张弛课题组：新型有机三价单氟碘试剂促进的未活化环丙烷的扩环氟化反应

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近年来，有机高价碘试剂因其新颖、丰富的反应性备受瞩目。有机高价碘试剂具有性质温和、制备简单、环境友好等优点，广泛地应用于有机合成化学领域，它参与的许多有机反应具有优异的化学和区域选择性。近年来，其作为多功能、多用途的官能团转移试剂在有机合成中的作用也日益彰显，其中含氟高价碘试剂在有机氟化物的合成中发挥着越来越重要的作用，因此，设计、发展新型具有独特结构暨转氟反应性的稳定高价碘试剂一直是相关领域的研究热点。
        近日，南开大学张弛教授课题组发展了一种新型有机单氟三价碘试剂(1)，并将其与未活化的环丙烷反应，在温和条件下实现了对未活化环丙烷碳-碳键选择性的断裂以及随后的分子内扩环氟化，该反应为4-位氟化哌啶的高效合成提供了一种新的策略，反应具有优异的区域选择性和非对映选择性, 氟代哌啶是非常重要的结构单元，见之于许多生物活性分子中，例如：实验药物贝非拉多、T型钙通道调节剂、脂质合成调节剂以及具有抗炎活性的分子。与已有的三价环碘氟试剂相比，试剂1在该反应上展示了其可行性、独特性（图1）。

有机三价单氟碘试剂

        作为第一例基于N-乙酰基苯碘唑骨架的单氟三价碘试剂，1可通过三步反应以76%的总收率合成。值得指出的是，最后一步氯-氟配体交换反应所用的氟源是AgF2（图2）。试剂1通过1H、13C和19F NMR光谱以及X-射线晶体衍射进行了结构确证，1具有典型的扭曲T型结构，I(1)…O(2)次级键长度为2.8854 Å。试剂1具有良好的稳定性，在室温条件下储存6个月不会发生任何分解，配体交换反应可以在20克量级有效进行。

有机三价单氟碘试剂

图2 试剂1的合成

        作者综合使用实验和DFT计算对反应机理进行了详细研究。试剂1在BF3•Et2O作用下生成关键中间体A，A可以活化环丙烷底物中的C-C键，这一步是该反应的决速步（∆G = 20.2 kcal/mol）。碳正离子中间体IM2与氟离子结合并继而发生分子内环合反应生成产物4-位氟化哌啶。试剂1可经S-2氧化和配体交换两步实现再生(图3)。

有机三价单氟碘试剂

图3机理能量图以及过渡态和中间体的结构

       该工作报道了一种对未活化环丙烷碳-碳键选择性断裂以及随后的分子内扩环氟化新策略，该策略是由新开发的单氟三价碘试剂1介导实现的，其三个属性对反应的成功起到了关键作用：(1) 试剂1的亲电性，(2) 1充当反应的氟源，(3) 1中酰亚胺中的氮原子发挥了碱的作用。有关新型单氟三价碘试剂1的其它反应性研究目前正在进行中。


       论文信息：
       Ring Expansion Fluorination of Unactivated Cyclopropanes Mediated by a New Monofluoroiodane(III) Reagent
       Jing Ren, Feng-Huan Du, Meng-Cheng Jia, Ze-Nan Hu, Ze Chen, and Chi Zhang*
       博士研究生任静为第一作者，博士研究生杜逢涣负责工作的理论计算部分。特别致谢国家自然科学基金委和国家重点研发计划的经费资助。
       Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 24171–24178.


       文章来源：南开大学
       张弛，博士，教授，博士生导师。南开大学元素有机化学国家重点实验室固定研究人员。1990年本科毕业于兰州大学化学系，1993年考入兰州大学化学系，1996年获理学硕士学位，1996年底至2001年初在香港大学化学系攻读并获得博士学位。2001年至2003年在美国Stanford大学化学系做博士后，研究模拟酶。2003年任南开大学教授、2005年任博士生导师，2007年入选教育部新世纪优秀人才支持计划。