非环状芳基三氟甲基高碘试剂的多样性合成及在烯烃三氟甲基化反应中的应用

Study on the methodologies of introducing CF3 into organic molecules has become popular in the fields of organofluorine chemistry. Among them, development of new trifluoromethylating reagents is the key issue to establish efficient trifluoromethylation methods. Aryltrifluoromethyl-λ3-iodanes (ArICF3Z) are regarded as a kind of electrophilic trifluoromethylating reagents. However, there are only two cyclic, intramolecularly coordinated, netrual iodanes (Togni’s reagents) have been usually used in synthesis to date. On the other hand, although acyclic and externally coordinated aryltrifluoromethyl-λ3-iodanes with the iodonium character are expected to have high and unique reactivity in the trifluoromethylation, their synthesis and applications still challenge the field of organofluorine chemistry. This research proposal is devoted for the first time to develop a low cost and easy method of synthesizing a kind of new and versatile trifluoromethylating reagents based on acyclic hypervalent iodines (III) and to explore their applications in trifluoromethylation reactions. It includes: 1) the development of efficient method for synthesizing diverse acyclic aryltrifluoromethyl-λ3-iodanes; 2) applications of these new reagents in direct sp2 C-H trifluoromethylation of alkenes, intermolecular trifluoromethylation difunctionalization of alkenes, and intramolecular aryltrifluoromethylation of alkenes; and 3) ArI-catalyzed direct trifluoromethylation of alkenes based on unique characters of the reagents. Thus, a set of new methods for trifluoromethylations will be developed.

三氟甲基化方法学研究是有机氟化学领域的热点课题。其中，结构多样的高效三氟甲基化试剂的开发和利用是建立三氟甲基化新方法的关键。芳基三氟甲基-λ3-碘烷（ArICF3Z）是亲电型三氟甲基化试剂，但目前被广泛使用的仅限于两种环状内配位型中性碘烷-Togni试剂。非环状外配位型的芳基三氟甲基碘烷具有离子性，预期有更高的反应活性和反应特性，但其制备极具挑战性，其合成应用研究尚属空白。本项目拟首次开展非环状芳基三氟甲基碘烷的合成方法研究，并通过开发其在烯烃三氟甲基化反应中的应用，将其发展成为结构和性质可调变的高效亲电型三氟甲基化试剂。主要研究内容包括：1) 结构多样的芳基三氟甲基碘烷的高效制备方法研究；2) 新试剂在烯烃的直接三氟甲基化、分子间的三氟甲基化双官能团化、以及分子内的芳化三氟甲基化反应中的应用；3) 结合新试剂的特性，探索芳碘催化下烯烃的直接三氟甲基化反应。基于此建立三氟甲基化新方法。

将ArICF3X发展成为高效的三氟甲基化试剂一直是有机氟化学领域中亟待解决的研究课题。然而，由于ArICF3X在制备方法上的局限性以及试剂本身的不稳定性，研究工作极具挑战性。目前该领域中仅有两个环状结构的化合物，即Togni试剂，得到了广泛应用。近期，我们突破了非环状ArICF3X的制备难点，通过选择合适的外加配体，发展了一种非环状ArICF3X的合成方法。实验证明，由于非环状的ArICF3X具有部分离子性特征，相比共价性的Togni试剂有更好的CF3转移能力。在过去的三年中本课题组一直围绕ArICF3X的合成及应用开展研究工作，取得的主要研究结果包括：1）利用一步配体交换方法实现了非环状芳基三氟甲基-λ3-碘烷的多样性合成；2）使用苯基三氟甲基-λ3-氯化碘（PhICF3Cl）作为三氟甲基化试剂，实现了无催化剂下共轭烯烃的直接三氟甲基化反应；3）开发了PhICF3Cl作为双官能化试剂，实现了无催化剂下非共轭烯烃的三氟甲基化氯化反应；4）使用PhICF3Cl作为三氟甲基源、叠氮化钠作为叠氮源，实现了钯催化的非活化烯烃的三氟甲基化叠氮化反应；5）使用PhICF3Cl作为三氟甲基源，实现了无催化剂下N-芳基烯酰胺类化合物、非活化烯烃的分子内三氟甲基化芳化环合反应；6）使用PhICF3Cl作为三氟甲基源，碘化锌作为催化剂，实现了4-戊烯胺类化合物的分子内三氟甲基化胺化环合反应；7）利用芳碘催化策略实现了共轭烯烃的直接三氟甲基化反应；8）使用PhICF3Cl作为三氟甲基试剂首次实现了系列N-CF3腈鎓离子与1,3-偶极子的[3+2]环合反应，制备了结构多样的N-CF3唑类化合物。