光化学催化三氟甲基化

详细的转化过程和催化循环图如Scheme5所示，按照这个顺序，光激发������������(������������������)3 2+变成 ������������(������������������)3 2+ ∗，一个电子被������������+继承使������������(������������������)3 2+变成������������(������������������)3 +和������������2+ ，CF3I随着 ������������(������������������)3 +减少得到CF3·和Iˉ。并且根据文献上的数据，这种反应的电位和热力学上都是 合理的。CF3·接着能立即与������������2+ 反应生成������������3+（CF3），接着在此基础上������������3+（CF3）和芳 基硼酸将生成������������3+（芳基） （CF3）,这就使芳基-CF3键生成并还原消除得到产品，������������+ 催化 剂也可以再生。 总的说来， 这篇文章描述了一种温和通用的以铜催化和钌光催化的三氟甲基化和芳基硼 酸的全氟烃基化反应。这个方法的优势是利用可见光催化在温和的条件下来产生������������˙ ，然后 与铜催化相结合来使芳基硼酸化。 这种组合方法使有各种官能团的许多芳香族和含杂环原子 都能发生三氟甲基化反应。 并且描绘了将有机金属和光还原氧化催化相结合的综合的有机合 成方法。
可见光催化和过渡金属铜催化相结合，以C������3 ������作为三氟甲基化试剂取代硼酸基团 摘要:这篇文章介绍了用C������3 ������ 通过光致氧化还原和铜催化来使芳基硼酸发生偶联反应一种温 和的方法的发展。 这种方法已被应用到富电子的多种芳香族和杂环化合物的三氟甲基化反应， 并且能适用于芳环上连接的普遍的官能团。 三氟甲基取代基被广泛的应用在药物和农药上。 因此， 随着温和通用的合成方法的发展， C-C������3 键的合成已经成为一个热门的研究领域，在过去三年里，一些以金属 Pd 和 Cu 为基础 的催化剂来催化打开卤代芳烃、芳基硼酸和芳香族的碳氢键，使其三氟甲基化。 Scheme 1Cu 催化三氟甲基硼酸使芳基三氟甲基化:
这些转化包括CF3ˉ和CF3﹢试剂，它们分别以亲核和亲电的方式是三氟甲基官能团转移 到铜催化剂的中心。 许多这些新方法相对于传统的Swarts反应显著地证明了它的优势， 后者 需要更高活性的氟化试剂和更苛刻的反应条件。 尽管有这些重要的优势， 目前大多数芳基三氟甲基化的合成策略面临着一个或更多的限 制。在有些情况下，反应温度需超过100℃并且需要更强的酸或碱，如三氟醋酸或者叔丁醇 钾。其他方法也需要昂贵的三氟甲基化试剂，如Togni’s 试剂1-(三氟甲基)-1,2-苯碘酰 -3(1H)-酮，TESCF3(三氟甲基三乙基硅烷)，而且这些试剂对底物都有一定的局限性。
通过对一些条件的控制来得到最合适的混合配比，当光、醋酸亚铜、Ru(bpy)3Cl2· 6H2O 都没有的时候，得到1a产物产率不超过3%。这个结果说明必须有这三大条件才能得到高的 1a产物产率。副产物4-碘-1，1'-联苯也确定了存在中间产物三氟甲烷化硼酸的结构。小于 2%的三氟甲基芳基产物生成，这充分支持主要生成1a的过程不包含碘化物中间体。最终， Baran和MacMillan研究发现由硼酸作为底物通过生成CF3·可促进C-H的三氟甲基化反应。 在两种情况下低于2%的1a产物被发现。 这个结果表明1a并不是直接在硼酸中由CF3·反应而 产生的。 