Wikipedie

Elektrofilní fluorace

chemická reakce

Elektrofilní fluorace je chemická reakce nukleofilu s uhlíkatým centrem a elektrofilního zdroje fluoru za vzniku organofluoridu. Pro tuto reakci lze použít elementární fluor i reaktanty obsahující vazby kyslík-fluor, ovšem nejčastěji se používají sloučeniny s vazbami dusík-fluor.[1]

Elektrofilní fluorace mohou být alternativou k nukleofilním fluoracím využívajícím fluoridy alkalických kovů nebo fluorid amonný či fluoridy síry. Vývoj reaktantů pro elektrofilní fluorace se převážně zaměřuje na snižování elektronové hustoty na atomu připojenému k fluoru; jako nejekonomičtější, nejstabilnější a nejbezpečnější reaktanty se ukázaly sloučeniny s vazbami dusík-fluor. Elektrofilní N-F reaktanty mohou být neutrální nebo kationtové a obsahovat sp2- i sp3-hybridizované dusíky. I když přesný mechanismus elektrofilní fluorace není znám, tak jsou popsány metody s vysokou účinností i stereoselektivitou.

K nejčastějším fluoračním činidlům v organické syntéze patří N-fluor-o-benzendisulfonimid (NFOBS), N-fluorbenzensulfonimid (NFSI) a selectfluor.[1]

Mechanismus a stereochemie

editovat

Převažující mechanismus

editovat

Mechanismus elektrofilní fluorace není znám, vedou se spory, zda reakce probíhá SN2 mechanismem nebo přes jednoelektronový přesun. Ve prospěch SN2 mechanismu je skutečnost, že arylovaná Grignardova činidla a organolithné sloučeniny mají při reakcích s N-fluor-o-benzendisulfonimidem za vzniku fluorbenzenu podobné výtěžnosti, i když jsou jejich reaktivity při jednoelektronových přesunech značně odlišné.[2] Při experimentech s 5-hexenyl- a cyklopropylenolethery se navíc netvořily žádné produkty přesmyků.[3] V kinetických studiích elektrofilních fluorací 1,3-dikarbonylových sloučenin různými N-F činidly se prostřednictvím Eyringova vzorce a Hammettovy rovnice ukázalo, že SN2 mechanismus je pravděpodobnější.[4]

 

Poločasy radikálů vznikajících při jednoelektronových přesunech jsou pravděpodobně o čtyři řády kratší než jsou meze detekce nejcitlivějších radikálových sond. Předpokládá se, že ihned po přesunu elektronů dochází k rekombinaci fluorových radikálů s alkylovými radikály.[5]

 

Stereoselektivní radikálové fluorace

editovat

Stereoselektivita fluoračních reakcí se dělí na diastereoselektivitu a enantioselektivitu. Při diastereoselektivních metodách se používají chirální pomocníci navázaní na nukleofilní substrát. U fluorací karbonylových sloučenin lze dobrých výsledků dosáhnout například pomocí chirálních oxazolidinonů.[6]

 

K přípravě chirálních β-amino-α-fluoresterů lze použít tandemovou konjugovanou adici s využitím chirálních nukleofilů.

 

Enantioselektivní metody spočívají v použití stechiometrických množství chirálních fluoračních činidel; příkladem takových reaktantů jsou N-fluoramonné soli cinchonových alkaloidů. Tyto látky lze snadno připravit ze Selectfluoru a podobných alkaloidů.[7]

 

Možnosti a omezení

editovat

Fluorační činidla

editovat

Elektrofilní N-F fluorační činidla mají skupiny odtahující elektrony navázané na dusíky, čímž se snižuje elektronová hustota na fluoru. N-fluorsulfonamidy jsou poměrně slabými fluoračními činidly, ovšem N-fluorsulfonimidy, například N-fluorbenzensulfonimid (NFSI), jsou velmi účinné a často používané. N-fluor-o-benzendisulfonimid (NFOBS) se připravuje z kyseliny disulfonové.[2]

 

Při použití solí dusíkatých kationtů dochází k navýšení rychlostí a výtěžností elektrofilních fluorací díky tomu, že kationtový dusík snižuje elektronovou hustotu na fluoru. Jako elektrofilní fluorační činidla lze rovněž využít N-fluorpyridiniové a iminiové ionty. Protiionty těchto solí, i když nejsou přímo zapojené do přenosu fluoru na substrát, mají vliv na reaktivitu a mohou být upravovány několika různými metodami.[8]

 

Nejlépe synteticky využitelné amonné soli jsou odvozeny od substituovaných DABCO-bis(amonných) iontů, takovým reaktantem je například Selectfluor.[9] Dají se snadno připravit alkylací a následnou fluorací. Difluorové varianty, které se zdály být lépe využitelné, poskytují pouze jeden atom fluoru.

 

Existují také specializovaná elektrofilní fluorační činidla, jako jsou neutrální heterocykly obsahující vazby N–F;[10] používají se k fluoracím určitých užších skupin substrátů.

Nukleofilní substráty

editovat

Při jednoduchých fluoracích alkenů často vznikají směsi mnoha produktů. Kofluorace za přítomnosti nukleofilu však vytváří výhradně vicinální alkoxyfluoridy.[11] Alkyny nelze fluorovat pomocí N-F činidel. Za účelem usnadnění kontaktu mezi Selectfluorem a alkenem se do reakční směsi přidávají aniontové tenzidy.

