高價碘化合物在現(xiàn)代有機化學(xué)領(lǐng)域具有非常重要的地位，并已成為有機合成中必不可少的工具。為了制備高價硫化合物，Carsten Bolm課題組在前期研究中引入了含有亞磺酰亞胺基的三價碘試劑1和2（Figure 1），并證明它們可以將炔、硫醇、烯烴和芐基底物進行亞磺酰亞胺化。為了拓展這項研究，課題組想探究類似的含氟三價碘試劑3（Figure 1）是否具有同樣的反應(yīng)性。由于3活化之后最終生成的產(chǎn)物可能同時具有亞磺酰亞胺基和氟，而這兩種基團在藥物和農(nóng)藥中都非常重要，因此實現(xiàn)這一想法很有吸引力。
近日，德國亞琛工業(yè)大學(xué)Carsten Bolm課題組利用二氟碘芳烴和亞砜亞胺原位生成三價碘試劑3，然后通過3在光催化下實現(xiàn)了苯乙烯的亞磺酰亞胺化和氟化。該成果發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.上（DOI: 10.1002/anie.202005844）。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
二氟碘芳烴4是制備含氟化合物3最靠譜的原料。在最初的研究中，作者將二氟碘甲苯4a和亞砜亞胺5a在二氯甲烷中反應(yīng)20 min，便通過1H-NMR和19F-NMR發(fā)現(xiàn)了新的含氟物種（Scheme 1）。然后作者蒸發(fā)溶劑得到油狀物質(zhì)，其對色譜條件敏感。ESI-MS分析顯示m/z 357.97513處的信號對應(yīng)于[3a-F-]的成分。但是，3a的分離失敗了。于是，作者設(shè)想在原位反應(yīng)的條件下以3a來實現(xiàn)烯烴的亞磺酰亞胺化和氟化，從而生成產(chǎn)物7。雖然前人也有報道類似的胺化氟化反應(yīng)，但是那些反應(yīng)體系往往需要金屬催化劑或者外部的氟源。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
接下來，作者對反應(yīng)條件進行了研究。首先，以DCM作為溶劑，4a和5a在密閉管中氬氣氛圍下于環(huán)境溫度下攪拌20分鐘，制備得到3a。然后，將烯烴6a和光催化劑Ru(bpy)3(PF6)2（1 mol％）依次添加到反應(yīng)液中。用藍色LED（24 W）照射12小時，然后分離得到7aa，產(chǎn)率83％（Scheme 2）。作者篩選其他光敏劑代替Ru(bpy)3(PF6)2，但效率均較低。加入CsF、AgF或CuF2后，7aa的生成量下降。沒有LED照射的情況下，7aa的產(chǎn)率顯著降低。
在最佳條件下，作者探索了該反應(yīng)的底物適用范圍（Scheme 2）。首先，各種亞砜亞胺5、二氟碘甲苯4a和苯乙烯6a反應(yīng)，鹵素、烷基、烷氧基、乙酰氧基和硝基都是可以耐受的。在S-芳基S-甲基亞砜亞胺中（5a-p），芳烴上含給電子和吸電子取代基的底物均反應(yīng)良好，富電子底物（7ea和7fa）的反應(yīng)結(jié)果略好于缺電子底物（7ga-ia）。芳烴上鄰、間、對位被取代的亞砜亞胺均能順利反應(yīng)，其中對位取代底物的反應(yīng)活性最高。此外，含萘基、二芳基以及雜芳基的亞砜亞胺也能以良好的收率得到相應(yīng)的亞磺酰亞胺產(chǎn)物（7pa-ta）。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
接下來，作者以亞砜亞胺5f，二氟碘甲苯4a原位形成三價碘試劑考察了烯烴的適用范圍。作者首先研究了具有單取代芳基的1-苯乙烯（6b-r）的適用性，結(jié)果顯示這類底物能以良好至優(yōu)異的產(chǎn)率轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物。1-萘基和均三甲基苯乙烯（6s和6t）分別以86％和50％的產(chǎn)率生成相應(yīng)的產(chǎn)物（7fs和7ft）。1,1-二取代的苯乙烯（6u和6v）也以較高的產(chǎn)率得到對應(yīng)的產(chǎn)物（7fu和7fv）。二氫萘（6w）同樣反應(yīng)良好。上述結(jié)果表明，1,2-二取代的苯乙烯衍生物可以選擇性地反應(yīng)。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
為了闡明該反應(yīng)的途徑，作者在標準條件及變化條件下進行了多個實驗，并提出了可能的反應(yīng)機理（Scheme 4）。首先，可見光下激發(fā)態(tài)Ru(bpy)3(PF6)2（PC*）通過單電子轉(zhuǎn)移（SET）致使原位生成的三價碘試劑3a的N-I鍵斷裂，形成了以N為中心的亞磺酰亞胺自由基A、氟陰離子、對甲苯碘化物和氧化態(tài)的光催化劑（PC+）。隨后，A加成到6a的雙鍵中生成自由基B。芐基的穩(wěn)定作用對于整個反應(yīng)過程至關(guān)重要，并且也是反應(yīng)獲得高區(qū)域選擇性的基礎(chǔ)。PC+通過電子轉(zhuǎn)移將自由基B氧化生成芐基陽離子C，并再生基態(tài)光催化劑PC，完成催化循環(huán)。最后，陽離子C與氟陰離子反應(yīng)生成產(chǎn)物7aa。
（圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.）
小結(jié)：作者開發(fā)了一種新的原位形成的三價碘試劑，通過單步操作在光催化下實現(xiàn)了苯乙烯的氟化和亞磺酰亞胺化。該方法顯示出良好的官能團耐受性和區(qū)域選擇性。機理研究表明該反應(yīng)是一個自由基反應(yīng)。
