Новые фторированные реагенты для органического синтеза

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-43-00026

НазваниеНовые фторированные реагенты для органического синтеза

Руководитель Дильман Александр Давидович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского Российской академии наук , г Москва

Конкурс №74 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (NSFC)

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-101 - Синтез, строение и реакционная способность органических соединений

Ключевые слова фторорганические соединения, фотокатализ, дифторкарбен

Код ГРНТИ31.21.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на развитие методов получения фторорганических соединений с участием фотокаталитических реакций. Генерация радикальных фторсодержащих интермедиатов в условиях одноэлектронного переноса при воздействии видимого света является ключевым аспектом проекта. В проекте планируется комплексное исследование, направленное как на разработку новых методов получения фторированных соединений, так и на проведение физико-химических исследований интермедиатов фотокатилитических процессов. В настоящем проекте предлагается новый подход, позволяющий реализовать процессы трехкомпонентного радикального сочетания. Взаимодействие алкенов с источником фторированных радикалов и сераорганическим компонентом в присутствии фоторедокс-активных катализаторов позволяет одновременно образовать связи углерод-углерод и углерод-сера. Первичные продукты могут вступать в дальнейшие фотокаталитические реакции, в которых будет активироваться связь углерод-сера. Трехкомпонентное сочетание, включающее электрофильный субстрат, дифторкарбен и фосфин, приводит к дифторированным фосфониевым солям, которые выступают в качестве предшественников радикальных интермедиатов в фотокаталитических условиях. Последующий перехват радикала на сераорганические реагенты приводит к образованию связи углерод-сера, а получающиеся продукты могут использоваться в синтезе новых типов фторзамещенных гетероциклических соединений. Мы также планируем разработать фоторедокс-катализируемое образование карбокатионов (а не радикалов), содержащих фторированные группы, из соответствующих органических галогенидов или сульфонов, что могло бы расширить область применения фоторедокс-катализа, промотируемого видимым светом. Полученные таким образом промежуточные карбокатионы могут реагировать с широким кругом электрофилов с образованием различных типов продуктов. Фторалкилсульфоны и сульфоксимины часто используются в качестве нуклеофильных фторалкилирующих агентов. Мы планируем разработать генерацию фторалкильных радикалов из фторированных сульфонов и сульфоксиминов путем гомолитического разрыва связей углерод-сера в условиях фотоокислительно-восстановительного катализа. Образовавшиеся промежуточные фторалкильные радикалы могут вступать в реакцию селективного присоединения, реакцию замещения, тандемную реакцию и реакции перекрестного сочетания, промотируемые переходными металлами. Дифторкарбен является важным синтетическим интермедиатом для получения фторорганических соединений. Мы планируем разработать реакцию гомологизации с участием дифторкарбена с помощью переходных металлов. Полученные гомологизированные реагенты RCF2ML (M = переходный металл; L = лиганд) могут служить в качестве источников радикалов при фотооблучении. Это позволит разработать множество реакций радикального фторалкилирования с помощью реакций гомолиза связи углерод-металл.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Костромитин В.С., Левин В.В., Дильман А.Д. Dual photoredox/copper catalyzed fluoroalkylative alkene difunctionalization The Journal of Organic Chemistry, v. 88, issue 9, pp.6252–6262. (год публикации - 2023)
10.1021/acs.joc.3c00448

2. Савченко А.Г., Зубков М.О., Кокорекин В.А., Ху Д., Дильман А.Д. Sulfones bearing perfluorinated pyridine group: synthesis and photocatalytic reaction with α-(trifluoromethyl)styrenes ChemCatChem, v. 15, issue 12, e202300505 (год публикации - 2023)
10.1002/cctc.202300505

3. Ложкин Г.А., Трифонов А.Л., Дильман А.Д. Visible light-induced thiocyanation of gem-difluorinated phosphonium salts Mendeleev Communications, v. 33, issue 4, pp. 491–493. (год публикации - 2023)
10.1016/j.mencom.2023.06.016

4. Трифонов А.Л., Дильман А.Д. gem-Difluoroolefination of Amides Chemistry – A European Journal, e202303144 (год публикации - 2023)
10.1002/chem.202303144

5. Трифонов А.Л., Дильман А.Д. Interaction of Difluorocarbene with the Thiocyanate Anion: Access to a Silicon Reagent Bearing the Isothiocyanate Group Organic Letters, in press (год публикации - 2024)
10.1021/acs.orglett.4c04038

6. Савченко А.Г., Зубков М.О., Ху Д., Дильман А.Д. Photocatalytic Functionalization of Alkenes Enabled by Polyfluoroaryl Migration ChemPhotoChem, 2024, 8, e202400159 (год публикации - 2024)
10.1002/cptc.202400159

7. Луньков С.С., Костромитин В.С., Земцов А.А., Левин В.В., Дильман А.Д. A photocatalytic method for the generation of the 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl radical Organic Chemistry Frontiers, 2024, v. 11, pp. 4762–4768. (год публикации - 2024)
10.1039/D4QO01023J

