乙烯磺酰氟的制備

李江紅 簡 迅 鄧力超 王 森 陳 林

(成都大學(xué)藥學(xué)院四川抗菌素工業(yè)研究所，四川成都，610106)

乙烯磺酰氟1(簡寫：ESF)是由一個磺酰氟基團(tuán)直接與乙烯基相連的化合物，該物質(zhì)于1953年被首次報道[1]，到目前為止已經(jīng)成功地應(yīng)用于多個生產(chǎn)領(lǐng)域。磺酰氟化物(R-SO2F)的應(yīng)用可追溯到20世紀(jì)中葉，例如：作為合成磺酰胺或砜的磺酰氯化物的替代試劑，作為活性染料[2]。近年來，人們對這些化合物的興趣重新燃起，它們用于蛋白質(zhì)的選擇性修飾和功能化材料的制備[3]。由于乙烯磺酰氟具有高度親電性的C=C雙鍵，可與胺、醇和穩(wěn)定的碳負(fù)離子反應(yīng)，而SO2F基團(tuán)不受影響，表現(xiàn)出不同尋常的Michael加成反應(yīng)性能，Sharpless教授稱之為迄今最完美的邁克爾受體[4]。此外，乙烯磺酰氟可用于β-芳基乙烯磺酰氟的制備，而后者作為雙親電試劑，可用于構(gòu)建結(jié)構(gòu)新穎的化合物[5]。

目前，制備ESF的方法主要有：(1)氯乙烷磺酰氯與氟氫化鉀發(fā)生鹵素交換反應(yīng)得到氯乙烷磺酰氟，之后經(jīng)氧化鎂脫除氯化氫而得[6]；(2)以乙烯磺酰氯為原料，對甲苯磺酸甲酯為催化劑，高壓下與液態(tài)氟化氫反應(yīng)而得[7]；(3)以氟(或氯、溴)乙烷磺酰氯為原料，在較高溫度下(如130℃)經(jīng)氟化鉀置換得到氟(或氯、溴)乙烷磺酰氟，并原位脫除氟(或氯、溴)化氫，“一鍋煮”得到乙烯磺酰氟[8，9]。方法2需用到強(qiáng)烈腐蝕性的液態(tài)氟化氫，且為高壓，相當(dāng)危險。方法3雖然采用“一鍋煮”，但反應(yīng)溫度仍然高，而且乙烯磺酰氟沸點(diǎn)低，刺激性強(qiáng)，操作極其不方便。方法1的反應(yīng)條件溫和，更安全可靠、簡單易行。因此，本文主要參考方法1，以氯乙烷磺酰氯為原料，與氟氫化鉀反應(yīng)，制備得到氯乙烷磺酰氟。然后，用中等強(qiáng)度的堿如氧化鎂，于水中反應(yīng)脫除氯化氫，之后，加入6mol/L鹽酸中和未反應(yīng)完全的氧化鎂，使得料液澄清，分相易于實現(xiàn)，最終制備得到乙烯磺酰氟。此外，我們將制備的ESF成功用于制備苯乙烯磺酰氟。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：氯乙烷磺酰氯、氟氫化鉀、氧化鎂、苯硼酸、醋酸鈀、硝酸銀、乙酸、乙酸乙酯、二氯甲烷、石油醚等均為分析純，購自成都金山化學(xué)試劑有限公司。

儀器：旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠)；85-2型恒溫磁力攪拌器(上海司樂儀器有限公司)；FA1604N電子天平(上海菁海儀器有限公司)；JEOL 600核磁共振儀(日本電子株式會社)；ZF-Ⅰ型三用紫外分光儀(上海市安亭電子儀器廠)。

