Радикальное фторирование - Radical fluorination - Wikipedia

Радикальное фторирование является разновидностью реакции фторирования, комплементарной нуклеофильной и электрофильный подходы.[1] Он включает в себя реакцию независимо генерируемого углерод-центрированного радикальный с атомарным источником фтора и дает фторорганическое соединение.

Радикальное фторирование.tif

Исторически для радикального фторирования были доступны только три источника атомарного фтора: фтор (F2), гипофториты (Реагенты на основе O — F) и XeF2. Их высокая реакционная способность и сложность обращения с F2 и гипофториты, ограничивают развитие радикального фторирования по сравнению с электрофильный и нуклеофильные методы.[2] Обнаружение способности электрофильных фторирующих агентов N-F действовать как источник атомарного фтора.[3] привело к возрождению радикального фторирования.[2]

С тех пор были разработаны различные методологии радикального образования связей C-F.[1] Радикальные промежуточные продукты были получены из карбоновых кислот и производных бороновой кислоты путем присоединения радикалов к алкенам или активации связи C-H и связи C-C. В настоящее время появляются новые источники атомарного фтора, такие как металлофторидные комплексы.

Источники атомарного фтора

Газообразный фтор

Фтор может действовать как электрофильный и атомарный источник фтора.[4] Слабая прочность связи F — F (36 ккал / моль (150 кДж / моль)[5]) позволяет гомолитическое расщепление. Реакция F2 с органическими соединениями, однако, сильно экзотермична и может привести к неселективному фторированию и расщеплению C — C, а также к взрывам.[6] Сообщается лишь о нескольких методах селективного радикального фторирования.[7][8] Использование фтора для радикального фторирования в основном ограничивается реакциями перфторирования.[5]

O — F реагенты

Связь O — F гипофторитов относительно слабая. За трифторметилгипофторит (CF3OF), она составила 43,5 ккал / моль (182 кДж / моль).[9] Способность трифторметилгипофторита переносить фтор на алкильные радикалы была особенно продемонстрирована путем реакции независимо генерируемых этильные радикалы из этен и тритий при наличии CF3ИЗ.[10] Высокая реакционная способность гипофторитов ограничила их применение селективным радикальным фторированием. Однако их можно использовать в качестве радикальных инициаторов полимеризации.[11]

XeF2

XeF2 в основном используется для радикального фторирования в реакциях радикального декарбоксилирования фторирования.[12] В этом Hunsdiecker В реакции типа дифторид ксенона используется для образования промежуточного радикала, а также в качестве источника переноса фтора.[13]

Xe decarboxylation.tif

XeF2 может также использоваться для образования арильных радикалов из арилсиланов и действовать как источник атомарного фтора для получения арилфторидов.[14]

Xe silanes.tif

N — F реагенты

Selectfluor и N-фторбензолсульфонимид (NFSI) традиционно используются в качестве электрофильные источники фтора, но недавно была продемонстрирована их способность переносить фтор на алкильный радикал.[3] В настоящее время они обычно используются в качестве агентов переноса фтора на алкильные радикалы.[1]

Другие

Примеры радикального фторирования с использованием BrF3[15] и фторированные растворители[16] не поступало. Недавние примеры радикального фторирования предполагают, что образованные in situ комплексы фторида металла могут также действовать как агент переноса фтора на алкильные радикалы.

Методики радикального фторирования

Декарбоксилирующее фторирование

Термолиз т-бутил Peresters был использован для образования алкильных радикалов в присутствии NFSI и Selectfluor.[3] Промежуточные радикалы были эффективно фторированы, что демонстрирует способность двух электрофильных фторирующих агентов переносить фтор на алкильные радикалы.

