Радикальное фторирование
Радикальное фторирование — это тип реакции фторирования , дополняющий нуклеофильный и электрофильный подходы. [1] Он включает реакцию независимо генерируемого углеродцентрированного радикала с атомарным источником фтора и дает фторорганическое соединение .
Исторически для радикального фторирования были доступны только три источника атомарного фтора: фтор (F 2 ), гипофториты (реагенты на основе O–F) и XeF 2 . Их высокая реакционная способность и трудность обращения с F 2 и гипофторитами ограничивали развитие радикального фторирования по сравнению с электрофильными и нуклеофильными методами. [2] Обнаружение способности электрофильных фторирующих агентов N–F выступать в качестве источника 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 радикального присоединения к алкенам или активации связей C–H и C–C. В настоящее время появляются новые источники атомарного фтора, такие как комплексы фторидов металлов.
Источники атомарного фтора
[ редактировать ]Газ фтор
[ редактировать ]Газообразный фтор (F 2 ) может выступать как электрофильным, так и атомарным источником фтора. [4] Слабая прочность связи F–F (36 ккал/моль (150 кДж/моль) [5] ) допускает гомолитическое расщепление . реакция F 2 Однако с органическими соединениями сильно экзотермична и может привести к неселективному фторированию и расщеплению C–C, а также к взрывам. [6] Сообщалось лишь о нескольких методах селективного радикального фторирования. [7] [8] Использование фтора для радикального фторирования в основном ограничивается реакциями перфторирования. [5]
Реагенты O–F
[ редактировать ]Связь O–F в гипофторитах сравнительно слабая. Для трифторметилгипофторита (CF 3 OF) оно оценивается в 43,5 ккал/моль (182 кДж/моль). [9] Способность трифторметилгипофторита переносить фтор к алкильным радикалам особенно продемонстрирована при взаимодействии независимо образующихся этильных радикалов из этилена и трития в присутствии CF 3 OF. [10] Высокая реакционная способность гипофторитов ограничила их применение селективным радикальным фторированием. Однако их можно использовать в качестве радикальных инициаторов полимеризации . [11]
КсеФ 2
[ редактировать ]Дифторид ксенона (XeF 2 ) в основном использовался для радикального фторирования в реакциях радикального декарбоксилативного фторирования. [12] В этой реакции типа Хунсдикера дифторид ксенона используется для образования промежуточного радикального продукта, а также в качестве источника переноса фтора. [13]
XeF 2 также можно использовать для получения арильных радикалов из арилсиланов и действовать в качестве источника атомарного фтора для получения арилфторидов. [14]
N–F реагенты
[ редактировать ]Selectfluor и N -фторбензолсульфонимид (NFSI) традиционно используются в качестве электрофильных источников фтора , но недавно была продемонстрирована их способность переносить фтор на алкильные радикалы. [3] В настоящее время они широко используются в качестве агентов переноса фтора к алкильным радикалам. [1]
Другие
[ редактировать ]Примеры радикального фторирования с использованием трифторида брома (BrF 3 ) [15] и фторированные растворители [16] было сообщено. Недавние примеры радикального фторирования позволяют предположить, что генерируемые in-situ комплексы фторидов металлов также могут действовать как агенты переноса фтора к алкильным радикалам. [ нужна ссылка ]
Методики радикального фторирования
[ редактировать ]Декарбоксилативное фторирование
[ редактировать ]Термолиз . перэфиров трет бутиловых - использовался для генерации алкильных радикалов в присутствии NFSI и Selectfluor [3] Промежуточные соединения радикалов были эффективно фторированы, что продемонстрировало способность двух электрофильных фторирующих агентов переносить фтор к алкильным радикалам.
