SF5Cl参与的三组分反应用于合成五氟化硫基化合物

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有机氟化学的研究主要围绕新试剂和新反应进行,近年来其研究主要集中在氟化、三氟甲基化、三氟甲氧基和三氟甲硫基化等热门官能团,而少氟烷基、卤氟甲基和五氟化硫基等方向并未得到足够重视。其中,五氟化硫基被称为超三氟甲基,具有极佳的脂溶性和稳定性(相对术语,视母体分子而定)。从原子组成来看,五氟化硫基具有较大的体积和吸电子的特性,这在常见的官能团中是比较少见且独特的,独特的结构意味着独特的性质。因此五氟化硫基在医药、液晶材料、分子识别等领域有着较大的潜在应用。然而,五氟化硫基化的反应进展比较缓慢,一方面是由于相应的试剂种类较少;另一方面对于其反应性了解不多。
近日,中科院上海有机所的卿凤翎研究员课题组报道了SF5Cl、重氮化合物和烯烃的三组分反应,并将其用于SF5取代的卤代烷烃、烯烃和呋喃的合成当中Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202208860)。在该反应中,源于SF5ClSF5自由基加成到重氮化合物生成新的碳中心自由基,进一步与烯烃反应并生成氯原子转移产物。该氯代物受α位取代基影响可进一步生成新的烯烃和呋喃。
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SF5的性质及合成】SF5Cl是最常见的五氟化硫基化试剂之一,相对SF5Br具有更好的稳定性,相对SF6具有更好的反应性。然而该试剂是气体,纯化和储存不太方便;另外其制备需要使用到剧毒的SF42021年,卿老师课题组在Togni等人的基础上,对SF5Cl的制备方法进行了改进,成功得到了易于储存和使用的SF5Cl/正己烷溶液将硫单质、KFTCCA溶解在MeCN,室温下反应即可制备得到SF5Cl,副产物SOF2SO2F2可以通过用正己烷萃取除去。值得一提的是,该反应必须避光,在光照下得到的主要是副产物SOF2SO2F2。该方法制备得到SF5Cl/正己烷溶液可以稳定保存,并且可以放大生产。

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SF5ClS-Cl键的键能较小,其反应一般涉及自由基历程,多见于对烯烃和炔烃的加成反应。关于SF5Cl的合成及反应可以参考EROS(试剂丛书)的总结性文章:10.1002/047084289X.rn00413.pub2


SF5Cl和重氮化合物的反应】2021年,卿老师课题组发现SF5Cl与重氮化合物的反应可一步合成α-SF5羰基化合物。在K3PO4存在下,可以实现重氮化合物的氢五氟化硫基化反应;而在Cu催化下得到的则是氯五氟化硫基化反应,这里面涉及到一个极性反转过程。(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 15271 –15275

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【反应的设计】在本文的工作中,基于自由基反应的特性,卿老师课题组在先前体系中插入了烯烃SF5自由基加成到重氮化合物生成新的碳中心自由基,进一步与烯烃反应并生成氯原子转移产物。该氯代物受α位取代基影响可进一步生成烯烃和呋喃。

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【条件优化】该反应条件十分温和,加入1.5 equiv.磷酸钾即能得到三组分目标产物。


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【三组分反应制备SF5氯代物】底物范围较广,官能团兼容性较好。

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【三组分反应制备SF5取代烯烃】当烯烃上取代基为CH2TMS时,在二氧化硅作用下可发生消除反应得到烯烃。

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【三组分反应制备SF5取代呋喃】当烯烃上取代基为OAc时,氯代物将进一步转化为醛,该类型二羰基化合物很容易生成呋喃(Paal-Knorr反应)。

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【总结】上海有机所的卿凤翎老师课题组报道了SF5Cl、重氮化合物和烯烃的三组分反应,并将其用于SF5取代氯代物、烯烃和呋喃的合成当中。鉴于SF5Cl的制备方法已经比较便捷,其在五氟化硫基取代化合物的合成当中将有更广泛的应用。


参考文献:Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202208860 

标签: SF5

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