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“亲电”氟化(三)

发布时间:2018-01-18 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1205

尽管芳香化合物的亲电氟化反应可以通过许多NF试剂进行(图式2.99),但还存在一个主要问题,即反应缺少足够的选择性,由于异构体产物的沸点非常接近,因而难以分离纯化。因此,用NF试剂或元素氟来氟化芳环化合物仅有几个应用特例。对于大规模的工业生产,氟卤交换和Balz-Schiemann反应依然是首选。

硫醚与一当量NF试剂的反应经由含氟-Pummerer重排生成了α-氟代硫醚(图式2.100)。使用适当过量的氟化试剂,反应可以生成α-氟代亚砜和α-氟代砜。苯硫基基团在氟化反应后可被除去,因此它在某些天然产物的氟化过程中可被用做选择性氟化的定位基团。

图式2.99  芳香化合物的亲电氟化反应

图式2.100  利用NF试剂对硫醚的α-氟代

用F-TEDA-BF4也可以经亲电反应机理对脂肪烃直接进行选择性氟化。根据不同的反应条件,可得到氟代烷烃或Ritter反应产物(即酰胺类化合物)(图式2.101)。缩短反应时间有利于氟代烷的生成,而在乙腈中与F-TEDA-BF4长时间加热则有利于生成乙酰胺类化合物,特别是在有额外的路易斯酸催化剂如BF3·OEt2存在情况下则更是如此。

图式2.101  乙腈中NF试剂的Ritter反应和对脂肪族化合物的氟化

尽管用各种手性NF试剂能够对映选择性地得到亲电氟化反应产物,但ee值都不高,远低于“真正的”亲电加成反应所期望的结果。其原因就在于亲电氟化反应的特殊机理:通常,首先发生电子转移产生一个短寿命的自由基中间体,而它在构型上不稳定并发生消旋化。

第一代手性NF试剂是N-氟代内磺酚胺,它是由樟脑内磺酰胺或磺酰羧酸内酰亚胺衍生而来(图式2.102)。

图式2.102  第一代非荷电的手性亲电氟化试剂:N-氟代樟脑内磺酰胺(14a-d)和N-氟内磺酰胺(15)

最近的方法是利用奎宁类生物碱衍生物如奎宁。在“一锅法”反应中先用Selectfluor将奎宁转化成相应的NF试剂,然后与相应的底物反应(图式2.103)。用此类试剂进行氟化,产物的ee值要比用N-氟代酰亚胺氟化的产物的ee值高,但仍然低于其他对映选择性反应。

图式2.103  用O-(4-氯苯甲酰基)-N-氟代-氢化奎宁对烯醇硅醚的对映选择性亲电氟化。该氟化试剂由F-TEDA-BF4(SelectfluorTM)和O-( 4-氯苯甲酰基)氢化奎宁现场反应生成

Selectfluor双阳离子与手性磷酸阴离子结合的相转移催化体系用于亲电氟化反应取得了良好的对映选择性结果(图式2.104)。

图式2.104  使用手性的阴离子相转移催化剂进行的对映选择性的亲电氟化反应[吸酸剂(Proton Sponge)=1,8-双(二甲基氨基)萘]

另一个对映选择性的亲电氟化方法是利用底物上的手性辅助基团,这就把对映选择性氟化转化为一个非对映选择性氟化的问题。该领域的突破性工作始于1992年,由Davis小组完成,他们用N-氟代邻苯二磺酰亚胺(NFTh)作为亲电氟化试剂,对经Evans噁唑啉酮手性辅基改造过的烯醇酰亚胺进行氟化(图式2.105)。

图式2.105  通过Evans 噁唑啉酮作为手性辅基合成α-氟羰基化合物。R1=H, Ph; R2=CH3,iPr;R3=nBu,tBu,Bn,Ph

在亲电氟化过程中,利用薄荷醇衍生物也是获得非对映选择性的一个较经济的方法。根据亲核中心取代基大小,不仅可改变其氟化反应的立体选择性,甚至能够完全反转(见表2.2)。

表2.2利用薄荷醇衍生物作为手性辅基

在前列腺素的含氟类似物的合成过程中又发现另外一个非对映选择性亲电氟化的例子。在此反应中,底物的凹形结构及其连接的大体积的四氢吡喃保护基团阻碍了氟化试剂从该分子的凹面进攻(图2.7)。

图2.7  由邻近的手性中心决定氟化反应位点的非对映选择性

一个最近的β-酮酸酯对映选择性亲电氟化方法是基于底物与手性钛催化剂在中性条件下配位而发生烯醇化。手性的钛TADDOL配合物催化剂(TADDOL:α,α,α',α'-四芳基-2,2-二甲基-1,3-二氧-4,5-二甲醇)与β-酮酯配位,使之烯醇化后顺利发生亲电氟化(图式2.106)。前手性的烯醇化底物的一面被TADDOL配体中大体积的萘基所遮挡,阻碍了F-TEDA从该面亲电进攻。

图式2.106  β-酮酸酯的不对称氟化反应,催化剂:手性钛TADDOL复合物。Np: 1-萘基,R:Et, R': 2,4,6-三异丙基苄基

包括脯氨酸衍生物作为手性添加剂用于脂肪醛的氟化反应以及手性把络合物用于对映选择性的制备含氟吲哚酮化合物

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