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五氟硫基的合成策略——含SF₅的芳香化合物合成



1. 以 SF₅Cl 为起始原料的合成路径

         2015年,Dolbier团队报道了一种以苯乙炔为底物,在三乙基硼烷(BEt₃)催化下与SF₅Cl反应生成氯代五氟硫烷基化中间体(189),随后通过LiOH消除氯原子,高效合成SF₅取代苯乙炔(190)。该产物可进一步与N-亚苄基苯胺N-氧化物(191)或苯甲羟亚胺酰氯(192)发生1,3-偶极环加成反应,分别生成SF₅-异噁唑啉(193)和SF₅-异噁唑(194)。其中,异噁唑194的合成需在四氢呋喃(THF)中反应36小时,并加入5.5当量三乙胺;而异噁唑啉193的合成仅需16小时,无需添加剂。



         2016年,Carreira团队开发了一种以乙酸乙烯酯(51)为底物的合成路线。在正戊烷中,于-40°C条件下,SF₅Cl与乙酸乙烯酯在三乙基硼烷(BEt₃)催化下反应1.5小时,生成1-氯-2-五氟硫烷基乙基乙酸酯(195)。该中间体经氢化铝锂(LiAlH₄)还原得到2-五氟硫烷基乙醇(196),随后通过高碘酸(H₅IO₆)和三氧化铬(CrO₃)氧化为2-五氟硫烷基乙酸,最终与苄醇酯化得到苄酯197(总收率80%)。此外,该团队还通过钯催化氢化及分子内缩合反应,成功构建了3-SF₅-喹啉酮类化合物。



         2021年,Bizet团队以N-甲苯磺酰基-2-乙炔基苯胺(198)为起始原料,在三乙基硼烷(BEt₃)和氧气存在下合成了SF₅取代烯烃(199)。该中间体可通过两种途径转化为SF₅取代吲哚:在四氢呋喃(THF)中使用六甲基二硅基氨基锂(LiHMDS)消除得到SF₅取代炔烃(200),随后在磷酸钾存在下环化生成2-SF₅取代吲哚(202)及其N-Ts衍生物(201);路径二:在DMSO中通过LiOH消除,直接得到202与201的混合物。



         2024年,Bizet团队进一步报道了2-SF₅-茚醇(205)的合成方法。通过钯催化SF₅取代炔烃(204)与邻甲酰基苯硼酸(203)的偶联反应,高效构建茚醇骨架。该产物可进一步氧化为2-SF₅-茚酮,并作为平台分子参与硝化、亲核加成及迈克尔加成等反应。




         2024年,Paquin和Charette团队分别利用流动化学技术合成了SF₅取代吡唑和3H-吡唑衍生物。其中,SF₅炔烃(206)与重氮化合物(207)在高温下反应生成区域异构体208和208′;而SF₅烯烃(209)与非稳定化重氮化合物(212)的环加成反应则高效构建了高度取代的SF₅-3H-吡唑(213)。



2. 氧化氟化法合成SF₅化合物
         日本化学家Umemoto研究组率先开发了Cl₂/
KF双组分氟化体系,该体系通过形成关键的Ar-SF₄Cl中间体,再经ZnF₂、SbF₅或HF处理实现氯-氟交换,最终获得目标SF₅化合物。这一开创性工作为后续研究奠定了重要基础。2015年,Dolbier研究团队将该体系成功应用于2,2'-联吡啶二硫醚衍生物的转化。实验表明,在乙腈溶剂中0-20℃条件下,采用Umemoto原始反应条件可高效制得SF₄Cl中间体。特别值得注意的是,当使用AgF作为氟化试剂时,在60-70℃下能将吡啶类SF₄Cl中间体转化为五氟硫烷基化产物216,转化效率显著提高。




         日本Shibata课题组随后对该体系进行了重要拓展。他们发现氟代联吡啶二硫醚(217)在过量KF/Cl₂(乙腈,室温)条件下首先生成吡啶-SF₄Cl中间体(218),经120℃高温氟化后,可高产率获得间位或对位SF₅取代的氟吡啶(219)。进一步研究发现,该中间体还能与含碳、氮、硫、氧等各类亲核试剂发生亲核芳香取代反应(SNAr),为构建结构多样的SF₅-吡啶衍生物提供了新思路。