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Исследован процесс внутримолекулярного сдвига фторированного арильного фрагмента от атома серы на вторичный алкильный радикал, который реализуется в фотокаталитических условиях. Алкены, содержащие в удаленном положении сульфидную группу с полифторированным ароматическим заместителем, вовлекались в реакцию со фторированными сульфинатами в присутствии стехиометрического окислителя. Миграция включает внутримолекулярное присоединения алкильного радикала по ароматическому кольцу с последующим разрывом связи углерод-сера. Показано, что в качестве мигрирующей фторированной группы могут выступать тетрафторпиридиновый фрагмент, а также различные перфторированные фенильные группы. Эффективность миграции арильных групп изучена при помощи квантовохимических расчетов. Предложен реагент для введения 1,1,1,3,3,3-гексафторизопропильной группы. Реагент был получен взаимодействием гексафторизопропанола – доступного растворителя – с пентафторпиридином в присутствии гидрида натрия. В условиях фотокаталитического восстановления этот реагент является эффективным предшественником гексафторизопропильного радикала. Проведены реакции этого реагента с алкенами при добавлении различных терминирующих фрагментов, что позволило получить соединения, содержащие различные группы. При использовании бромид или хлорид анионов в сочетании с каталитическим количеством соответствующих комплексов галогенидов меди с N-гетероциклическими лигандами получены бромиды или хлориды, содержащие гексафторизопропильный фрагмент. При совместном использовании тиоцианатов калия и меди образуются тиоцианаты , а при использовании триметилсилилцианида в присутствии цианида меди и бипиридина в качестве лиганда получаются нитрилы. В реакциях с участием силиленолятов происходило образование кетонов, содержащих гексафторизопропильную группу. Предложен новый фторкремниевый реагент, содержащий изотиоцианатную группу. Реагент получен по реакции (бромдифторметил)триметилсилана с роданидом калия. Предложен механизм реакции, который включает генерацию дифторкарбена с его последующим взаимодействием с роданид анионом. В этом процессе реализуется исключительно высокая селективность атаки дифторкарбена по атому азота амбидентного тиоцианат аниона, что было проанализировано при рассмотрении энергетического профиля реакции квантовохимическими методами. Промежуточное участие дифторкарбена подтверждено его перехватом на бензотриазол. Силан, содержавший изотиоцианатную группу, вовлекался в реакцию с иминами в присутствии гидродифторида калия и трифторуксусной кислоты, что позволило получить серию имидазолов, которые в кольце содержат атом фтора и дифторметилтио-фрагмент.

Публикации

4. Трифонов А.Л., Дильман А.Д. gem-Difluoroolefination of Amides Chemistry – A European Journal, e202303144 (год публикации - 2023)
10.1002/chem.202303144

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Изучена реакция фосфониевых солей, которые образуются из N-трет-бутоксикарбонил-замещенных иминов и дифторированного фосфобетаинового реагента, с различными алкенами. Дифторироованные соли не выделялись, а сразу вовлекались в реакцию с метилакрилатом, винилфенилсульфоном, амидами на основе акриловой кислоты, винилфосфонатом. Также была продемонстрирована применимость метода к сложным лекарственно-подобным субстратам. Предложен механизм фоторедокс реакции, включающий одноэлектронное восстановление связи углерод-фосфор в присутствии фотокатализатора, эфира Ганча и диизопропил(этил)амина. В продуктах дифторалкилорования алкенов была снята N-трет-бутоксикарбонильная группа при действии триметилхлорсиланом в метаноле при комнатной температуре, что позволило получить либо шестичленный лактам, либо гидрохлориды первичных аминов с высокими выходами. Изучена реакция присоединения карбоновых кислот по двойной связи дифторзамещенных стиролов. Реакция проводилась при облучении светом с длиной волны 400 нм в присутствии фотокатализатора акридинового типа, причем наиболее активным оказался акридин, содержащий мезитильный заместитель в положении 9 и две трет-бутильные группы в акридиновом фрагменте. Для повышения выхода целевых продуктов оказалось важным добавлять в реакционную смесь каталитические количества 2,4,6-коллидина – без добавок коллидина наблюдалось образование фтороводорода и продукта его присоединения к дифторстиролу. На основании полученных данных предложен механизм, нестандартный для акридинового катализа. В нашей системе предположительно сначала происходит образование протонированного акридинового катализатора в виде ионной пары с карбоксилат-анионом, которая под воздействием света окисляет молекулу дифторстирола, генерируя соответствующий катион-радикал. Присоединение карбоксилат-аниона к терминальному положению катион-радикала приводит к образованию бензильного радикала, который подвергается последовательному одноэлектронному восстановлению и протонированию.

Публикации

4. Трифонов А.Л., Дильман А.Д. gem-Difluoroolefination of Amides Chemistry – A European Journal, e202303144 (год публикации - 2023)
10.1002/chem.202303144