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氟原子可調控分子親脂性、代謝穩定性與構象,在藥物、材料、農用化學品中核心應用,C?F 鍵構建是有機化學前沿方向。傳統醇脫氧氟化有諸多缺陷,如氟硫試劑(SF?、DAST、Pyfluor、CpFluor)易致叔醇 β?消除 / 消旋,產生 HF 劇毒腐蝕副產物,官能團兼容性差。預活化-金屬氟化物路線,僅適用于伯 / 仲醇,步驟繁瑣,依賴環境不友好的膦試劑,叔醇轉化困難。
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近期,南京大學王毅、張衛剛團隊開發了二苯并噻吩(DBT)/Selectfluor/CsF一鍋法快速溫和醇脫氧氟化新策略,無需底物預活化,可兼容伯、仲、叔醇及復雜天然產物 / 藥物分子, 官能團耐受性突出。 結合控制實驗與 DFT 計算闡明了以DBT?F 硫鎓鹽為關鍵中間體的反應機理。【Org. Lett. 2026, 28, 3637–3642;https://doi.org/10.1021/acs.orglett.6c00714】
反應條件優化
以 2?甲基?4?苯基丁?2?醇 (1a)為模板底物,系統篩選條件。
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最優條件:0.10 mmol 醇、1.5 equiv DBT、1.5 equiv Selectfluor、1.5 equiv CsF,乙腈為溶劑,60℃、氬氣保護反應 4 h,1?F NMR 收率 66%,分離收率 52%。
關鍵組分必要性:缺失 DBT/Selectfluor/CsF 任一試劑僅得痕量產物。
試劑當量:DBT 與 Selectfluor 用量降低均導致收率下降,證明 DBT 為介導劑、Selectfluor 為氧化劑。
溶劑與溫度:乙腈最優,替換為 DMF、THF 等收率僅 9%–21%;室溫 / 40℃/80℃/100℃收率 9%–36%,60℃最佳。
硫源替代:噻蒽、苯氧噻蒽、硫醚、單質硫均劣于 DBT,收率 2%–12%。
氛圍:空氣下收率驟降至 5%,氬氣保護必需。
底物適用范圍 在最優反應條件下進行底物適用范圍篩選。
叔醇:產物收率42%–78%;炔基、噻唑官能團兼容,放大至 5 mmol 規模,噻唑取代叔醇收率70%;雪松醇(天然叔醇)氟化產物收率63%。
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仲醇:反應時間縮短至 2 h,茚滿醇、4?苯基?2?丁醇、二苯甲醇收率53%–72%;環醚、砜、硝基官能團兼容;藥物分子烯效唑、表雄酮、D?吡喃葡萄糖、苯芴醇均實現氟化,收率中等至優秀。
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伯醇:給電子 / 吸電子取代苯乙醇收率70%–86%;萘基底物、不同碳鏈伯醇高效轉化;天然產物 / 藥物甲硝唑、銀杏酚、艾地苯醌化學選擇性氟化,收率中等至良好,僅因微量水分產生少量氫化副產物。
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羧酸底物: 室溫下,羧酸經該體系轉化為酰氟,原位與苯胺生成酰胺,烷基 / 芳基羧酸、烯基、大位阻三苯基乙酸均兼容;布洛芬、吉非貝齊、苯丁酸氮芥等藥物分子高效轉化,證明策略可用于后期氟化修飾。
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機理研究
控制實驗:手性仲醇 (S)?4?苯基丁?2?醇(>99:1 e.r.)氟化得到 (R)?構型產物(1.5:98.5 e.r.),構型完全翻轉,證實為SN2 機理。
1?O 標記實驗:反應生成 1?O?DBTO,證明氧原子來自醇羥基,為親核取代而非自由基過程。
DBTO 脫氧活性遠低于 DBT,確認 DBT 為核心介導試劑。CsF 可替換為 KF、NaF、ZnF?、CuF?、CaF?,雖收率降低,但證明CaF?等廉價金屬氟化物可作為氟源。
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DFT 計算:
1、決速步,DBT 與 Selectfluor 經過渡態 TS?I 生成DBT?F 硫鎓鹽中間體 INT?I,能壘19.8 kcal·mol?1,吸熱 2.2 kcal?mol?1。
2、后續歷程,中間體攫取醇羥基質子,烷氧負離子進攻 INT?I 生成 INT?II;經 TS?II(活化自由能 29.1 kcal?mol?1)斷裂 C?O 鍵,生成烷基氟與 DBTO。
3、氟源,Selectfluor 為氧化劑,其殘留氟離子與 CsF 共同提供反應所需 F?。
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作者成功建立了以 DBT、Selectfluor 和 CsF 為試劑的一鍋法醇脫氧氟化策略。該方法底物范圍廣、官能團耐受性好、反應條件溫和,具備優異的實用性與應用價值。機理研究(控制實驗 + DFT 計算)揭示了反應歷程,凸顯 DBT?F 硫鎓鹽中間體的核心作用。
參考資料:Sulfonium Salt-Mediated Deoxyfluorination of Alcohols;Zhenlei Zou, Yuntian Shi, Wangzhe Chen, Jie Dong, Weigang Zhang,* and Yi Wang*; Org. Lett. 2026, 28, 3637–3642;https://doi.org/10.1021/acs.orglett.6c00714
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