1.2 乙烯磺酰氟的制備

將KHF2(19.0 g，0.24 mol)加入純凈水(50 mL)中，攪拌溶解后，加入氯乙烷磺酰氯(16.3 g，0.1mol)，加熱至30℃，攪拌反應(yīng)3小時，冷卻至室溫后分相，二氯甲烷(10 mL×3)提取水相，合并有機(jī)相。減壓濃縮去除二氯甲烷，殘余油狀物為氯乙烷磺酰氟(14.6 g)，收率100%。1H NMR(600 MHz, CDCl3)δ(ppm): 3.94-3.87(m, 2H), 3.84-3.76(m, 2H)；13C NMR(151 MHz, CDCl3)δ(ppm): 52.6，35.0；19F NMR(565 MHz, CDCl3)δ(ppm): 57.7。

圖1 乙烯磺酰氟的制備

向上述油狀物加入MgO(4.0 g，0.1mol)、純凈水(20 mL)。加熱至35 ℃攪拌反應(yīng)6 h。冷卻至室溫，料液為果凍狀，滴加鹽酸(20 mL，3 mol/L)使固體全部溶解，分相。二氯甲烷(10 mL×3)提取水相，合并有機(jī)相，無水硫酸鈉干燥有機(jī)相。過濾除去硫酸鈉，減壓濃縮得ESF(10.8 g)，收率98%。1H NMR(600 MHz, CDCl3)δ(ppm): 6.91-6.73(m,2H), 6.52-6.31(m,1H).13C NMR(151 MHz, CDCl3)δ(ppm): 134.4, 129.9.19F NMR(565 MHz, CDCl3)δ(ppm): 58.0。

1.3 苯乙烯磺酰氟的制備[10]

將苯硼酸(1.22 g，10 mmol)、乙烯磺酰氟(6.60 g，60 mmol)、醋酸鈀(112 mg，0.5 mmol)、硝酸銀(3.39 g，20 mol)加入三口瓶中，再加入醋酸(50 mL)，加熱升溫至80 ℃攪拌反應(yīng)過夜，TLC監(jiān)控反應(yīng)完全，減壓濃縮除去醋酸，硅膠柱層析(洗脫劑PE:EA=20:1)，收集產(chǎn)物(1.49 g)，收率80%。1H NMR(600 MHz, CDCl3)δ(ppm):7.82(d,J=15.8 Hz, 1H), 7.52-7.57(m, 3H), 7.48(t,J=7.6 Hz, 2H), 6.87(dd,J=15.5, 2.4 Hz, 1H)；13C NMR(151 MHz, CDCl3)δ(ppm):148.9, 132.6, 130.9, 129.4, 129.0, 118.0, 117.8。

圖2 乙烯磺酰氟制備苯乙烯磺酰氟

2 結(jié)果與討論

研究了用氟化鉀與氯乙烷磺酰氯反應(yīng)制備氯乙烷磺酰氟，結(jié)果表明：由于氟化鉀堿性明顯強(qiáng)于氟氫化鉀，導(dǎo)致反應(yīng)不易控制，產(chǎn)物中含有雜質(zhì)，包括氯乙烷磺酰氯、乙烯磺酰氯和乙烯磺酰氟。用KHF2則產(chǎn)物純度好、產(chǎn)率高。文獻(xiàn)[6]為22℃反應(yīng)2h，實驗表明升溫至30℃反應(yīng)3h，效果更優(yōu)。制備ESF時，文獻(xiàn)[6]為室溫反應(yīng)3h，氧化鎂用量為0.5當(dāng)量，優(yōu)化為35℃反應(yīng)6h，而且氧化鎂的用量增加為1.0當(dāng)量。反應(yīng)完全后氧化鎂并未完全消耗，體系渾濁，難以分相得到產(chǎn)物。通過加入鹽酸，將氧化鎂轉(zhuǎn)為氯化鎂溶解于水中，使得操作順利，成功得到產(chǎn)物。本方法制備乙烯磺酰氟的工藝簡單、收率高。乙烯磺酰氟與苯硼酸發(fā)生Heck反應(yīng)制備得到苯乙烯磺酰氟。此外，乙烯磺酰氟以及苯乙烯磺酰氟也可作為邁克爾受體，與雙親核試劑發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)介導(dǎo)的串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)構(gòu)建新穎骨架結(jié)構(gòu)的化合物，本課題組正在開展這方面的研究。