 

Fluorací sloučenin s vysokou elektronovou hustotou se tvoří arylfluoridy. Nejčastějšími potížemi při těchto reakcích jsou nízká ortho/para selektivita a (obzvláště u fenolů) dearomatizace.[12]

 

Enolethery a glykaly jsou dostatečně silnými nukleofily na to, aby mohly být fluorovány Selectfluorem.[13] Podobně jako u ostatních alkenů zde lze dosáhnout kohalogenace jak izolací meziproduktu, tak i reakcí s nukleofilem či přímým odstraněním DABCO in situ. Enoly je možné fluorovat enantioselektivně (viz výše) za přítomnosti chirálního fluoračního činidla.

 

Enoláty kovů lze použít s velkým počtem fluoračních činidle, jako jsou NFSI, NFOBS a sulfonamidy. Nejlepší výtěžnosti monofluorovaných karbonylových sloučenin při reakcích s lithnými enoláty se obvykle dosahuje při použití 2-fluor-3,3-dimethyl-2,3-dihydrobenzo[d]isothiazol-1,1-dioxidu. U ostatních enolátů se tvoří mnoho difluorovaných produktů.[14]

 

Srovnání s jinými metodami

editovat

Přestože je použití molekulárního fluoru jako elektrofilního zdroje fluoru často nejlevnějším a nejpřímějším postupem, tak F2 často tvoří radikály a reaguje s vazbami C-H neselektivně. K omezení tvorby radikálů jsou nutné zdroje protonů nebo Lewisovy kyseliny, a i za jejich přítomnosti se jen u některých substrátů dosahuje vysoké selektivity.[15] Ke skladování plynného F2 je navíc nutné nákladné vybavení.

 

Reaktanty obsahující vazby O-F, například CF3OF, bývají selektivnější vzhledem k monofluoracím než N-F reaktanty.[16] Nepoužívají se ovšem tak často, protože se obtížně skladují a jsou značně oxidující.

 

Jako selektivní monofluorační činidlo může sloužit fluorid xenonatý, xenoničitý nebo xenonový. Nestabilita a vysoká cena těchto sloučenin však způsobuje, že se využívají méně než dusíkatá fluorační činidla.[17]

 

Reakční podmínky

editovat

I když se při fluoracích pomocí N-F činidel nevyužívá přímo molekulární fluor, tak se téměř vždy F2 používá při přípravě reaktantů. Ke správnému skladování F2 je potřeba opatrnost a zvláštní vybavení.[18] Používají se reakční nádoby z polytetrafluorethylenu (PTFE), které jsou u reakcí s využitím molekulárního fluoru vhodnější než nádoby z nerezové oceli nebo skla. Jsou dostupné směsi F2 s N2 či He, které umožňují řídit spotřebu fluoru. Teplota by měla být nízká a přísun fluoru pomalý, aby nedocházelo k radikálovým reakcím.

Odkazy

editovat

Reference

editovat

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Electrophilic fluorination na anglické Wikipedii.

  1. ↑ a b Badoux, J.; Cahard, D. Org. React. 2007, 69, 347. DOI:10.1002/0471264180.or069.02
  2. ↑ a b Davis, F. A.; Han, W.; Murphy, C. K. J. Org. Chem. 1995, 60, 4730
  3. ↑ Differding, E.; Rüegg, G. M. Tetrahedron Lett. 1991, 32, 3815.
  4. ↑ Neshat Rozatian; Ian W. Ashworth; Graham Sandford; David R. W. Hodgson. A quantitative reactivity scale for electrophilic fluorinating reagents. Chemical Science. 2018, s. 8692–8702. DOI 10.1039/C8SC03596B. 
  5. ↑ Piana, S.; Devillers, I.; Togni, A.; Rothlisberger, U. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2002, 41, 979.
  6. ↑ Davis, F. A.; Kasu, P. V. N. Tetrahedron Lett. 1998, 39, 6135.
  7. ↑ Shibata, N.; Suzuki, E.; Asahi, T.; Shiro, M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 7001.
  8. ↑ Umemoto, T.; Harasawa, K.; Tomizawa, G.; Kawada, K.; Tomita, K. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1991, 64, 1081.
  9. ↑ Stavber, S.; Zupan, M.; Poss, A. J.; Shia, G. A. Tetrahedron Lett. 1995, 36, 6769.
  10. ↑ Laali, K. K.; Tanaka, M.; Forohar, F.; Cheng, M.; Fetzer, J. C. J. Fluorine Chem. 1998, 91, 185.
  11. ↑ Lal, G. S. J. Org. Chem. 1993, 58, 2791.
  12. ↑ Zupan, M.; Iskra, J.; Stavber, S. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1995, 68, 1655.
  13. ↑ Albert, M.; Dax, K.; Ortner, J. Tetrahedron 1998, 54, 4839
  14. ↑ Differding, E.; Lang, R. W. Helv. Chim. Acta. 1989, 72, 1248.
  15. ↑ Chambers, R. D.; Hutchinson, J.; Sandford, G. J. Fluorine Chem. 1999, 100, 63
  16. ↑ Rozen, S. Chem. Rev. 1996, 96, 1717
  17. ↑ Ramsden, C. A.; Smith, R. G. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 6842.
  18. ↑ Umemoto, T.; Nagayoshi, M. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1996, 69, 2287

Související články

editovat

Externí odkazy

editovat
Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Elektrofilní_fluorace&oldid=22983918“