上海有機所在含氟雜芳基砜類試劑研究中取得新進展

　　含氟有機化合物在功能材料、醫藥、農藥等方面有著廣泛的應用，因此發展向有機分子中高效、高選擇性地引入氟原子和含氟片段一直是有機化學領域中的重要研究方向。中國科學院上海有機化學研究所有機氟化學重點實驗室胡金波課題組一直致力于有機化學中獨特氟原子取代效應（氟效應）的研究，并在基于含氟含硫試劑的選擇性氟烷基化和氟烯基化方面取得一系列成果(Chem. Rev. 2015, 115, 765)。近期，他們對含氟雜芳基砜這一類分子的多樣性反應開展了深入研究，發展了新型含氟試劑和合成方法，為含氟有機化合物選擇性合成提供了新的工具和思路。

　　 該小組于2010年首次報道了二氟甲基（2-吡啶基）砜（2-PySO2CF2H）這一新試劑對醛以及酮的脫氧偕二氟烯基化反應(Org. Lett. 2010, 12, 1444； Chem. Eur. J. 2014, 20, 7803)，不但首次捕獲到反應中的含氟亞磺酸鹽中間體，并且發展了新的氟烷基化反應(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 2559； J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 5790； Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 638)。得益于2-吡啶基這一雜芳基的獨特調控性，目前，2-PySO2CF2H已經成為一種將羰基化合物轉化為偕二氟烯烴以及制備在藥物開發中具有重要價值的少氟烷基亞磺酸鹽的重要試劑，被國內外同行稱為“胡試劑（Hu’s reagent或Hu reagent）”。2015年，他們還利用本團隊開發的單氟烷基（2-吡啶基）試劑與醛反應，通過含氟亞磺酸鹽中間體在分解成烯過程中的動力學拆分發展了一種液相—液相萃取高效分離單氟烯烴順反異構體的方法，首次實現了對單氟烯烴順反異構體的“無痕”化學分離(J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 5199)（圖1）。

　　在此基礎上，該小組利用含氟雜芳基砜的反應特性，研究了從氟烷基砜可控產生氟烷基自由基的方法。他們使用可見光氧化還原催化的溫和反應條件，首次實現了含氟砜的單電子轉移還原，將氟烷基(2-苯并噻唑基)砜以及氟烷基(2-吡啶基)砜發展成了新型實用的氟烷基自由基前體(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 2743)，為含氟砜參與的自由基氟烷基化反應研究奠定了基礎。

　　最近，該團隊利用含氟雜芳基砜試劑又成功地發展了首例鐵催化的對芳烴或雜芳烴的高效二氟烷基化反應（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 880）。多年以來，在過渡金屬參與的氟烷基化反應研究領域，過渡金屬催化的氟烷基化一直是研究熱點。從1969年英國科學家和日本科學家首次報道了銅粉參與的對芳基碘化物的三氟甲基化和全氟烷基化反應以來，銅參與或促進的氟烷基化反應是研究得最為廣泛的研究方向。最近十年以來，鈀催化和鎳催化的氟烷基化反應也迅速興起，但是鐵催化下對芳烴的直接氟烷基化反應的報道極為罕見。他們利用廉價易得的Fe(acac)3作為催化劑，TMEDA作為配體，利用他們原創的2-PySO2CF2H試劑，成功實現了對芳基鋅的高效二氟甲基化反應（圖2）。他們通過初步機理驗證實驗，發現自由基捕獲劑或者單電子轉移抑制劑都可以阻止該二氟甲基化反應發生。基于此，他們提出了一個經由二氟甲基自由基形成二氟甲基鐵物種的反應機理。這也是首例過渡金屬催化下含氟雜芳基砜參與的經由Rf—S鍵斷裂而實現的交叉偶聯氟烷基化反應。

　　 上述工作得到國家科技部、國家自然科學基金委員會、中科院和上海市科委的資助。

　　圖1. 氟烷基（2-吡啶基）砜試劑在氟烯基化和氟烷基化中的應用

　　圖2. 含氟雜芳基砜的單電子轉移還原用于交叉偶聯氟烷基化反應