向有机分子中引入氟原子或含氟基团通常能显著影响母体分子的亲脂性、渗透性和代谢稳定性等。氟元素也被认为是药品、农用化学品和材料中的关键元素,如目前市售约20%的药物和30%的农药分子中都含有碳氟键。但是,自然合成有机氟化物的能力非常有限,大量所需的有机氟化物只能通过人工合成获取。因此,开发高效的有机氟化物制备方法一直以来都是合成化学领域的研究热点。 环丙烷衍生物是一类重要的有机合成子,在环张力的驱动下,这类分子往往表现出丰富的化学反应性。近日,中山大学药学院李清江和王洪根课题组在前期研究基础上(亚甲基环丙烷扩环偕二氟化Org. Lett. 2021 23 3088和开环1,3-氟芳化Org. Lett. 2022 24 3389;炔基环丙烷扩环1,3-二氟化Org. Chem. Front. 2022, 9, 4447),实现了烯基环丙烷与Olah试剂的发散式氟化反应,包括立体选择性开环1,5-氢氟化和环保留1,2-二氟化(图1)。两类反应均具有条件温和,操作简单,产率优秀等特点。
图1. 烯基环丙烷的发散式氟化反应 在最优反应条件下,作者首先对开环1,5-氢氟化反应底物的适用性进行了考察(图2上)。结果表明贫电芳基取代的1,1-烯基环丙烷对此反应表现出良好的适用性,目标产物的产率在56%-98%,立体选择性高。富电芳基和烷基取代的1,1-烯基环丙烷以及内烯不适用于该反应体系。有意思的是,当使用Selectfluor作为亲电氟化试剂时,并没有得到开环1,5-二氟化产物,反而以高收率得到环保留1,2-二氟化产物。除了贫电芳基取代的1,1-烯基环丙烷,中等富电芳基取代的底物也能顺利生成1,2-二氟化产物(图2下)。 图2. 烯基环丙烷开环氢氟化和环保留二氟化反应底物考察 此外,作者还探究了反应的规模放大实验,以及反应产物的后续转化可能,证明了反应的实用价值(图3)。 图3. 反应的应用拓展 反应机理方面,在开环1,5-氢氟化反应中,作者推测氟离子SN’类型进攻立体位阻较小的环丙基碳正离子构象E’是形成热力学稳定E式产物的主要原因(图4a)。在1,2-二氟化反应中,环保留主要归于以下因素:1、氟离子增强的亲核性,反应体系中额外加入的吡啶降低了介质的酸度,使Olah试剂的亲核性增强,从而有利于氟离子直接进攻碳正离子F的苄位;2、β-氟代碳正离子增强的亲电性,相较于碳正离子I,由于氟原子的强电负性使β-氟代碳正离子F表现出更强的亲电性,更易接受亲核进攻。理论计算也支持了这一推测结果(图4b)。 图4. 可能的反应机理 论文信息 Divergent Fluorinations of Vinylcyclopropanes: Ring-Opening 1,5-Hydrofluorination and Ring-Retaining 1,2-Difluorination Shuang Yang, Jun-Yunzi Wu, Shuang Lin, Meicen Pu, Prof. Dr. Zhi-Shu Huang, Prof. Dr. Honggen Wang,* Prof. Dr. Qingjiang Li* Chemistry – An Asian Journal DOI: 10.1002/asia.202300476