Фторирование аминосульфуранами - Fluorination with aminosulfuranes

Фторирование аминосульфуранами это химическая реакция, которая превращает окисленные органические соединения в фторорганические соединения. Аминосульфураны селективно обменивают гидроксильные группы на фтор, но также способны превращать карбонильные группы, галогениды, силиловые эфиры и другие функциональные группы во фториды.^[1]

Вступление

До введения трифторид диэтиламиносеры (DAST) в 1970 году для замены гидроксильных групп фторидом, тетрафторид серы был реагентом, наиболее часто используемым для выполнения этого преобразования. Однако тетрафторид серы реагирует только с наиболее кислыми гидроксильными группами (объем его субстрата ограничен), с ним трудно обращаться, он токсичен и способен генерировать фтороводород при гидролизе. Таким образом, аминосульфурановые реагенты, такие как трифторид диэтиламиносеры в значительной степени заменили SF₄ как предпочтительные реагенты для замены гидроксильных групп фторидом.^[2]

HO р DAST F р

(1)

Аминосульфураны обычно получают реакцией соответствующих диалкиламино (триалкил) силанов с SF.₄.^[2] Когда аминосульфуран подвергается воздействию второго эквивалента аминосилана, образуются дифториды бис (диалкиламино) серы.^[3] Дифтортриметилсиликаты трис (диалкиламино) сульфония, такие как дифтортриметилсиликат трис (диэтиламино) сульфония (ТАСФ ) достигли синтетической применимости в качестве реагентов для фторирования галогенидов. Они образуются, когда три эквивалента аминосилана подвергаются воздействию тетрафторида серы.^[4]

${\displaystyle {\begin{array}{l}{\ce {{R2N-Si(CH3)3}+ SF4 -> R2N-SF3}}\\{}\\{\ce {{R2N-SF3}->[{\ce {R2N-Si(CH3)3}}] R2N}}{-}\!{\begin{matrix}{\ce {F2}}\\{\ce {S}}\\{}\end{matrix}}\!{\ce {-NR2}}\\{\ce {{3R2N-Si(CH3)3}+ SF4 -> \underbrace{(R2N)2SF2+(CH3)3SiF2^-}_{TASF}}}\end{array}}}$

(2)

Механизм и стереохимия

Преобладающий механизм

Механизм фторирования DAST аналогичен механизму фторирования тетрафторид серы. Атака гидроксильной группы субстрата на серу и отщепление фтористого водорода приводит к образованию промежуточного соединения дифторида алкоксиаминосеры. Нуклеофильная атака фторидом, либо S_N1^[5] или S_N2^[6] путь, ведущий к продукту. Хотя чистая конфигурационная инверсия наблюдалась в ряде хиральных спиртов, в некоторых случаях наблюдались также карбокатионные перегруппировки. Операционный путь зависит от структуры субстрата.

${\displaystyle {\begin{matrix}{}\\{\ce {R}}{-}{\color {Blue}{\ce {OH}}}\ {\ce {->[\color {Red}{\ce {R2N-SF3}}][-{\ce {H}}{\color {Red}{\ce {F}}}]R}}{-}{\color {Blue}{\ce {O}}}{\ce {-SF2NR2->[\color {Red}{\ce {F-}}][{\ce {S_{N}1\ or\ S_{N}2}}]R}}{-}{\color {Red}{\ce {F}}}\\{}\end{matrix}}}$

(3)

Превращение альдегидов и кетонов в соответствующие геминальные дифториды происходит по аналогичному механизму с добавлением фтороводорода, предшествующим механизму замещения гидроксила, описанному выше. Важным побочным продуктом при фторировании енолизируемых кетонов является соответствующий винилфторид, который образуется в результате депротонирования промежуточных фторкарбокатионов.

(4)

Галогениды реагируют по существу метатетическим обменом галогенида на фторид. Были выделены побочные продукты, содержащие замененный галогенид.^[7]

Объем и ограничения

Аминосульфураны обладают высокой селективностью в отношении замены гидроксильных групп фторидом, но в отсутствие спиртовой функциональности они обладают способностью превращать широкий спектр субстратов в соответствующие фториды или ацилфториды. Например, кетоны превращаются в геминальные дифториды.^[8] Однако, в отличие от тетрафторида серы, аминосульфураны не превращают карбоновые кислоты в трифторметильные группы; реакция останавливается на стадии ацилфторида.^[9] Силиловые эфиры превращаются во фториды в присутствии DAST.^[10]

${\displaystyle {\begin{array}{ll}{\ce {Substrate}}&{\ce {Product}}\\\hline {\ce {ROH}}&{\ce {RF}}\\{\ce {RCOCH2R'}}&{\ce {{RCF2CH2R}+ RCF=CHR'}}\\{\ce {RCO2H}}&{\ce {RCOF}}\\{\ce {RCOCl}}&{\ce {RCOF}}\\{\ce {R3SiCl}}&{\ce {R3SiF}}\\{\color {Blue}{\ce {ROSiR3}}}&{\color {Blue}{\ce {RF}}}\end{array}}}$

(5)

Альдегиды и кетоны реагируют с DAST с образованием соответствующих геминальных дифторидов. Фторирование енолизируемых кетонов дает смесь дифторалкана и винилфторида. В глим с дымом серная кислота, преобладает винилфторидный продукт.^[11] Богатые электронами карбонильные соединения, такие как сложные эфиры и амиды, не реагируют с DAST или другими аминосульфуранами.