Perester.tif

Карбоновые кислоты можно использовать в качестве предшественников радикалов в методах радикального фторирования. Металлические катализаторы, такие как серебро[17] и марганец[18] были использованы для индукции фтордекарбоксилирования. Фтордекарбоксилирование карбоновых кислот также можно запустить с помощью фоторедокс-катализ.[19][20] Более конкретно, было показано, что производные феноксиуксусной кислоты подвергаются фтордекарбоксилированию при прямом воздействии УФ-излучения.[21] или с помощью фотосенсибилизатора.[22]

Карбоновая кислота.tif

Радикальное фторирование алкенов

Алкильные радикалы, образующиеся в результате присоединения радикалов к алкенам, также фторировались. Гидриды[23] и азот-,[24] углерод-,[25] и фосфорцентрированный[26] радикалы были использованы, давая широкий спектр фторированных дифункциональных соединений.

Фторирование производных бороновой кислоты

Алкилфториды были синтезированы с помощью радикалов, образующихся из бороновая кислота производные с использованием серебра.[27]

Радикальное фторирование боронатов.tif

C (sp3) —H фторирование

Одним из основных преимуществ радикального фторирования является то, что оно позволяет осуществлять прямое фторирование удаленных связей C-H. Металлические катализаторы, такие как Mn,[28] Cu[29] или W[30] были использованы для стимулирования реакции. Безметалловый C (sp3) -H-фторирование основано на использовании радикальных инициаторов (Et3B,[31] персульфаты[32] или N-оксильные радикалы[33]) или органических фотокатализаторов.[33]

Были также разработаны некоторые методы селективного фторирования бензильных С-Н-связей.[34]

Активация связей C — C

Циклобутанолы и циклопропанолы использовались в качестве предшественников радикалов для синтеза β- или γ-фторкетонов. Напряженные кольца претерпевают разрыв связи C — C в присутствии серебряного[35][36] или железный катализатор[36] или при воздействии УФ-света в присутствии фотосенсибилизатора.[37]

C - активация связи C.tif

Возможное применение

Одним из возможных применений радикального фторирования является эффективный доступ к новым фрагментам, которые служат строительными блоками в медицинская химия.[38] Производные пропеллан с реактивными функциональными группами, такими как гидрохлорид соль 3-фторбицикло [1.1.1] пентан-1-амина, доступны с помощью этого подхода.[38]