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 можно также запустить с помощью фотоокислительно-восстановительного катализа . [19] [20] Более конкретно, было показано, что производные феноксиуксусной кислоты подвергаются фтордекарбоксилированию при прямом воздействии ультрафиолетового облучения. [21] или с помощью фотосенсибилизатора . [22]
Радикальное фторирование алкенов
[ редактировать ]Алкильные радикалы, образующиеся в результате радикального присоединения к алкенам, также фторируются. Гидриды [23] и азот-, [24] углерод-, [25] и фосфорцентрированный [26] радикалы были использованы, что дало широкий спектр фторированных дифункционализированных соединений.
Фторирование производных бороновой кислоты
[ редактировать ]Алкилфториды были синтезированы посредством радикалов, образующихся из бороновой кислоты производных с использованием серебра . [27]
C(sp 3 )–H фторирование
[ редактировать ]Одним из основных преимуществ радикального фторирования является то, что оно позволяет напрямую фторировать удаленные связи C–H. Металлические катализаторы, такие как марганец , [28] медь , [29] и вольфрам [30] были использованы для ускорения реакции. Безметалловый C(sp 3 )–H-фторирование основано на использовании радикальных инициаторов ( триэтилборан , [31] персульфаты [32] или N -оксильные радикалы [33] ) или органические фотокатализаторы. [33]
Также были разработаны некоторые методы селективного фторирования бензильных связей C–H. [34]
Активация связи C–C
[ редактировать ]Циклобутанолы и циклопропанолы использовались в качестве радикальных предшественников для синтеза β- или γ-фторкетонов. Напряженные кольца подвергаются разрыву связи C–C в присутствии серебра. [35] [36] или железный катализатор [36] или при воздействии ультрафиолетового света в присутствии фотосенсибилизатора . [37]
Возможные применения
[ редактировать ]Одним из потенциальных применений радикального фторирования является эффективный доступ к новым фрагментам, которые могут служить строительными блоками в медицинской химии . [38] С помощью этого подхода доступны производные пропеллана с реакционноспособными функциональными группами, такие как гидрохлоридная соль 3-фторбицикло[1.1.1]пентан-1-амина. [38]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Пакен, Жан-Франсуа; Сэммис, Гленн; Чаталова-Сазепин, Клэр; Хемелаэр, Реми (август 2015 г.). «Последние достижения в области радикального фторирования». Синтез . 47 (17): 2554–2569. дои : 10.1055/s-0034-1378824 .
- ^ Перейти обратно: а б Сиби, Мукунд П.; Ландэ, Янник (февраль 2013 г.). «С сп 3 –F Формирование связи: свободнорадикальный подход». Angewandte Chemie International Edition . 52 (13): 3570–3572. doi : 10.1002/anie.201209583 . PMID 23441011 .
- ^ Перейти обратно: а б с Руэда-Бесерриль, Монтсеррат; Чаталова-Сазепин, Клэр; Люнг, Джо Коннектикут; Окбиноглу, Тулин; Кеннеполь, Пьер; Пакен, Жан-Франсуа; Сэммис, Гленн М. (март 2012 г.). «Переход фтора в алкильные радикалы». Журнал Американского химического общества . 134 (9): 4026–4029. дои : 10.1021/ja211679v . ISSN 0002-7863 . ПМИД 22320293 .
- ^ Бигелоу, Люциус А. (февраль 1947 г.). «Действие элементарного фтора на органические соединения». Химические обзоры . 40 (1): 51–115. дои : 10.1021/cr60125a004 . ISSN 0009-2665 . ПМИД 20287884 .
- ^ Перейти обратно: а б Хатчинсон, Джон; Сэндфорд, Грэм (1997). Чемберс, Ричард Д. (ред.). Элементарный фтор в органической химии . Темы современной химии. Берлин, Гейдельберг: Springer. стр. 1–43. дои : 10.1007/3-540-69197-9_1 . ISBN 978-3-540-63170-5 .
- ^ Саймонс, Дж. Х.; Блок, LP (октябрь 1939 г.). «Фторуглероды. Реакция фтора с углеродом». Журнал Американского химического общества . 61 (10): 2962–2966. дои : 10.1021/ja01265a111 . ISSN 0002-7863 .
