基于CF3SO2型试剂的新型氟烷基化反应

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含氟化合物在医药、生物化学以及材料科学领域都有着十分重要的应用,尤其是在新药开发合成中引入含氟官能团成为了一种常见有效的手段,所以开发简单实用引入含氟基团到有机骨架的方法是化学家们孜孜以求的目标。三氟甲基亚磺酸钠和三氟甲基磺酰氯都是市售的氟化试剂,已经被广泛用于各种氟烷基化反应中,具有成本低廉、易于储存使用的优点,开发其在氟烷基化反应中的新用途不仅具有学术意义而且有很高的实用价值。在本论文中主要研究了使用三氟甲基亚磺酸钠和三氟甲基磺酰氯对胺和烯烃引入各种含氟基团的方法。首先,开发了一种使用三氟甲基亚磺酸钠制备三氟甲基胺的实用简便的方法,通过使用三苯基膦为还原剂、氟化银为脱硫氟化试剂在室温下即可通过一锅两步的方法实现对胺的三氟甲基化。该反应条件温和、官能团相容性好,最高分离收率可达90%,对多个药物分子的三氟甲基化修饰也能成功以61%-82%的收率得到相应产物。进一步的我们将该方法拓展到使用全氟烷基亚磺酸钠合成全氟烷基胺,通过类似的一锅两步法合成了一系列全氟烷基胺,开发了合成该类化合物的通用方法。通过对反应机理研究表明,反应中经由三氟甲硫基阴离子等分解原位生成的硫代碳酰氟或其全氟类似物是反应的关键中间体。其次,开发了一种使用三氟甲基磺酰氯高效合成硫代氨基甲酰氟和异硫氰酸酯的方法,在三苯基膦/碘化钠的还原体系下,该试剂与不同种类伯胺/仲胺均以较高产率得到相应的硫代氨基甲酰氟/异硫氰酸酯产物。该反应条件简单,对苯胺、杂环胺及脂肪族胺类等都能适用,具有优良的底物适用性和官能团耐受性,药物分子也可以良好的产率(69%-74%)在该条件下转化,该反应体系还可进行克级规模的放大,显示出较好的应用潜力。通过控制实验捕获到了三氟甲基磺酰氯还原产生的硫代碳酰氟活性中间体并提出了合理的反应路线。最后,将三氟甲基亚磺酸钠作为三氟甲基化和三氟甲硫基化试剂的两种功能结合,通过光催化的方法成功实现了其对烯烃的三氟甲基-三氟甲基硫化反应,该反应在温和条件下进行,并表现出优异的底物通用性和官能团耐受性,能对包括1,1-二取代、1,2-二取代和三取代烯烃在内的多种烯烃完成转化,类药物活性分子也可由该反应修饰。我们还对反应过程做了详细研究,通过机理实验结合DFT理论计算表明,该反应首先通过光催化剂的激发产生三氟甲基自由基,并结合铜介导的三氟甲基硫基化过程最终得到产物。总之,通过对三氟甲基亚磺酸钠和三氟甲基磺酰氯的进一步研究,发展了该类试剂新的氟烷基反应类型,加深了对该类试剂化学性质的认识,将进一步促进CF3SO2型试剂的发展与运用。
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