         2016年,捷克Beier研究组报道了采用10% F₂/N₂混合气体对1,2-双(3-硝基苯基)二硫醚220进行氟化的新方法。在乙腈溶剂中-10至-4℃条件下,以39%收率获得3-硝基-SF₅苯(221)。2019年,该团队将此方法拓展至苯硫酚(222)和二芳基二硫醚(223)的转化,收率范围8-45%。由于氟气的高反应活性常导致过度氟化副产物的生成,研究团队开发了创新的间歇-流动混合工艺。虽然需要20%氟气负载量,但该工艺显著提高了反应选择性和收率,为规模化生产提供了可行方案。



         2017年,Shibata团队在氯四氟苯硫酚衍生物227的转化研究中取得重要突破:发现Ag₂CO₃在无外加氟源条件下,通过独特的自消除型Cl-F交换机制,能在二氯甲烷或纯溶剂中(室温至100℃)高效制备芳基-SF₅化合物;首次证实IF₅(3-5当量)作为高效氟化试剂,在65℃下可将227转化为SF₅衍生物228'。



         2015-2017年间,该团队还开发了含SF₅二芳基碘鎓盐(233)的合成路线。以溴代二苯基二硫醚(229)为起始原料,经多步转化最终制得高反应活性的碘鎓盐(233)。这类化合物能与醇、硫醇、胺等多种亲核试剂反应,生成结构丰富的SF₅功能化分子234。



         为规避直接使用氯气的安全风险,多个研究组开发了替代方案:Pitts等人采用三氯异氰尿酸(TCCA)/KF/TFA(0.1当量)体系,在无气体条件下制备Ar-SF₄Cl中间体236,再经AgF氟化获得目标产物237。



         2023 年,De Borggraeve与Ismalaj团队研发出一种无需直接使用氯气的合成途径。该方法借助次氯酸钙与硫酸在CO-ware反应器内原位生成氯气,用于氯四氟苯硫酚衍生物 的合成(如图所示)。具体过程为:反应器第一腔室(C1)生成的氯气,在室温下与第二腔室(C2)中乙腈溶剂里的硫醇及KF发生反应,生成氯四氟苯硫酚 238;之后,这一中间体238在二氯甲烷中经两当量四氟硼酸银处理,得到相应的含SF₅化合物239。



         目前ArSF₅合成策略通常采用两步法,先制备出ArSF₄Cl中间体,再让其与氟化试剂或银盐反应得到ArSF₅。为简化合成流程,Gatzenmeier、Nozaki等团队开发了直接合成法(图a),其核心是四乙基溴化铵/氯化铵与过量AgF(最高达16当量)组成的复合体系。该体系能在乙腈或二氯甲烷溶剂中、室温条件下,将二硫醚或苯硫酚衍生物240高效转化为芳基-SF₅产物241。此方法还可扩展到以芳基卤化物/拟卤化物为原料的场景,其中由重氮盐形成的硫代苯甲酸酯或三苯甲基硫醚,已被证实是单步合成 ArSF₅的有效前体。近期,该团队进一步研发出在钯催化下,由芳基碘/溴化物直接制备 ArSC (Ph)₃ 242的通用方法(图b),该中间体可按照前述策略用于单步合成 ArSF₅产物244。



         2020 年,Guzyr 团队报道了一种芳基- SF₅化合物的合成方法(如图)。他们首先让二硫化物245在乙腈中与氯气和氟化钾反应,生成 ClSF₄取代的芳基化合物246;随后,通过氧化汞和HF对其进行处理,转化得到 SF₅取代的芳基化合物247。




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引用本文

阿拉丁科学.《五氟硫基的合成策略——含SF₅的芳香化合物合成》. 阿拉丁知识库,更新于 2025年7月29日。 https://www.aladdin-e.com/zh_cn/faqs/synthesis-strategy-of-pentafluorothio-group-synthesis-of-aliphatic.html
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