这种转化紧接着被应用在各种不同的芳基和含杂原子硼酸的衍生物中。 具有代表性的个 体如Scheme 3所示，被强调的不仅仅是这种方法广泛的适用范围，也有它的局限性。含硼酸 基的芳香族化合物能承受供电子的叔丁基、甲氧基等基团或者吸电子的CN-、-CF3、-F、甲 酯基等基团， 这些取代基都能使三氟甲基化得到一个高的产率。 对各种反应活性不同的官能 团如芳族醇、酮、醛、酯、酰胺等都有良好的耐受力。硼酸嵌入雌激素酮的骨架中的三氟甲 基化得到的产物22a产率达到80%。 最值得一提的是， 4-碘代苯硼酸选择性地生成7a， 并使得参与后续反应的碘代芳基官能 团结构保持完整。 这与铜催化三氟甲基化形成了互补论证， 并且提供了更多的证据推翻了可 能存在的碘代芳香化合物中间体转化。
aryl(铜-芳基)结构，如Scheme 2 所示，这将为提供一个温和常规的方法生成三氟甲基化硼 酸衍生物 Scheme 2 MacMillan提出的一种三氟甲基化硼酸和铜催化结合的新合成途径:
我们最初的调查重点集中在铜催化和三联吡啶钌在光使1，1'-联苯1-4硼酸转化为4-（三氟甲基）-1，1'联苯。我们高兴地发现在铜钌催化剂催 化下在表一不同条件下得到产率不错的1a产物。通过筛选不同的碱来测产率，最后发现用 K2CO3在DMF作溶剂下得到的产率最高， 产率为76%。 一价的铜被证实比二价的铜催化效果好， 产率最高的1a产物就是用醋酸亚铜催化的。 最优的配比如下：1份硼酸，1.5份三氟碘甲烷，1份碳酸钾，摩尔浓度20%的醋酸铜和1% 的Ru(bpy)3Cl2· 6H2O（六水合二氯三联吡啶化钌）在两个26W的家用电灯下反应。其中最大 的副产物是4-碘-1，1'-联苯，产率为9%。 铜钌催化剂和三氟碘甲烷分量很容易称取，Entry6的产物取0.05mmol通过 19������ 核磁和气 相色谱-质谱检测测得产率是76%。 表1 反应物1和CF3I的最佳优化
一个有吸引力的办法将解决这些局限， 这种方法具有选择性而不是机械式的。 我们认为 通过Scheme 1c的这样新的途径将非常有趣。由于CF3ˉ能在温和的环境下生成，在中性环境 下考虑到成本和实用性，我们选择C������3 ������ 作为三氟甲基化试剂。特别的是MacMillan的报告指 出在室温下可以由C������3 ������在可见光催化下生成CF3˙，如Scheme 2所示。 在这个工作的基础上，我们假设结合铜催化和光催化条件下，铜催化生成活性的Cu−
利用位阻效应如1-萘和2，4，6-三甲基苯硼酸对铜媒介来说是一件特别有挑战性的事。 如Scheme 3所示，类似的效果在最近的转化中发现，温和地生成了9a和10a，产率分别是42% 和39%。在这种情况下，质子脱硼化的竞争有问题，最主要的副产物是萘和均三甲苯 有杂原子的底物与制药和农药的关联很密切， 因为它们广泛作为具有生物活性的化合物。 硼酸来源于吡啶，喹啉，呋喃，噻吩，都能在温和的条件下三氟甲基化并得到良好的产率。 这种情况下，我们需要改良催化剂的装载和反应温度来得到最佳的产品。重要的是，在所有 这些底物中，一小部分三氟甲基硼酸没以CF3·的形式催化杂环三氟甲基化，因此，这种方 法提供了一个吸引人的具有位置选择性的CF3支架。 有关的条件也能被用到类似的烃类全氟甲基化反应，这对目前的方法有着重要的优势。 到目前发现类似的全氟烃基类似物的三氟甲基化试剂，如R3SiCF3，Togni’s 试剂都比较昂 贵或者不能再市面上买到， 如Scheme 4所示， 全氟丁基、 全氟基碘化物与1反应生成1b和1c， 在铜钌催化下得到不错的产率。 铜钌催化全氟化反应：