Рекомендации

  1. ^ а б c Пакен, Жан-Франсуа; Саммис, Гленн; Чаталова-Сазепин, Клэр; Хемелаэр, Реми (2015-08-03). «Последние достижения радикального фторирования». Синтез. 47 (17): 2554–2569. Дои:10.1055 / с-0034-1378824.
  2. ^ а б Sibi, Mukund P .; Ландаис, Янник (2013). "C зр 3—F Bond Formation: Free-Radical Approach ". Angewandte Chemie International Edition. 52 (13): 3570–3572. Дои:10.1002 / anie.201209583. PMID  23441011.
  3. ^ а б c Руэда-Бесеррил, Монтсеррат; Чаталова Сазепин, Клэр; Leung, Joe C.T .; Окбиноглу, Тулин; Кеннеполь, Пьер; Пакен, Жан-Франсуа; Саммис, Гленн М. (07.03.2012). «Перенос фтора на алкильные радикалы». Журнал Американского химического общества. 134 (9): 4026–4029. Дои:10.1021 / ja211679v. ISSN  0002-7863. PMID  22320293.
  4. ^ Бигелоу, Люциус А. (1947-02-01). «Действие элементарного фтора на органические соединения». Химические обзоры. 40 (1): 51–115. Дои:10.1021 / cr60125a004. ISSN  0009-2665.
  5. ^ а б Хатчинсон, Джон; Сэндфорд, Грэм (1 января 1997). S, профессор Ричард Д. Чемберс Ф. Р. (ред.). Элементный фтор в органической химии. Темы современной химии. Springer Berlin Heidelberg. С. 1–43. Дои:10.1007/3-540-69197-9_1. ISBN  978-3-540-63170-5.
  6. ^ Simons, J. H .; Блок, Л. П. (1939-10-01). «Фторуглероды. Реакция фтора с углеродом». Журнал Американского химического общества. 61 (10): 2962–2966. Дои:10.1021 / ja01265a111. ISSN  0002-7863.
  7. ^ Гракаускас, Витаутас (1969-08-01). «Водное фторирование солей карбоновых кислот». Журнал органической химии. 34 (8): 2446–2450. Дои:10.1021 / jo01260a040. ISSN  0022-3263.
  8. ^ Бокемюллер, Вильгельм (1933-01-01). "Versuche zur Fluorierung organischer Verbindungen. III. Über die Einwirkung von Fluor auf organische Verbindungen". Юстус Либигс Аннален дер Хеми. 506 (1): 20–59. Дои:10.1002 / jlac.19335060103. ISSN  1099-0690.
  9. ^ Czarnowski, J .; Castellano, E .; Шумахер, Х. Дж. (Январь 1968 г.). «Энергия связи O? F в трифторметилгипофторите». Химические коммуникации (Лондон). 0 (20): 1255. Дои:10.1039 / c19680001255.
  10. ^ Ван, Нуньи; Роуленд, Ф. С. (1 ноября 1985 г.). «Трифторметилгипофторит: фтордонорный поглотитель радикалов». Журнал физической химии. 89 (24): 5154–5155. Дои:10.1021 / j100270a006. ISSN  0022-3654.
  11. ^ Франческо, Вентурини; Сансотера, Маурицио; Наваррини, Уолтер (01.11.2013). «Последние достижения в химии органических перфторгипофторитов». Журнал химии фтора. Выпуск 2013 ACS Fluorine Award: профессор Ивао Одзима. 155: 2–20. Дои:10.1016 / j.jfluchem.2013.07.005.
  12. ^ Тиус, Марк А. (1995-06-12). «Дифторид ксенона в синтезе». Тетраэдр. 51 (24): 6605–6634. Дои:10.1016 / 0040-4020 (95) 00362-C.
  13. ^ Патрик, Тимоти Б .; Дарлинг, Диана Л. (1986-08-01). «Фторирование активированных ароматических систем фтороксисульфатом цезия». Журнал органической химии. 51 (16): 3242–3244. Дои:10.1021 / jo00366a044. ISSN  0022-3263.
  14. ^ Лотиан, Эйлин П .; Рамсден, Кристофер А. (1993-01-01). «Быстрое фтордезилилирование арилтриметилсиланов с использованием ксенона дифуорида: новый эффективный путь к ароматическим фторидам». Synlett. 1993 (10): 753–755. Дои:10.1055 / с-1993-22596.
  15. ^ Sasson, Revital; Розен, Шломо (31.01.2005). «Создание группы CF3; уникальное трифтордекарбоксилирование, индуцированное BrF3». Тетраэдр. 61 (5): 1083–1086. Дои:10.1016 / j.tet.2004.11.063.
