潘毅教授課題組和梁勇教授合作在Angew. Chem. Int. Ed.上發(fā)表脫羧自由基氟化研究成果
三氟甲基 (CF3) 基團是一類非常重要的含氟官能團，在過去的十幾年里，化學(xué)家們發(fā)展了多種高效的三氟甲基化試劑，但是大多合成繁瑣、價格昂貴，在大規(guī)模應(yīng)用中有一定局限。三氟乙酸 (TFA)和酸酐(TFAA)是工業(yè)化的廉價三氟甲基源，但由于CF3的強吸電子效應(yīng)，使得三氟乙酸根離子具有很高的氧化電勢(CF3CO2-? E1/2ox > +2.4 V vs SCE)，很難發(fā)生氧化脫羧釋放三氟甲基自由基(CF3·)。因此以往的報道通常需要高溫、過量的強氧化劑或者金屬試劑等苛刻的反應(yīng)條件來活化 (圖1A)。Baran課題組發(fā)展的NHPI類型氧化還原活性酯 (RAEs) 是一種很好的活化羧酸類化合物的方法，由此衍生的脫羧官能化方向發(fā)展迅猛。但是由于電性，現(xiàn)有的方法不能活化三氟乙酸，Sanford課題組報道的CF3-NHPI酯，N-O鍵斷裂時會選擇性的生成PhthN• 和CF3CO2-。近期， Stephenson課題組使用吡啶N-氧化物原位活化TFAA的策略，實現(xiàn)了芳烴的三氟甲基化反應(yīng)。而開發(fā)穩(wěn)定廉價的具有氧化還原活性的氟代烷基化試劑，仍然具有很大的挑戰(zhàn)和迫切的需求。
圖1 反應(yīng)設(shè)計
最近，潘毅教授課題組從肟酯類化合物的N-O鍵斷裂產(chǎn)生亞胺自由基反應(yīng)中受到啟發(fā)，設(shè)想通過控制肟酯的電子親和力的性質(zhì)，選擇性地斷裂弱的N-O鍵（BDE = 54 kcal•mol-1），也可以產(chǎn)生氧自由基和亞胺自由基。作者通過在肟酯中引入一個良好的鹵素離去基團，可以穩(wěn)定富電子的亞胺，用于對抗活性酯中CF3基團的強吸電子效應(yīng)。這種氯亞胺?；∟HBC）酯，在光催化的條件下，N-O鍵斷裂生成三氟乙酰氧自由基（CF3CO2·），進一步脫羧得到CF3自由基。
這種新的離去基團輔助策略，使用NHBC酯在溫和的光催化條件下，高效的實現(xiàn)了三氟乙酸的脫羧，釋放出三氟甲基自由基，對于其他含氟基團 (CF2H, C2F5, C3F7) 同樣具有很好的活化效果，并且作者將其應(yīng)用到了未活化烯烴的氫化氟烷基化反應(yīng)和氟化遷移反應(yīng)中，反應(yīng)條件溫和，底物適應(yīng)范圍廣。
此外，合作者梁勇教授還通過DFT理論計算佐證了NHBC比NHPI更容易拉動電子，在熱力學(xué)上更有利于產(chǎn)生各種含氟烷基自由基和亞胺負(fù)離子，同時氯的離去也降低了整個體系的熵 (圖2)。該成果以“A General Leaving Group-Assisted Strategy for Photoinduced Fluoroalkylations using N-Hydroxybenzimidoyl Chloride Esters”為題發(fā)表在德國應(yīng)用化學(xué)上（Angew. Chem. Int. Ed. 2018，DOI: 10.1002/anie.201812192）。
圖2 機理探索
該工作由本院張為鋼和鄒振雷同學(xué)共同完成，由潘毅教授和王毅副教授指導(dǎo)，梁勇教授為此工作做了充分的熱力學(xué)計算。上海有機所卿鳳翎和胡金波教授對論文提供了寶貴建議。上述工作得到國家自然科學(xué)基金、中組部青年海外高層次人才計劃以及江蘇省自然科學(xué)基金的資助。
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