性,现有的方法不能活化三氟乙酸,Sanford课题组报道的CF3-NHPI酯,N-O键断裂时会选择性的生成PhthN• 和CF3CO2-。近期, Stephenson课题组使用吡啶N-氧化物原位活化TFAA的策略,实现了芳烃的三氟甲基化反应。而开发稳定廉价的具有氧化还原活性的氟代烷基化试剂,仍然具有很大的挑战和迫切的需求。
 
 
图1 反应设计
    最近,潘毅教授课题组从肟酯类化合物的N-O键断裂产生亚胺自由基反应中受到启发,设想通过控制肟酯的电子亲和力的性质,选择性地断裂弱的N-O键(BDE = 54 kcal•mol-1),也可以产生氧自由基和亚胺自由基。作者通过在肟酯中引入一个良好的卤素离去基团,可以稳定富电子的亚胺,用于对抗活性酯中CF3基团的强吸电子效应。这种氯亚胺酰基(NHBC)酯,在光催化的条件下,N-O键断裂生成三氟乙酰氧自由基(CF3CO2·),进一步脱羧得到CF3自由基。
    这种新的离去基团辅助策略,使用NHBC酯在温和的光催化条件下,高效的实现了三氟乙酸的脱羧,释放出三氟甲基自由基,对于其他含氟基团 (CF2H, C2F5, C3F7) 同样具有很好的活化效果,并且作者将其应用到了未活化烯烃的氢化氟烷基化反应和氟化迁移反应中,反应条件温和,底物适应范围广。
    此外,合作者梁勇教授还通过DFT理论计算佐证了NHBC比NHPI更容易拉动电子,在热力学上更有利于产生各种含氟烷基自由基和亚胺负离子,同时氯的离去也降低了整个体系的熵 (图2)。该成果以“A General Leaving Group-Assisted Strategy for Photoinduced Fluoroalkylations using N-Hydroxybenzimidoyl Chloride Esters”为题发表在德国应用化学上(Angew. Chem. Int. Ed. 2018,DOI: 10.1002/anie.201812192)。
 
 
图2 机理探索
    该工作由本院张为钢和邹振雷同学共同完成,由潘毅教授和王毅副教授指导,梁勇教授为此工作做了充分的热力学计算。上海有机所卿凤翎和胡金波教授对论文提供了宝贵建议。上述工作得到国家自然科学基金、中组部青年千人计划以及江苏省自然科学基金的资助。


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