- ^ Гракаускас, Витаутас (август 1969 г.). «Водное фторирование солей карбоновых кислот». Журнал органической химии . 34 (8): 2446–2450. дои : 10.1021/jo01260a040 . ISSN 0022-3263 .
- ^ Бокемюллер, Вильгельм (январь 1933 г.). «Попытки фторирования органических соединений. III. О влиянии фтора на органические соединения» [Попытки фторирования органических соединений. III. О влиянии фтора на органические соединения. Анналы химии Юстуса Либиха (на немецком языке). 506 (1): 20–59. дои : 10.1002/jlac.19335060103 . ISSN 1099-0690 .
- ^ Чарновский, Дж.; Кастеллано, Э.; Шумахер, HJ (январь 1968 г.). «Энергия связи O–F в трифторметилгипофлюорите». Химические коммуникации (20): 1255. doi : 10.1039/c19680001255 .
- ^ Ван, Нуньи; Роуленд, Ф.С. (ноябрь 1985 г.). «Трифторметилгипофторит: поглотитель радикалов, доноров фтора». Журнал физической химии . 89 (24): 5154–5155. дои : 10.1021/j100270a006 . ISSN 0022-3654 .
- ^ Франческо, Вентурини; Сансотера, Маурицио; Наваррини, Уолтер (ноябрь 2013 г.). «Последние достижения в химии органических перфторгипофторитов». Журнал химии фтора . Премия ACS по фтору 2013 г.: профессор Ивао Одзима. 155 : 2–20. дои : 10.1016/j.jfluchem.2013.07.005 .
- ^ Тиус, Маркус А. (июнь 1995 г.). «Дифторид ксенона в синтезе». Тетраэдр . 51 (24): 6605–6634. дои : 10.1016/0040-4020(95)00362-C .
- ^ Патрик, Тимоти Б.; Дорогая, Диана Л. (август 1986 г.). «Фторирование активированных ароматических систем фтороксисульфатом цезия». Журнал органической химии . 51 (16): 3242–3244. дои : 10.1021/jo00366a044 . ISSN 0022-3263 .
- ^ Лотиан, Эйлин П.; Рамсден, Кристофер А. (январь 1993 г.). «Быстрое фтородесилилирование арилтриметилсиланов с использованием дифторида ксенона: эффективный новый путь к ароматическим фторидам». Синлетт . 1993 (10): 753–755. дои : 10.1055/s-1993-22596 .
- ^ Сассон, Ревитал; Розен, Шломо (январь 2005 г.). «Построение группы CF 3 ; уникальное трифтордекарбоксилирование, индуцированное BrF 3 ». Тетраэдр . 61 (5): 1083–1086. дои : 10.1016/j.tet.2004.11.063 .
- ^ Ямада, Сигэюки; Гаврюшин Андрей; Кнохель, Пол (март 2010 г.). «Удобное электрофильное фторирование функционализированных арильных и гетероарилмагниевых реагентов». Angewandte Chemie, международное издание . 49 (12): 2215–2218. дои : 10.1002/anie.200905052 . ПМИД 20162637 .
- ^ Инь, Фэн; Ван, Жентао; Ли, Чжаодун; Ли, Чаочжун (июнь 2012 г.). «Катализируемое серебром декарбоксилативное фторирование алифатических карбоновых кислот в водном растворе». Журнал Американского химического общества . 134 (25): 10401–10404. дои : 10.1021/ja3048255 . ISSN 0002-7863 . ПМИД 22694301 .
- ^ Хуан, Сюнъи; Лю, Вэй; Хукер, Джейкоб М.; Гроувс, Джон Т. (апрель 2015 г.). «Направленное фторирование ионом фтора путем декарбоксилирования, катализируемого марганцем». Angewandte Chemie, международное издание . 54 (17): 5241–5245. дои : 10.1002/anie.201500399 . ISSN 1521-3773 . ПМИД 25736895 .
