Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 6926 –6929
三氟甲基化合物廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥，農(nóng)藥和先進(jìn)功能材料。近年來(lái)，大量三氟甲基化試劑開(kāi)發(fā)出來(lái)用于制備三氟甲基化合物。然而，現(xiàn)在最大的挑戰(zhàn)是獲得廉價(jià)且實(shí)用的三氟甲基化試劑。Yao Ouyang團(tuán)隊(duì)曾報(bào)道使用三氟甲基磺酸酐作為自由基型的三氟甲基化試劑（與親核和親電三氟甲基化相比，自由基三氟甲基化可以直接將三氟甲基(CF3)基團(tuán)引入有機(jī)分子而不需要額外的反應(yīng)步驟），在吡啶活化和光氧化還原劑的作用下三氟甲基化芳香烴。此外，三氟甲基磺酸酐還可以將CF3和OTf基團(tuán)引入炔烴生成四取代的三氟甲基化的烯烴。
基于三氟甲磺酸酐(Tf2O)的親電性，它常用作偶聯(lián)試劑廣泛應(yīng)用于交叉偶聯(lián)反應(yīng)(Scheme 1a)，其O-S鍵的斷裂經(jīng)歷了兩電子的加成-消除過(guò)程。我們?cè)O(shè)想三氟甲磺酸酐(Tf2O)作為三氟甲基(CF3)化試劑，其CF3-S鍵的斷裂是基于單電子轉(zhuǎn)移(SET)途徑，它就能成為一種新的三氟甲基化試劑。
三氟甲磺酸酐(Tf2O)的S-O鍵脆弱，它傾向和親核試劑結(jié)合，假設(shè)親核試劑可以作為活化劑(AR)和三氟甲磺酸酐(Tf2O)作用，形成絡(luò)合物A (AR+-SO2CF3.TfO-)，該絡(luò)合物A在光氧化還原催化劑的作用下可以通過(guò)單電子轉(zhuǎn)移途徑斷裂CF3-S鍵形成三氟甲基自由基(.CF3)。如此，Tf2O就可用作自由基型三氟甲基化試劑(Scheme 1b)。
基于這種設(shè)想，實(shí)驗(yàn)采用NEt3, PhSPh和吡啶活化Tf2O形成絡(luò)合物A，使用可見(jiàn)光源照射和Ru(bpy)3Cl2催化，三氟甲基化三甲苯1a(Table 1,entries 1-3). 實(shí)驗(yàn)表明：吡啶作為活化劑，反應(yīng)收率高(entry 1)，而NEt3, PhSPh不能當(dāng)作活化劑使用(entries 2-3). 當(dāng)催化劑的用量從3 mol%減小到2mol%，反應(yīng)收率變化不大，但單/雙三氟甲基化選擇性有所提高(entry 4)。當(dāng)催化劑的用量進(jìn)一步減小到1mol%，收率只有原來(lái)的60% (entry 5)。當(dāng)反應(yīng)使用催化量的吡啶時(shí)，只有微量的2a生成(entry 6)。最后，實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了光氧化還原劑和可見(jiàn)光都是三氟甲基化必不可少的(entries 7-8)。
作者進(jìn)一步使用不同的吡啶衍生物，光氧化還原劑以及溶劑來(lái)優(yōu)化反應(yīng)。數(shù)據(jù)表明吡啶，Ru(bpy)3Cl2和DCE (Table 1, entry 1)就是最佳的三氟甲基化條件。
基于最佳反應(yīng)條件，文章探究了三氟甲基化底物的適用范圍：1)苯酚類和苯胺類除外的有吸電子或供電子基的苯環(huán)化合物；2)各種雜環(huán)化合物，無(wú)論是缺電子或富電子的雜環(huán)化合物。值得一提的是，三氟甲磺酸根(1e)，硼酸根(1g-l)以及溴化物(1m)在三氟甲基化反應(yīng)條件的耐受性良好，并且這種三氟甲基化條件成功制備了復(fù)雜化合物2w，我們認(rèn)為它可以應(yīng)用于路線后期化合物三氟甲基化。
三氟甲基化時(shí)，三氟甲磺酸酐會(huì)變成CF3自由基和OTf陰離子，從原子利用率的角度考慮，我們希望CF3和OTf都可以進(jìn)入有機(jī)分子。在炔烴3的三氟甲基化(Scheme 3)時(shí)得到了高區(qū)域選擇性和立體選擇性的四取代烯烴4，這為制備四取代的三氟甲基化的烯烴提供了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。
文章解釋了三氟甲磺酸酐(Tf2O)三氟甲基化的機(jī)理(Scheme 4)。在藍(lán)色LEDS光源的照射下，催化劑[Ru(bpy)3]2+變成激發(fā)態(tài)的*[Ru(bpy)3]2+，它是強(qiáng)還原劑。激發(fā)態(tài)的*[Ru(bpy)3]2+單電子還原Tf2O-吡啶絡(luò)合物A，生成自由基B和[Ru(bpy)3]3+(CF3-S的斷裂基于單電子轉(zhuǎn)移過(guò)程已經(jīng)被熒光淬滅實(shí)驗(yàn)證實(shí))。自由基B可以釋放親電性的三氟甲基自由基(.CF3)。三氟甲基自由基(.CF3)加成到芳香烴1生成中間體C。中間體C被[Ru(bpy)3]3+單電子氧化生成陽(yáng)離子D,同時(shí)[Ru(bpy)3]3+重新變成[Ru(bpy)3]2+，形成了催化閉環(huán)。最后，陽(yáng)離子中間態(tài)D失去質(zhì)子生成2。在三氟甲基化炔烴3的例子中，三氟甲基自由基(.CF3)加成產(chǎn)物C’在[Ru(bpy)3]3+單電子氧化生成陽(yáng)離子烯烴D，。陽(yáng)離子中間體D，和OTf陰離子反應(yīng)生成4.
