【有机】Nat Commun：新型固态氟磺酰基自由基试剂的开发- 大数跨境

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2022-06-21

导读：廖赛虎教授课题组在前期研究的基础之上，报道了一种新型稳定的固体氟磺酰基自由基试剂：1-氟磺酰基-2-芳基苯并咪唑盐（FABI），并成功实现了光氧化还原条件下的烯烃的自由基氟磺酰化以及烯烃的烷氧基/氟磺

磺酰氟类化合物在有机合成、材料化学、化学生物学、药物开发等方面都有着非常重要的应用。特别是，自2014年Sharpless教授团队提出了新一代基于六价硫氟交换反应（SuFEx）的点击化学以来 (Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 9430; Chin. J. Chem., 2020, 38, 414)，磺酰氟类化合物的合成及应用得到了更为广泛的关注。传统的氟磺酰化反应，多是基于FSO₂+类试剂；与之相对应地，基于氟磺酰基自由基（FSO₂•）的合成反应亟待发展。

近年来，福州大学廖赛虎教授课题组以FSO₂Cl作为FSO₂•自由基源，先后实现了光介导的烯烃和炔烃的自由基氟磺酰化反应 (Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 3956; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 22035)，并与南京林业大学黄申林教授课题组合作，进一步发展了电化学条件下的自由基氟磺酰化反应 (Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 27271)。

FSO₂Cl作为第一代氟磺酰基自由基源，得以实现了一些自由基氟磺酰化反应，但该试剂常温下为气态（沸点约为 7 ˚C），导致在制备、运输、储存、使用等方面都存在一定的不便利性。另外，由于FSO₂Cl中FSO₂基团的强吸电子效应和弱的 S-Cl 键使得其极易发生氯原子转移反应，使得反应常常倾向于以自由基链式的反应机制进行，从而在一定程度上限制了反应类型上的拓展。近日，廖赛虎教授课题组在前期研究的基础之上，报道了一种新型稳定的固体氟磺酰基自由基试剂：1-氟磺酰基-2-芳基苯并咪唑盐（FABI），并成功实现了光氧化还原条件下的烯烃的自由基氟磺酰化以及烯烃的烷氧基/氟磺酰双官能团化反应。

其中咪唑盐2a，由中科院上海有机化学研究所董佳家研究员课题组发展，是一类非常优异的阳离子型的氟磺酰化试剂，适用于氨基和羟基的氟磺酰化反应。然而，2a在光催化条件下，难以产生氟磺酰基自由基；进一步研究发现，2a是可以在该条件下被单电子还原的，并通过进一步优化结构，发现FABI 2d和2e可以成为一类有效的氟磺酰基自由基试剂。FABI参与的烯烃自由基氟磺酰化反应条件温和、官能团兼容性好，并适用于多种类型的烯烃，包括富电子烯烃，如烯基醚、烯基胺类的自由基氟磺酰化反应。

值得一提的是，在1,1-二苯乙烯以及三苯乙烯类底物的反应中，该类新型试剂的产率皆明显优于FSO₂Cl（见括号内产率）。

由于不存在使用FSO₂Cl时的氯原子转移，FABI试剂可以很好地基于光氧化还原机制捕获阳离子中间体来发展新自由基反应类型。在下图烯烃的自由基氟磺酰/烷氧基化反应中，该试剂具有很好的反应性，并能拓展到富电子的烯基醚或烯胺类底物，以及甲酸、乙酸等作为亲核试剂的反应。

最后，通过TEMPO捕获和radical clock实验对反应机理进行了研究，并提出了如下的光氧化还原的反应机理。FABI中苯并结构和2-位芳基基团，可以提高该试剂被单电子还原后的芳构化驱动力，从而促进N-S键均裂及氟磺酰基自由基的产生。

FABI 是一类新型且有效的氧化还原活性的氟磺酰基自由基前体试剂，具有固态、稳定、易于合成、操作方便、官能团耐受性好等特点。相信 FABI作为一类新的自由基前体试剂，有望应用到更多的自由基氟磺酰化反应的设计和开发，并进一步丰富这类自由基化学。

上述研究成果近期发表在Nature Communications 上，文章的通讯作者为福州大学廖赛虎教授，第一作者为福州大学博士后汪鹏，第二作者为福州大学硕士研究生张红海；另外博士生聂星亮和硕士生徐天笑参与了前期的一些探索工作。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Photoredox catalytic radical fluorosulfonylation of olefins enabled by a bench-stable redox-active fluorosulfonyl radical precursor

Peng Wang, Honghai Zhang, Xingliang Nie, Tianxiao Xu, Saihu Liao

Nat. Commun., 2022, 13, 3370. DOI: 10.1038/s41467-022-31089-7

导师介绍

廖赛虎

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