【Angew】 可控双二氟亚甲基插入反应

文摘   教育   2024-02-20 08:45   德国  



TMSCF2Br是一种十分重要的二氟卡宾试剂,除广泛用于各类亲核试剂或重键与二氟卡宾的二氟(亚)甲基化反应外,还可用于卤二氟甲基化、偕二氟烯基化、四氟乙基化、氟代重组等反应当中。碳链延长反应在有机化学中比较常见,如Arndt-Eistert反应、Kowalski反应等等,但含氟碳链的同系化延长反应相对较少。近日,中国科学院上海有机所胡金波研究员课题组报道了一种碘代芳烃的芳硫四氟乙基化反应,以TMSCF2Br为二氟卡宾源,可控实现了双二氟亚甲基单元对S-Cu键的可控插入反应(Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202400839),文章第一作者为潘诗涛博士,通讯作者为胡金波研究员。




在有机分子中引入氟原子可以显著调节母体分子的理化特性,往往能带来一些积极有益的改变,这使得其在医药、材料和能源等领域得到了广泛应用。传统而言,有机氟化学的研究集中在单氟、三氟甲基、二氟甲基、三氟甲硫基、二氟甲硫基等官能团,发展了多种相关试剂和新合成方法。然而,对于五氟化硫基、四氟乙基等含氟官能团研究甚少,其主要原因是这类化合物不易得,合成难度大。对具有独特结构或者独特性质的含氟官能团的研究逐渐成为研究热点。

四氟乙基类化合物在液晶材料、医药和农药领域应用较多,其合成方法主要有两类:①炔烃碳碳三键的全氟化反应②双羰基化合物的脱氧氟化反应。然而,这两种方法存在反应条件苛刻和底物普适性差等问题。从元素组成来看,四氟乙烯是构建四氟乙基类分子的最佳原料,胡金波研究员和Ogoshi教授等课题组在这方面做了许多工作,能以较高效率实现ArOCF2CF2Ar类分子的合成。然而由于ArSCu键对四氟乙烯的迁移插入反应效率比较低,ArSCF2CF2Ar类分子的合成难度更大,合成步骤要多一些。胡金波研究员课题组基于其前期二氟卡宾对C-Cu键的插入反应,通过合理设计,实现了二氟卡宾对S-Cu键的可控双重插入反应,并将其用于碘苯的偶联反应。

【条件优化】以苯硫酚和TMSCF2Br为起始原料,加入Cu盐和配体,能观察到二氟卡宾对S-Cu键的插入反应,主要产物为双重插入产物[PhS(CF2)2Cu]和三重插入产物[PhS(CF2)3Cu]。通过对铜盐、溶剂和当量等因素的调控,能以65%的收率选择性得到双重插入产物[PhS(CF2)2Cu]

【中间体氟谱表征】PhSCF2CF2Cu在溶液中以两种形式存在:(phen)CuCF2CF2SPh和[(phen)2Cu][Cu(CF2CF2SPh)2],其存在可以通过氟谱位移确定。


【碘代芳烃偶联反应】PhSCF2CF2Cu和碘代芳烃的偶联反应效率很高,底物范围十分广,并且能用于复杂生物活性分子的后期修饰当中。

【其他二氟卡宾试剂考察】在标准反应条件下,作者也考察了其他二氟卡宾试剂对S-Cu键的插入反应, TMSCF2Br表现最佳。

【机理研究】二氟卡宾对S-Cu键的插入反应可能有两种模式:①二氟卡宾先二聚得到四氟乙烯,随后S-Cu物种对四氟乙烯迁移插入;②二氟卡宾对S-Cu键逐次插入。机理实验表明更可能是逐次插入历程。

【总结】中科院上海有机所胡金波研究员课题组在前期二氟卡宾对C-Cu键可控插入反应的基础上,实现可对S-Cu键的双重插入反应,可用于四氟乙基类分子的合成当中,为相关高价值分子的合成提供了新的思路。

参考文献:Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202400839


"TMSCF2Br相关"
TMSCF2Br最早的文献报道可以追溯到1987年,Ingo Ruppert等人从(Et2N)3P、CF2Br2和TMSCl出发制备得到了TMSCF2Br(Journal of Organometallic Chemistry, 1987, 329(3), 313-318)。不久Detlef Geffken等人对其脱溴氢化反应制备TMSCF2H进行了研究(Journal of Organometallic Chemistry, 1990, 381(3), 315-320),但其作为二氟甲基化试剂的早期研究较少。直到2010年,上海有机所的胡金波研究员课题组将其作为二氟卡宾试剂实现了烯烃和炔烃的偕二氟环丙烷(烯)化反应,其相关研究逐渐得到了重视。

反应类型:TMSCF2Br作为一种高效的氟烷基化试剂,可以实现各类底物的氟烷基引入。

偕二氟环丙烷(烯)化:Chem. Commun., 2011, 47, 2411-2413

氰二氟甲基硅合成:J. Org. Chem. 2012, 77, 13, 5850–5855

O-, S-, N-,和P二氟甲基化:Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52(47), 12390-12394

酮偕二氟同系化:Org. Lett. 2015, 17, 3, 760–763

吡啶α位二氟甲基化:Org. Lett. 2021, 23, 17, 6977–6981

五氟环丙基醚合成:Org. Lett. 2022, 24, 20, 3589–3593

除二氟(亚)甲基化外,TMSCF2Br还可用于偕二氟烯烃、四氟乙基、氟代酰胺等含氟化合物的高效合成。


合成应用:医药研究

TMSCF2Br作为二氟卡宾试剂的引发条件温和,且反应兼容性好,故被广泛用于各类含氟分子的合成当中。

1、嘧啶酮类3CL蛋白酶抑制剂

SARS-CoV-2主蛋白酶(3CL蛋白酶)被认为是治疗包括COVID-19在内的多种冠状病毒疾病的重要靶点,南京明德新药研发有限公司开发了一类吡啶酮或嘧啶酮衍生物,具有较好的抗病毒活性。其关键化合物的合成涉及到TMSCF2Br参与的偕二氟烯基化反应,TMSCF2Br在偕二氟烯基化反应中相对其他含氟试剂表现更好。

WO 2023/155830 Al

2、诺华开发了一类吡啶酮类抗病毒活性分子,其二氟环丙烷中间体的合成便使用到了TMSCF2Br。

WO 2023/002443 Al

3、广东东阳光药业设计合成了一系列二氟甲氧基取代的ROR γ t抑制剂,在相关癌症、炎症或自身免疫疾病等方面有潜在应用。在较温和条件下,以TMSCF2Br为二氟卡宾试剂,能高效制备二氟甲氧基取代的关键中间体,随后水解再酰胺化即可得到系列化合物。


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