研究背景
全氟叔丁基【(CF₃)₃C–，PFtB】比三氟甲基展现出更极致的性质。最独特地，九个氟原子处于相同化学环境，能提供一个唯一而又强烈的 ¹⁹F 信号，这在治疗和诊断领域具有显著优势，如 ¹⁹F NMR 探针、¹⁹F MRI 造影剂等。
氮元素在生物活性分子中无处不在，因此，将这两者结合的 N-全氟叔丁基官能团，尤其是 N-全氟叔丁基仲胺是非常有吸引力和应用潜力的。
然而，事实上该类仲胺十分罕见，主要原因是合成方法受限。
研究背景
近日，南京理工大学易文斌课题组基于先前对 N-三氟甲基仲胺的合成以及化学稳定性的探究（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202212115.），利用其易发生 β-氟消除的现象，开发了由 N-三氟甲基仲胺一步直接合成 N-全氟叔丁基仲胺的反应。
该体系的优势在于单一三氟甲基源 (TMSCF₃) 的使用以及起始原料 N-三氟甲基仲胺本身作为氢源。此外，在 CsF 的促进作用下发生氟化氢消除对该反应的成功至关重要。值得一提的是，氢在 N–H 键断裂后会重新以氟仿 (HCF₃) 加成的形式最终回到原位。该方法兼容多种功能基团，如硝基、氰基、卤素、甲氧基等，还有噻吩、吡啶等杂环化合物。
Figure 1. 合成路线设计
实验和理论计算表明，这一新颖的策略包括三个主要步骤：N-三氟甲基仲胺在氟化铯的协助下消除一分子氟化氢生成二氟甲基亚胺 (R–N=CF₂)；R–N=CF₂ 与体系中的 CF₃⁻ 反应，经过连续两次加成-消除转化为六氟丙基亚胺 (R–N=C(CF₃)₂)；最后 R–N=C(CF₃)2 与原位生成的氟仿（由消除得到的 HF 与 TMSCF₃ 反应而来）进行加成得到产物 N-全氟叔丁基仲胺。
Figure 2. 初步机理研究
在不同药物分子上安装 N-全氟叔丁基官能团证明该方法的可拓展性，并以其中一个衍生物为例，通过 ¹⁹F MRI 实验，表明 N-PFtB 作为探针或造影剂的巨大潜力。
Figure 3. 超高场 ¹⁹F MRI 实验
论文信息
Direct synthesis of N-perfluoro-tert-butyl secondary amines from N-trifluoromethyl secondary amines Leibing Wang, Zhongyu Feng, Zhen Luo, Zihao Guo*, Jieping Wang* and Wenbin Yi*（易文斌，南京理工大学） Chem. Sci., 2024, 15, 17781-17798
https://doi.org/10.1039/D4SC06335J
作者简介
本文第一作者，现为南京理工大学在读博士研究生，导师为易文斌教授。主要从事含氟含能材料，N-三氟甲基小分子、高分子以及 N-全氟烷基化合物的设计与合成。目前以第一作者身份在 Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci. 等国际知名期刊发表论文数篇。
期刊介绍
rsc.li/chemical-science
Chem. Sci.
| 2-年影响因子* | 7.6分 |
| 5-年影响因子* | 8.0分 |
| JCR 分区* | Q1 化学-综合 |
| CiteScore 分† | 14.4分 |
| 中位一审周期‡ | 33 天 |
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