邻三氟甲基苯磺酰腙作为新型氟烷基重氮前体的合成及应用研究

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含氟有机分子的合成在新药研发以及功能分子制造中具有重要的应用。然而,天然可获取的含氟有机物数量稀少,几乎全部依赖于化学合成,因发展新型氟化方法学是开拓氟化学领域前沿的重要途径。氟烷基重氮化合物是一类高活性的氟烷基化试剂,其借助重氮基团的高反应性,不仅可以便捷地向目标分子引入氟烷基,同时也能直接构建多样化的含氟结构单元。与常见的酯基重氮化合物相比,氟烷基重氮化合物的研究起步较晚且发展缓慢,在重氮化学领域普遍认为“更具有挥发性、爆炸性和毒性”。多年来,氟烷基重氮化合物的高反应性和危险性也成为了“双刃剑”,是拓展此类试剂研究的瓶颈问题。因此,开发安全稳定的新型氟烷基重氮甲烷替代物对于推动氟烷基重氮的广泛应用具有重要意义。基于本课题组在磺酰腙化学的研究基础,本论文开发了系列的N-邻三氟甲基苯磺酰腙作为新型的氟烷基重氮替代物(前体),并探索了此类试剂的多种新反应活性。具体研究内容如下:研究内容一:我们开发了一种新型的三氟甲基重氮甲烷前体:三氟乙醛N-邻三氟甲基苯磺酰腙(TFHZ-Tfs)。该试剂可以在碱性条件下原位缓慢释放三氟甲基重氮甲烷(CF3CHN2),避免了实验人员直接操作危险的重氮试剂。我们通过环丙烷化以及Doyle-Kirmse反应明确证实了该试剂作为三氟甲基重氮甲烷前体的有效性,并首次实现其在碱性条件下与X-H的偕二氟烯基化反应。研究内容二:在TFHZ-Tfs的基础上,我们继续开发了一种新型的二氟甲基重氮甲烷前体:二氟乙醛N-邻三氟甲基苯磺酰腙(DFHZ-Tfs)。该试剂可以通过溶剂调控,在无水或水溶液体系中分别产生二氟甲基重氮甲烷(CHF2CHN2)和甲酰基重氮甲烷(CHOCHN2),并顺利进行多种金属卡宾转移反应。研究内容三:我们开发了三氟甲基苯基N-邻三氟甲基苯磺酰腙(AFHZ-Tfs)在低温(rt至-40 ℃)不对称金属卡宾转移反应中的应用,突破了传统磺酰腙在不对称转化中难以兼容低温反应体系的限制。我们通过高对映选择性的不对称环丙烷化和环丙烯化反应证明了该策略的实际可行性,并首次实现了氟烷基重氮化合物的分子内不对称C-H插入反应。
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