This article described an unprecedented synthesis of trifluoromethylthiophosphonium salts from allyl trifluoromethyl sulfoxide and phosphines in the presence of trimethylsilyl trifluoromethanesulfonate (TMSOTf) through Mislow-Evans-type rearrangement. The resulting trifluoromethylthiophosphonium salts were firstly isolated and fully characterized. These fluoroalkylphosphonium salts, as exemplified by trifluoromethylthio triphenylphosphonium salt (6a), exhibited unique and versatile reaction with nucleophiles and deoxygenative trifluoromethylthiolation reaction of carboxylic acids. Furthermore, the photoredox catalytic tunable radical hydrotrifluoromethylation and hydrotrifluoromethythiolation of unactivated alkenes with 6a was successfully developed.
Phosphonium salts | Fluorine | Rearrangement | Trifluoromethylthiolation | Synthetic methods
鏻盐是一类非常重要的有机化合物，在农药、医药、材料和合成化学等领域得到广泛的应用。含氟鏻盐由于氟原子的特性引起了化学家们的普遍关注（Chem. Rev. 1996, 96 1641. Science 2013,341, 1374. Acc. Chem. Res. 2020, 53, 1498）。目前含氟鏻盐主要集中于氟烷基鏻盐，氟烷硫基鏻盐几乎没有开展研究。
2019年，中国科学院上海有机化学研究所卿凤翎研究员和瑞士洛桑联邦理工学院胡喜乐教授分别在烯烃的氢化三氟甲硫基化反应（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58 18508.）和羧酸脱氧三氟甲硫基化反应（Chem. Sci. 2019, 10, 9555.）中发现三氟甲硫基鏻盐为反应中间体。该中间体通过氟谱和磷谱可以检测到，但未能被分离。最近，卿凤翎课题组受到经典的Mislow-Evans重排反应启发，通过巧妙地设计反应，利用该重排反应的废弃物成功地实现了三氟甲硫基鏻盐的制备和分离。
首先，他们采用烯丙基三氟甲基亚砜（1）作为底物及三苯基膦为亲硫试剂进行反应。然而，该反应没有得到目标产物三氟甲硫基鏻盐，反而得到了脱氧还原的烯丙基三氟甲基硫醚（2）和膦氟化合物（3）。
他们对烯丙基三氟甲基硫醚和膦氟化合物的生成机理进行了分析。烯丙基三氟甲基亚砜（1）与次磺酸酯存在动态平衡。三苯基膦作为亲硫试剂会与次磺酸酯反应形成int-1。由于烷氧基负离子的亲核性较强，int-1会发生配体交换形成int-2，同时产生三氟甲硫基负离子。三氟甲硫基负离子稳定性差，会分解形成硫代氟光气和氟负离子。硫代氟光气与亚砜反应形成int-3，在三苯基膦的作用下int-3发生脱氧反应生成烯丙基三氟甲基硫醚（2）。由于P-F键的键能为117 kal/mol，氟负离子会进攻鏻正中心产生膦氟化合物（3）。
反应机理分析表明: 必须快速捕获反应体系中产生的烯丙氧负离子，抑制int-1与int-2之间的配体交换，才能得到Mislow-Evans重排反应的废弃物三氟甲硫基鏻盐（目标产物）。由于氧原子与硅原子的结合能力强（O-Si键能：800 kJ/mol），他们探索了使用硅基化试剂捕获氧负离子来抑制鏻盐分解。最终发现向反应体系中加入三氟甲磺酸三甲基硅酯（TMSOTf），可以完全抑制烯丙基三氟甲基硫醚（2）和膦氟化合物（3）的生成，并高产率分离得到三氟甲硫基鏻盐，鏻盐结构通过X射线单晶衍射得到确认。
在成功制得三氟甲硫基鏻盐之后，他们对该鏻盐的反应性能进行了研究。结果发现：三氟甲硫基鏻盐具有多样化的反应性。它不仅可以与C-,N-和P-亲核试剂反应得到三氟甲硫基化的产物，还能在Cs2CO3的活化下产生三氟甲硫基负离子与亲电底物反应。另外，该鏻盐可应用于羧酸和羧酸钠盐的脱氧三氟甲硫基化反应。在光氧化还原条件下，通过改变反应条件，利用三氟甲硫基鏻盐还实现了可调控的烯烃的氢化三氟甲基化和氢化三氟甲硫基化反应。
总之，卿凤翎课题组利用经典的Mislow-Evans重排反应的废弃物，首次成功地制备分离出三氟甲硫基鏻盐，并展示了其独特且多样化的反应性。
上述研究结果作为Breaking Report发表于Chin. J. Chem. 2023, 41, 2779—2787. DOI: 10.1002/cjoc.202300335)。该工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的资助。
认识本文的作者们 卿凤翎研究员简介 卿凤翎：主要从事有机氟化学和有机含氟材料的研究。1997年至今中国科学院上海有机化学研究所研究员，2000年至2022年东华大学教授。2001年入选长江学者奖励计划特聘教授，2003年获国家杰出青年科学基金，2014年国家自然科学基金委创新研究群体学术带头人，2019年国家自然科学基金重大项目负责人。2007年获中国科学院-Bayer青年科学家奖，2014年获中国化学会黄维垣氟化学奖，2022年当选中国化学会会士。以第一完成人获2019年国家自然科学奖二等奖、2019年军队科学技术进步奖一等奖、2017年上海市自然科学奖一等奖。