(6)

Эпоксиды могут давать множество продуктов в зависимости от их структуры. Обычно продукты, которые образуются с самым высоким выходом, представляют собой вицинальные дифториды и бис (α-фторалкил) простые эфиры. Однако эта реакция приводит к низким выходам и не является синтетически полезной.^[12]

(7)

Полярный механизм фторирования с помощью DAST подразумевает, что некоторые субстраты могут пострадать. Перегруппировки Вагнера-Меервейна. Этот процесс наблюдался при фторировании пивалальдегида, в результате чего образуется смесь 1,2-дифтор-1,2-диметилпропана, 1,1-дифтор-2,2-диметилпропана и 1-фтор-2,2-диметилэтилена. .^[8]

(8)

Диолы могут подвергаться пинакольной перегруппировке в условиях фторирования.^[13]

(9)

Когда сульфоксиды обрабатывают DAST, происходит интересная перегруппировка типа Пуммерера с образованием α-фторсульфидов.^[14]

(10)

Сравнение с другими методами

Аминосульфураны выгодно отличаются от многих других доступных методов фторирования. С ними легче обращаться, чем с тетрафторидом серы; однако SF₄ не способствует катионным перегруппировкам.^[15] По карбоновым кислотам, аминосульфуранам и SF₄ комплементарны: первые дают фториды кислот, а вторые - трифторметильные соединения.

${\displaystyle {\ce {{\underset {carboxylic\ acid}{R-CO2H}}->[{} \atop {\ce {SF4}}]{\underset {trifluoromethyl}{R-CF3}}}}}$

(11)

Перфторированные алкиламины, такие как Реагент Исикавы (N,N-диэтил-1,1,2,3,3,3-гексафторпропиламин),^[16] обладают высокой селективностью к гидроксильным группам и не реагируют с альдегидами и кетонами. Однако побочные амидные продукты этих реагентов труднее отделить от желаемых продуктов, чем побочные аминосульфурановые продукты.

(12)

Фториды щелочных металлов и тетраалкиламмония можно использовать для замещения сложных эфиров сульфоновой кислоты; однако эти реакции требуют более высоких температур, чем фторирование аминосульфураном соответствующих свободных спиртов.^[17]

р OSO 2р NR 4F р F

(13)

Условия и порядок экспериментов

Типичные условия

Фторирование с помощью DAST можно проводить в обычном стекольном оборудовании, хотя травление стекла может происходить из-за побочных продуктов реакции. Реакции обычно проводят в апротонных или неполярных растворителях. Исключить из реакции влагу и кислород воздуха. Реакции обычно начинаются при -78 ° C и нагреваются до комнатной температуры или выше; однако реакционные смеси не следует нагревать выше 80 ° C, поскольку при этой температуре начинается разложение фторирующего реагента. Обработка обычно включает выливание реакционной смеси в воду или лед с последующей нейтрализацией кислых побочных продуктов бикарбонатом натрия. Для выделения желаемых фторированных продуктов можно использовать стандартные методы очистки.

Пример процедуры

HO C 7ЧАС 15 DAST, CH 2Cl 2−70 ° С → RT, мин. F C 7ЧАС 15 (90%)

(14)

Раствор 13,0 г (0,1 моль) 1-октанола в 25 мл дихлорметан по каплям добавляли к раствору 16,1 г (0,1 моль) трифторид диэтиламиносеры в 60 мл дихлорметана, охлажденного до –70–65 °. Реакционную смесь нагревали до 25 °, 50 мл воды добавляли, и нижний органический слой отделяли и сушили безводным сульфат магния и перегонка дает 12,0 г (90%) 1-фтороктана в виде бесцветной жидкости, т.кип. 42–43 ° (20 мм). ¹⁹F ЯМР (CCl₃F): -218,8 частей на миллион (tt, ²J = 49 Гц, ³J = 25 Гц).^[18]

Рекомендации

1. Худлики, М. Орг. Реагировать. 1988, 35, 513. Дои:10.1002 / 0471264180.or035.03
2. von Halasz, P .; Глемсер, О. Chem. Бер. 1970, 103, 594.
3. Марковский, Н .; Пашинник, Э .; Кирсанова, А. Ж. Орг. Хим. 1975, 11, 74 (Англ. перевод, 72).
4. Миддлтон, У. Дж. Патент США 3940402 (1976) [C.A., 85, 6388j (1976)].
5. Розен, С.; Фауст, Ю.; Бен-Яков, Х. Tetrahedron Lett. 1979, 20, 1823.
6. Leroy, J .; Hebert, E .; Ваксельман, К. J. Org. Chem. 1979, 44, 3406.
7. Марковский, Н .; Пашинник, Э. Синтез, 1975, 801.
8. Миддлтон, Дж. J. Org. Chem. 1975, 40, 574.
9. Марковский, Н .; Пашинник, Э .; Кирсанова, А. Синтез, 1973, 787.
10. LeTourneau, E .; Маккарти, Р. Tetrahedron Lett. 1984, 25, 5227.
11. Boswell, Jr., G. A. Патент США 4212815 (1980) [C.A., 93, 239789w (1980)].
12. Гудлицкий, М. J. Fluorine Chem. 1987, 36, 373.
13. Newman, S .; Ханна, М .; Канакараджан, К. Варенье. Chem. Soc. 1979, 101, 6788.
14. McCarthy, R .; Peet, P .; LeTourneau, E .; Инбасекаран, М. Варенье. Chem. Soc., 107, 735 (1985).
15. Ван, К.-Л. Орг. Реагировать. 1985, 34, 319.
16. Такаока, А .; Iwagiri, H .; Исикава, Н. Бык. Chem. Soc. Jpn. 1979, 52, 3377.
17. Pattison, M .; Миллингтон, Э. Может. J. Chem. 1956, 34, 757.
18. Миддлтон, У. Дж. Патент США 3914265 (1975) [C.A., 84, 42635a (1976)]; 3976691 (1976) [C.A., 86, 29054g (1977)].