亲核性氟化试剂：不对称氟化内酯化反应

在药物分子中引入F元素，可以很好地改变其理化和生物学性质。因此，选择性不对称合成C-F键一直以来都是备受关注的热点。亲电型的含氟反应砌块（F⁺），比如说Selectfluor、N-F吡啶盐类、NFSI等，已被广泛的应用于含氟手性中心的合成中，这类反应大多数是通过烯醇式互变异构得到α-F取代的羰基化合物。此外，烯烃与能产生F⁺的分子的选择性氟化也是构建含氟手性中心的重要方法。最近，来自哈佛大学Eric N. Jacobsen教授（点击查看介绍）课题组报道了以亲核性的F^-为氟化试剂的不对称氟化反应。（Enantioselective, Catalytic Fluorolactonization Reactions with a Nucleophilic Fluoride Source. J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 13858-13861. DOI: 10.1021/jacs.6b09499）

已有文献报道亲电性的氟化试剂与烯烃反应，以中等到较高的不对称选择性得到环外氟甲基取代的γ-丁内酯（Scheme 1，上图）。作者希望通过高价碘试剂催化可以得到亲核性的F^-，其可以作为构建手性C-F中心的一个补充，不对称地合成F取代内酯（Scheme 1，下图）。

Scheme 1 亲电/亲核不对称氟化内酯化反应。图片来源：JACS

Jacobsen课题组最近刚报道了使用HF-吡啶（pyr^.9HF）作为亲核性氟源，间氯过氧苯甲酸（mCPBA）为氧化剂，芳基碘化物催化烯烃得到立体选择性的1,2-二氟产物（JACS, 2016, 138, 5000）；以及在同样的催化体系下，使用不同的烯烃底物得到1,1-二氟产物（Science, 2016, 353, 51，点击阅读相关）。作者设想在恰当位置取代的具有弱亲核性的基团（如o-硝基，Scheme 2）可以置换中间体I中的芳基碘，形成不稳定的桥连中间体II，之后与F发生取代反应，得到反式产物。这种邻位参与的反应暗示，如果苯乙烯的邻位含有其他亲核性的基团（如酯基或者羧基），可能得到氟化内酯化产物（Scheme 2）。这条路径可以得到含氟的手性中心，其具有新得到了两个位于顺式的化学键，这与原位溴代/碘代内酯化反应的构象是不同的。

Scheme 2邻位促进苯乙烯的氟化反应。图片来源：JACS

作者使用苯甲酸甲酯衍生物1a作为底物进行反应条件的筛选，对多种具有手性的芳基碘的催化活性进行了评估（2a-2d），这类化合物在烯烃的不对称氧化反应中得到了很好地应用（Table 1）。产物3的绝对构型也通过X-ray晶体衍射分析确定为顺式产物，这与Scheme 2中推测的机理吻合。2c与2d的催化活性要比2b和2a高很多；改变酯基的取代基部分，虽然游离羧酸也可以反应，但是甲酯的活性最高。

Table 1 反应条件筛选。图片来源：JACS

在底物普适性的研究中，对于芳环上的取代基，烷基、卤素、三氟甲氧基在4、5、6-位取代时，反应都有很好的容忍性，得到了80-96%的ee值；但是当底物含有更强吸电子性的三氟甲基、酯基时，反应的产率和对映选择性都有所降低。在所有的条件中，得到的产物都是单一构型的异构体。对于含有不同取代基的β-苯乙烯底物，总的来说，不同大小和官能团的取代基对于反应不对称选择性影响不大，收率会有所改变。对于有一定亲核性的醚和氰基，虽然其可能因为邻位参与的作用对反应有所影响，但是ee值并无太多的降低。

Table 2 底物普适性研究。图片来源：JACS

同样的烯基底物，分别同亲核性和亲电性的氟化试剂反应，结果得到结构差别很大的产物。1d与亲电性的氟化试剂反应，所得到的产物具有较差的对映选择性；其在本文所采用的条件下，可以高立体选择性地引入C-F手性中心，提供了一种新的催化途径（Scheme 3）。

Scheme 3亲核/亲电氟化试剂反应活性比对。图片来源：JACS

小结：

Jacobsen课题组发展了一种以HF-吡啶为亲核性氟化试剂，高立体选择性地合成4-氟代异色酮类化合物。通过易制备的手性芳基碘催化苯乙烯类底物，构建手性C-F中心，进一步的机理研究正在进行中。

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b09499

导师介绍

Eric N. Jacobsen教授：http://www.x-mol.com/university/faculty/26725