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(diǎn)、高毒性等理化性質(zhì),在釜式工藝中經(jīng)常需要過(guò)量使用。
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(tuán)隊(duì)和Lonza先進(jìn)化學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)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(xiǎn)和生產(chǎn)成本。
SF4連續(xù)氟化反應(yīng)系統(tǒng)
在SF4連續(xù)氟化反應(yīng)裝置中,SF4和N2兩路氣體物料通過(guò)氣體鋼瓶連接質(zhì)量流量計(jì)精確控制,底物、堿和溶劑等液體物料通過(guò)注射泵進(jìn)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(guò)在線核磁的流動(dòng)樣品池進(jìn)行實(shí)時(shí)核磁監(jiān)測(cè)。
與間歇式高壓反應(yīng)釜相比,該裝置的特點(diǎn)是:
1、氣液兩相物料在通過(guò)裝有疏水膜的分離器在線分離;
2、液相物料取樣時(shí)通過(guò)氫氧化鈉水溶液淬滅;
3、氣相物料通過(guò)裝有氫氧化鈉水溶液的洗氣瓶吸收;
4、反應(yīng)體系封閉,可以防止SF4潮解引起的腐蝕問(wèn)題。
SF4應(yīng)用于連續(xù)脫氧氟化反應(yīng)
1、苯乙醇為底物:首先以苯乙醇為底物對(duì)脫氧氟化過(guò)程進(jìn)行了研究,測(cè)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(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響。
在50℃、4.6分鐘反應(yīng)停留時(shí)間、1當(dāng)量SF4條件下,產(chǎn)物的分離收率可達(dá)83%。
2、不同的醇羥基底物:在優(yōu)選工藝條件下,作者對(duì)不同的醇羥基底物進(jìn)行了脫氧氟化反應(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(duì)Cbz、Bz、Boc等保護(hù)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(guò)程。
3、不同的醛為底物:以不同的醛為底物進(jìn)行脫氧氟化之后得到二氟代產(chǎn)物,帶有給電子基團(tuán)的芳醛底物(4-甲氧基苯甲醛)可以得到定量收率的產(chǎn)物。
4、不同的羧酸為底物:以不同的羧酸為底物進(jìn)行脫氧氟化之后得到酰氟產(chǎn)物,帶有給電子基團(tuán)的羧酸底物均可以得到很高收率的產(chǎn)物。
桌上核磁對(duì)氟化反應(yīng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)
桌上型核磁被用于該脫氧氟化工藝的在線監(jiān)測(cè),帶有壓力的反應(yīng)混合物經(jīng)過(guò)核磁內(nèi)部的PFA流動(dòng)樣品池進(jìn)行核磁分析。
1、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(duì)比圖;
2、為不通反應(yīng)條件下核磁在線監(jiān)測(cè)與氣相色譜離線檢測(cè)的對(duì)比圖;
3、對(duì)應(yīng)圖b中不同的反應(yīng)條件。
有機(jī)氟化合物在有機(jī)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(huì)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(gè)小分子藥物中有8個(gè)是氟化物。
通過(guò)連續(xù)合成應(yīng)用四氟化硫的優(yōu)點(diǎn)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(guò)條件強(qiáng)化提高了反應(yīng)的時(shí)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。