  16. ^ Ямада, Шигеюки; Гаврюшин, Андрей; Knochel, Пол (2010). «Удобное электрофильное фторирование функционализированных арил- и гетероарилмагниевых реагентов». Angewandte Chemie International Edition. 49 (12): 2215–2218. Дои:10.1002 / anie.200905052. PMID  20162637.
  17. ^ Инь, Фэн; Ван, Чжентао; Ли, Чжаодун; Ли, Чаочжун (27.06.2012). «Катализируемое серебром декарбоксилированное фторирование алифатических карбоновых кислот в водном растворе». Журнал Американского химического общества. 134 (25): 10401–10404. Дои:10.1021 / ja3048255. ISSN  0002-7863. PMID  22694301.
  18. ^ Хуанг, Xiongyi; Лю, Вэй; Хукер, Джейкоб М .; Гровс, Джон Т. (2015-04-20). «Целенаправленное фторирование фторид-ионом путем декарбоксилирования, катализируемого марганцем». Angewandte Chemie International Edition. 54 (17): 5241–5245. Дои:10.1002 / anie.201500399. ISSN  1521-3773. PMID  25736895.
  19. ^ Руэда-Бесеррил, Монтсеррат; Маэ, Оливье; Друин, Мириам; Маевски, Марек Б .; West, Julian G .; Wolf, Michael O .; Sammis, Glenn M .; Пакен, Жан-Франсуа (30 января 2014 г.). «Прямое образование связи C – F с использованием фотоокислительного катализа». Журнал Американского химического общества. 136 (6): 2637–2641. Дои:10.1021 / ja412083f. PMID  24437369.
  20. ^ Вентр, Сандрин; Петрониевич, Филип Р .; Макмиллан, Дэвид В. К. (27 апреля 2015 г.). «Декарбоксилированное фторирование алифатических карбоновых кислот с помощью фотоокислительного катализа». Журнал Американского химического общества. 137 (17): 5654–5657. Дои:10.1021 / jacs.5b02244. ЧВК  4862610. PMID  25881929.
  21. ^ Leung, Joe C.T .; Чаталова-Сазепин, Клэр; West, Julian G .; Руэда-Бесеррил, Монтсеррат; Пакен, Жан-Франсуа; Саммис, Гленн М. (2012-10-22). «Фото-фтордекарбоксилирование 2-арилокси и 2-арилкарбоновых кислот». Angewandte Chemie International Edition. 51 (43): 10804–10807. Дои:10.1002 / anie.201206352. ISSN  1521-3773. PMID  23023887.
  22. ^ Leung, Joe C.T .; Сэммис, Гленн М. (01.04.2015). «Радикальное декарбоксилированное фторирование арилоксиуксусных кислот с использованием N-фторбензолсульфонимида и фотосенсибилизатора». Европейский журнал органической химии. 2015 (10): 2197–2204. Дои:10.1002 / ejoc.201500038. ISSN  1099-0690.
  23. ^ Баркер, Тимоти Дж .; Богер, Дейл Л. (2012-08-07). «Fe (III) / NaBH 4 - Свободнорадикальное гидрофторирование неактивированных алкенов с опосредованным действием». Журнал Американского химического общества. 134 (33): 13588–13591. Дои:10.1021 / ja3063716. ЧВК  3425717. PMID  22860624.
  24. ^ Ли, Чжаодун; Чжан, Чэнвэй; Чжу, Линь; Лю, Чао; Ли, Чаочжун (18 февраля 2014 г.). «Радикальное азидофторирование неактивированных алкенов в водном растворе без переходных металлов при комнатной температуре». Орг. Chem. Передний. 1 (1): 100–104. Дои:10.1039 / c3qo00037k.
  25. ^ Киндт, Стефани; Генрих, Маркус Р. (17 ноября 2014 г.). «Межмолекулярное радикальное карбофторирование неактивированных алкенов». Химия: европейский журнал. 20 (47): 15344–15348. Дои:10.1002 / chem.201405229. ISSN  1521-3765. PMID  25303212.
  26. ^ Чжан, Чэнвэй; Ли, Чжаодун; Чжу, Линь; Ю, Лимей; Ван, Чжентао; Ли, Чаочжун (13 сентября 2013). "Катализируемое серебром радикальное фосфонофторирование неактивированных алкенов". Журнал Американского химического общества. 135 (38): 14082–14085. Дои:10.1021 / ja408031s. PMID  24025164.
