Co-Catalyzed Hydrofluorination of Alkenes: Photocatalytic Method Development and Electroanalytical Mechanistic Investigation

化学 光催化 烯烃 亲核细胞 催化作用 碳阳离子 卤化 氟化物 光化学 组合化学 有机化学 无机化学
作者
Jinjian Liu,Jian Rong,Devin Wood,Yi Wang,Steven H. Liang,Song Lin
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (7): 4380-4392 被引量:20
标识
DOI:10.1021/jacs.3c10989
摘要

The hydrofluorination of alkenes represents an attractive strategy for the synthesis of aliphatic fluorides. This approach provides a direct means to form C(sp3)–F bonds selectively from readily available alkenes. Nonetheless, conducting hydrofluorination using nucleophilic fluorine sources poses significant challenges due to the low acidity and high toxicity associated with HF and the poor nucleophilicity of fluoride. In this study, we present a new Co(salen)-catalyzed hydrofluorination of simple alkenes utilizing Et3N·3HF as the sole source of both hydrogen and fluorine. This process operates via a photoredox-mediated polar-radical-polar crossover mechanism. We also demonstrated the versatility of this method by effectively converting a diverse array of simple and activated alkenes with varying degrees of substitution into hydrofluorinated products. Furthermore, we successfully applied this methodology to 18F-hydrofluorination reactions, enabling the introduction of 18F into potential radiopharmaceuticals. Our mechanistic investigations, conducted using rotating disk electrode voltammetry and DFT calculations, unveiled the involvement of both carbocation and CoIV–alkyl species as viable intermediates during the fluorination step, and the contribution of each pathway depends on the structure of the starting alkene.
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