C(sp3)–H Fluorination with a Copper(II)/(III) Redox Couple

化学 卤素 卤化 光化学 卤化物 溴化物 氢原子萃取 激进的 反应性(心理学) 药物化学 无机化学 烷基 有机化学 医学 病理 替代医学
作者
Jamey K. Bower,Andrew D. Cypcar,Brenda Henriquez,S. Chantal E. Stieber,Shiyu Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (18): 8514-8521 被引量:76
标识
DOI:10.1021/jacs.0c02583
摘要

Despite the growing interest in the synthesis of fluorinated organic compounds, few reactions are able to incorporate fluoride ions directly into alkyl C-H bonds. Here, we report the C(sp3)-H fluorination reactivity of a formally copper(III) fluoride complex. The C-H fluorination intermediate, LCuF, along with its chloride and bromide analogues, LCuCl and LCuBr, were prepared directly from halide sources with a chemical oxidant and fully characterized with single-crystal X-ray diffraction, X-ray absorption spectroscopy, UV-vis spectroscopy, and 1H nuclear magnetic resonance spectroscopy. Quantum chemical calculations reveal significant halide radical character for all complexes, suggesting their ability to initiate and terminate a C(sp3)-H halogenation sequence by sequential hydrogen atom abstraction (HAA) and radical capture. The capability of HAA by the formally copper(III) halide complexes was explored with 9,10-dihydroanthracene, revealing that LCuF exhibits rates 2 orders of magnitude higher than LCuCl and LCuBr. In contrast, all three complexes efficiently capture carbon radicals to afford C(sp3)-halogen bonds. Mechanistic investigation of radical capture with a triphenylmethyl radical revealed that LCuF proceeds through a concerted mechanism, while LCuCl and LCuBr follow a stepwise electron transfer-halide transfer pathway. The capability of LCuF to perform both hydrogen atom abstraction and radical capture was leveraged to enable fluorination of allylic and benzylic C-H bonds and α-C-H bonds of ethers at room temperature.

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