  27. ^ Ли, Чжаодун; Ван, Чжентао; Чжу, Линь; Тан, Синьцзян; Ли, Чаочжун (06.11.2014). «Катализируемое серебром радикальное фторирование алкилборонатов в водном растворе». Журнал Американского химического общества. 136 (46): 16439–16443. Дои:10.1021 / ja509548z. PMID  25350556.
  28. ^ Лю, Вэй; Хуанг, Xiongyi; Ченг, Му-Дженг; Нильсен, Роберт Дж .; Годдард, Уильям А .; Гровс, Джон Т. (14 сентября 2012 г.). «Окислительное алифатическое фторирование C-H ионами фтора, катализируемое порфирином марганца» (PDF). Наука. 337 (6100): 1322–1325. Bibcode:2012Научный ... 337.1322Л. Дои:10.1126 / science.1222327. ISSN  0036-8075. PMID  22984066.
  29. ^ Блум, Стивен; Питтс, Коди Росс; Миллер, Дэвид Кертин; Хазелтон, Натан; Холл, Максвелл Гарджуло; Урхейм, Эллен; Лектка, Томас (2012-10-15). «Поликомпонентное алифатическое, аллильное и бензильное фторирование, катализируемое металлами». Angewandte Chemie International Edition. 51 (42): 10580–10583. Дои:10.1002 / anie.201203642. ISSN  1521-3773. PMID  22976771.
  30. ^ Гальперин, Шира Д .; Вентилятор, Надежда; Чанг, Стэнли; Мартин, Райнер Э .; Бриттон, Роберт (2014). «Удобное фотокаталитическое фторирование неактивированных связей C — H». Angewandte Chemie International Edition. 53 (18): 4690–4693. Дои:10.1002 / anie.201400420. PMID  24668727.
  31. ^ Питтс, Коди Росс; Линг, Билл; Вольторнист, Райан; Лю, Ран; Лектка, Томас (27.08.2014). «Триэтилборан-инициированное фторирование радикальной цепи: синтетический метод, основанный на механистическом понимании». Журнал органической химии. 79 (18): 8895–8899. Дои:10.1021 / jo501520e. PMID  25137438.
  32. ^ Чжан, Сяофэй; Го, Шуо; Тан, Пинпин (05.06.2015). «Окислительное алифатическое фторирование C – H без переходных металлов». Орг. Chem. Передний. 2 (7): 806–810. Дои:10.1039 / c5qo00095e.
  33. ^ а б Амаока, Юки; Нагатомо, Масанори; Иноуэ, Масаюки (19 апреля 2013 г.). «Безметалловое фторирование связей C (sp 3) –H с использованием каталитического N-оксильного радикала». Органические буквы. 15 (9): 2160–2163. Дои:10.1021 / ol4006757. PMID  23600550.
  34. ^ Копернику, Ана; Лю, Хунцян; Херли, Пол Б. (15 января 2016 г.). «Моно- и дифторирование бензильных атомов углерода». Европейский журнал органической химии. 2016 (5): 871–886. Дои:10.1002 / ejoc.201501329. ISSN  1099-0690.
  35. ^ Исида, Наоки; Окумура, Синтаро; Наканиши, Юта; Мураками, Масахиро (01.01.2015). «Фторирование циклобутанолов и циклопропанолов с раскрытием цикла, катализируемое серебром». Письма по химии. 44 (6): 821–823. Дои:10.1246 / cl.150138.
  36. ^ а б Рен, Шичао; Фэн, Чао; Ло, Тек-Пэн (2015-04-29). «Катализируемое железом или серебром окислительное фторирование циклопропанолов для синтеза β-фторкетонов». Орг. Biomol. Chem. 13 (18): 5105–5109. Дои:10.1039 / c5ob00632e. PMID  25866198.
  37. ^ Блум, Стивен; Буме, Деста Доро; Питтс, Коди Росс; Лектка, Томас (26 мая 2015 г.). "Сайт-селективный подход к β-фторированию: фотокатализируемое раскрытие цикла циклопропанолов". Химия: европейский журнал. 21 (22): 8060–8063. Дои:10.1002 / chem.201501081. ISSN  1521-3765. PMID  25877004.
  38. ^ а б Goha, Y.L .; Адсоол, В. А. (2015). «Радикальное фторирование приводит в действие целесообразный синтез 3-фторбицикло [1.1.1] пентан-1-амина». Орг. Biomol. Chem. 13 (48): 11597–11601. Дои:10.1039 / C5OB02066B. PMID  26553141.