研究背景
由于有機分子中存在豐富的碳氧鍵，因此科學(xué)家們特別致力于開發(fā)脫氧氟化方法。在此過程中，科學(xué)家們發(fā)展了二乙胺基三氟化硫（DAST，Et2NSF3）、全氟丁基亞硫酰氟（PFBS）、對硝基苯磺酰氟（Nosyl Fluoride）等一系列脫氧氟化試劑，但價格昂貴、容易分解等缺點也限制了氟化試劑在放大生產(chǎn)中的應(yīng)用。
四氟化硫是二乙胺基三氟化硫（DAST）的前驅(qū)體，其自身也是一種高效的脫氧氟化試劑，可以將醇、醛、酮和羧酸分別轉(zhuǎn)化為-F、-CHF2、-CF2-、和-CF3或-COF。由于四氟化硫的低沸點、高毒性等理化性質(zhì)，在釜式工藝中經(jīng)常需要過量使用。
圖1. 連續(xù)流DAST氟化與SF4氟化
奧地利格拉茨大學(xué)化學(xué)研究所、連續(xù)流合成與加工中心（CCFLOW）研究中心制藥工程股份有限公司（RCPE）Kappe教授團隊和Lonza先進化學(xué)技術(shù)團隊的科學(xué)家，介紹了一種連續(xù)化精確調(diào)控四氟化硫的脫氧氟化方案，該方案提高了反應(yīng)收率和立體選擇性、降低了爆炸風(fēng)險和生產(chǎn)成本。
接下來請和小編一起看看作者如何通過連續(xù)流調(diào)控四氟化硫進行脫氧氟化反應(yīng)。
在SF4連續(xù)氟化反應(yīng)裝置中，SF4和N2兩路氣體物料通過氣體鋼瓶連接質(zhì)量流量計精確控制，底物、堿和溶劑等液體物料通過注射泵進料，物料在T形接頭中混合并在加熱的管道中反應(yīng)，反應(yīng)液經(jīng)過在線核磁的流動樣品池進行實時核磁監(jiān)測。
圖2. 用于醇、醛和羧酸脫氧氟化的連續(xù)流動裝置
與間歇式高壓反應(yīng)釜相比，該裝置的顯著特點是:
氣液兩相物料在通過裝有疏水膜的分離器在線分離;
液相物料取樣時通過氫氧化鈉水溶液淬滅;
氣相物料通過裝有氫氧化鈉水溶液的洗氣瓶吸收;
反應(yīng)體系封閉，可以防止SF4潮解引起的腐蝕問題。
2.1
苯乙醇為底物
作者首先以苯乙醇為底物對脫氧氟化過程進行了研究，測試了不同的溶劑、原料濃度、反應(yīng)溫度、SF4和堿的當(dāng)量、反應(yīng)停留時間對反應(yīng)的影響。
表1. 苯乙醇脫氧氟化反應(yīng)的連續(xù)流工藝優(yōu)化
在50℃、4.6分鐘反應(yīng)停留時間、1當(dāng)量SF4條件下，產(chǎn)物的分離收率可達83%。
2.2
不同的醇羥基底物
在優(yōu)選工藝條件下，作者對不同的醇羥基底物進行了脫氧氟化反應(yīng)的研究。
圖3. 不同的醇羥基底物脫氧氟化反應(yīng)的研究
上圖中產(chǎn)物（2i~2l）的高分離收率表明該氟化工藝對Cbz、Bz、Boc等保護基有很好的化學(xué)兼容性。以L-1r（L-乳酸甲酯）為反應(yīng)底物，經(jīng)氟化之后可以得到高純度的產(chǎn)物D-2r，分離收率81%，ee值99%，表明了該脫氧氟化工藝是構(gòu)型翻轉(zhuǎn)的SN2過程。
2.3
不同的醛為底物
以不同的醛為底物進行脫氧氟化之后得到二氟代產(chǎn)物，帶有給電子基團的芳醛底物（4-甲氧基苯甲醛）可以得到定量收率的產(chǎn)物。
圖5. 不同的醛底物脫氧氟化反應(yīng)的研究
2.4
不同的羧酸為底物
以不同的羧酸為底物進行脫氧氟化之后得到酰氟產(chǎn)物，帶有給電子基團的羧酸底物均可以得到很高收率的產(chǎn)物。
圖6. 不同的羧酸底物脫氧氟化反應(yīng)的研究
桌上型核磁被用于該脫氧氟化工藝的在線監(jiān)測，帶有壓力的反應(yīng)混合物經(jīng)過核磁內(nèi)部的PFA流動樣品池進行核磁分析。
圖7. 在線桌上型核磁反應(yīng)監(jiān)測
a）為氟化試劑SF4和內(nèi)標(biāo)物三氟甲苯在溶劑中的氟譜以及底物3a（苯丙醛）經(jīng)脫氧氟化所得反應(yīng)液的氟譜對比圖；
b）為不通反應(yīng)條件下核磁在線監(jiān)測與氣相色譜離線檢測的對比圖；
c) 對應(yīng)圖b中不同的反應(yīng)條件。
有機氟化合物在有機化學(xué)，特別是藥物合成中至關(guān)重要。藥物化學(xué)家經(jīng)常會將碳氟鍵引入藥物分子以調(diào)節(jié)其代謝穩(wěn)定性和藥理作用。至2023年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)的23個小分子藥物中有8個是氟化物。
作者開發(fā)了一種以SF4為氟化試劑、相比間歇式高壓反應(yīng)釜工藝更安全、更易于操控的連續(xù)化脫氧氟化過程。
該氟化方法不需要使用氟化氫并且在溫和反應(yīng)條件下即可得到有機氟化產(chǎn)物。
該氟化工藝具有很高的立體選擇性并且對原料分子中不同的保護基也有很好的化學(xué)兼容性。
通過連續(xù)合成應(yīng)用四氟化硫的優(yōu)點非常顯著：（1）加壓條件下提高氣體溶解度并優(yōu)化四氟化硫利用率；（2）通過條件強化提高了反應(yīng)的時空收率；（3）在線淬滅未反應(yīng)的活性氣體使工藝本質(zhì)更安全。
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