- ^ Руэда Бесеррил, Монтсеррат; Маэ, Оливье; Друэн, Мириам; Маевский, Марек Б.; Уэст, Джулиан Г.; Вольф, Майкл О.; Сэммис, Гленн М.; Пакен, Жан-Франсуа (январь 2014 г.). «Прямое образование связи C – F с использованием фотоокислительно-восстановительного катализа». Журнал Американского химического общества . 136 (6): 2637–2641. дои : 10.1021/ja412083f . ПМИД 24437369 .
- ^ Вентр, Сандрин; Петрониевич, Филип Р.; Макмиллан, Дэвид У.К. (апрель 2015 г.). «Декарбоксилативное фторирование алифатических карбоновых кислот посредством фотоокислительно-восстановительного катализа» . Журнал Американского химического общества . 137 (17): 5654–5657. дои : 10.1021/jacs.5b02244 . ПМЦ 4862610 . ПМИД 25881929 .
- ^ Люнг, Джо Коннектикут; Чаталова-Сазепин, Клэр; Уэст, Джулиан Г.; Руэда Бесеррил, Монтсеррат; Пакен, Жан-Франсуа; Сэммис, Гленн М. (октябрь 2012 г.). «Фотофтордекарбоксилирование 2-арилокси и 2-арилкарбоновых кислот». Angewandte Chemie, международное издание . 51 (43): 10804–10807. дои : 10.1002/anie.201206352 . ISSN 1521-3773 . ПМИД 23023887 .
- ^ Люнг, Джо Коннектикут; Сэммис, Гленн М. (апрель 2015 г.). «Радикальное декарбоксилативное 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 .
- ^ Баркер, Тимоти Дж.; Богер, Дейл Л. (август 2012 г.). «Fe(III)/NaBH 4 -опосредованное свободнорадикальное гидрофторирование неактивированных алкенов» . Журнал Американского химического общества . 134 (33): 13588–13591. дои : 10.1021/ja3063716 . ПМЦ 3425717 . ПМИД 22860624 .
- ^ Ли, Чжаодун; Чжан, Ченгвэй; Чжу, Линь; Лю, Чао; Ли, Чаочжун (февраль 2014 г.). «Радикальное азидофторирование неактивированных алкенов в водном растворе без переходных металлов при комнатной температуре» . Границы органической химии . 1 (1): 100–104. дои : 10.1039/c3qo00037k .
- ^ Киндт, Стефани; Генрих, Маркус Р. (ноябрь 2014 г.). «Межмолекулярное радикальное карбофторирование неактивированных алкенов». Химия: Европейский журнал . 20 (47): 15344–15348. дои : 10.1002/chem.201405229 . ISSN 1521-3765 . ПМИД 25303212 .
- ^ Чжан, Ченгвэй; Ли, Чжаодун; Чжу, Линь; Ю, Лимей; Ван, Жентао; Ли, Чаочжун (сентябрь 2013 г.). «Катализируемое серебром радикальное фосфонофторирование неактивированных алкенов». Журнал Американского химического общества . 135 (38): 14082–14085. дои : 10.1021/ja408031s . ПМИД 24025164 .
- ^ Ли, Чжаодун; Ван, Жентао; Чжу, Линь; Тан, Синьцян; Ли, Чаочжун (ноябрь 2014 г.). «Радикальное фторирование алкилборонатов, катализируемое серебром, в водном растворе». Журнал Американского химического общества . 136 (46): 16439–16443. дои : 10.1021/ja509548z . ПМИД 25350556 .
- ^ Лю, Вэй; Хуан, Сюнъи; Ченг, Му-Дженг; Нильсен, Роберт Дж.; Годдард, Уильям А.; Гроувс, Джон Т. (сентябрь 2012 г.). «Окислительное алифатическое фторирование C – H ионом фтора, катализируемое порфирином марганца» (PDF) . Наука . 337 (6100): 1322–1325. Бибкод : 2012Sci...337.1322L . дои : 10.1126/science.1222327 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 22984066 . S2CID 90742 .
- ^ Блум, Стивен; Питтс, Коди Росс; Миллер, Дэвид Кертин; Хазелтон, Натан; Холл, Максвелл Гарджуло; Урхейм, Эллен; Лекка, Томас (октябрь 2012 г.). «Поликомпонентное алифатическое, аллильное и бензильное фторирование, катализируемое металлами». Angewandte Chemie, международное издание . 51 (42): 10580–10583. дои : 10.1002/anie.201203642 . ISSN 1521-3773 . ПМИД 22976771 .
- ^ Гальперин, Шира Д.; Фан, Надежда; Чанг, Стэнли; Мартин, Райнер Э.; Бриттон, Роберт (март 2014 г.). «Удобное фотокаталитическое фторирование неактивированных связей C – H». Angewandte Chemie, международное издание . 53 (18): 4690–4693. дои : 10.1002/anie.201400420 . ПМИД 24668727 .
- ^ Питтс, Коди Росс; Линг, Билл; Уолторнист, Райан; Лю, Ран; Лекка, Томас (октябрь 2014 г.). «Радикально-цепное фторирование, инициированное триэтилбораном: синтетический метод, основанный на механистическом понимании». Журнал органической химии . 79 (18): 8895–8899. дои : 10.1021/jo501520e . ПМИД 25137438 .
- ^ Чжан, Сяофэй; Го, Шуо; Тан, Пинпин (июнь 2015 г.). «Окислительное алифатическое фторирование C – H без переходных металлов». Границы органической химии . 2 (7): 806–810. дои : 10.1039/c5qo00095e .
- ^ Перейти обратно: а б Амаока, Юки; Нагатомо, Масанори; Иноуэ, Масаюки (апрель 2013 г.). «Безметалловое фторирование связей C(sp 3 )–H с использованием каталитического N -оксильного радикала». Органические письма . 15 (9): 2160–2163. дои : 10.1021/ol4006757 . ПМИД 23600550 .
- ^ Копернику, Ана; Лю, Хунцян; Херли, Пол Б. (январь 2016 г.). «Моно- и дифторирование бензильных атомов углерода». Европейский журнал органической химии . 2016 (5): 871–886. дои : 10.1002/ejoc.201501329 . ISSN 1099-0690 .
- ^ Исида, Наоки; Окумура, Синтаро; Наканиси, Юта; Мураками, Масахиро (январь 2015 г.). «Фторирование циклобутанола и циклопропанола с раскрытием цикла, катализируемое серебром» . Химические письма . 44 (6): 821–823. дои : 10.1246/кл.150138 .
- ^ Перейти обратно: а б Рен, Шичао; Фэн, Чао; Ло, Тек-Пенг (апрель 2015 г.). «Катализируемое железом или серебром окислительное фторирование циклопропанолов для синтеза β-фторкетонов». Органическая и биомолекулярная химия . 13 (18): 5105–5109. дои : 10.1039/c5ob00632e . ПМИД 25866198 .
- ^ Блум, Стивен; Буме, Деста Доро; Питтс, Коди Росс; Лектка, Томас (май 2015 г.). «Сайт-селективный подход к β-фторированию: фотокаталитическое раскрытие кольца циклопропанолов». Химия: Европейский журнал . 21 (22): 8060–8063. дои : 10.1002/chem.201501081 . ISSN 1521-3765 . ПМИД 25877004 .
- ^ Перейти обратно: а б Гох, ЮЛ; Адсол, Вирджиния (декабрь 2015 г.). «Целесообразность синтеза 3-фторбицикло[1.1.1]пентан-1-амина с помощью радикального фторирования». Органическая и биомолекулярная химия . 13 (48): 11597–11601. дои : 10.1039/C5OB02066B . ПМИД 26553141 .