EurJOC：吲哚C(sp2)–H键三氟乙基化反应

有机分子中引入氟原子，会导致分子的理化性质和生物学特性发生显著变化。比如，给有机小分子带来前所未有的化学反应性；药物分子中引入氟原子，会显著改善其代谢稳定性，脂溶性等。氟烷基卡宾作为一类高活性含氟合成砌块，在环加成反应，X–H插入反应，Doyle-Kirmse重排等反应中得到了广泛应用。然而，目前还没有利用氟烷基卡宾对富电子芳烃有效氟烷基化的报道。

吲哚作为重要的合成子和药物分子亚结构，实现其选择性C–H官能化具有重要的理论意义和潜在的应用价值，当前的研究都是酯基，羰基等拉电子基团取代的重氮化合物和吲哚的反应，还没有高效的氟烷基化策略（图1a, b）。东北师范大学毕锡和教授课题组设计开发了易分解的N-邻三氟甲基苯磺酰腙，并应用于氟烷基卡宾化学研究，基于实现了系列氟烷基卡宾新颖，有挑战性的转化（Acc. Chem. Res. 2022, 55, 1763; Sci. China Chem. 2021, 64, 1614）。近期，该课题组再次取得重要进展，使用三氟乙醛衍生的N-邻三氟甲基苯磺酰腙作为卡宾前体，首次实现了高效的富电子芳烃吲哚的选择性C–H键三氟乙基化反应（图1c）。

图1吲哚的C–H键官能化研究

图2吲哚底物扩展

通过条件筛选，作者发现N-邻三氟甲基苯磺酰腙作为卡宾前体，FeTPPCl作为催化剂, K₂CO₃为碱，在二氯甲烷中40℃反应，可以高效地实现吲哚的C–H键三氟乙基化。该反应条件温和，可以有效避免操作CF₃CHN₂试剂的潜在危险性。在最佳的反应条件下，作者考察了吲哚的适用范围（图2）。各种包含吸电子基（如卤素，氰基，甲酰基，酯基等），供电子基（如甲氧基、甲基，硅氧基等）和不饱和键（烯基，炔基）的N-甲基吲哚，都能以中等到优秀的产率得到相应的三氟乙基化产物。除了N-甲基吲哚，其他N-烷基吲哚、N-硅基吲哚、N-烯丙基吲哚也和该转化兼容。同样的条件下，含有各种取代基的未保护吲哚，也能顺利进行该反应，并以良好至优异的产率得到相应的三氟乙基化产物。

图3对照实验和理论计算研究

作者通过对照实验和理论计算对反应机理进行了深入研究，结果表明，反应依次经历铁卡宾形成，吲哚对铁卡宾的亲核进攻，1，2-氢转移过程得到三氟乙基化产物，在整个催化循环中，二重态铁卡宾的形成是关键，可能的四重态和六重态铁中间体因为有更高的形成能垒和较低的稳定性而被排除。理论计算和动力学同位素实验证明，该反应的决速步骤是氢从吲哚的C3向卡宾碳的1,2-转移过程（图3）。

作者以氟烷基N-邻三氟甲基苯磺酰腙为卡宾前体，在铁催化下实现了氟烷基卡宾对吲哚的C–H键选择性插入反应，该策略能够用于天然产物的三氟乙基化，为天然产物和药物分子的后期修饰提供了有力的工具。

论文信息

Catalytic C(sp²)−H Trifluoroethylation of Indoles via Iron-Carbene Insertion

Yongyue Ning, Dandan Wei, Xiaolong Zhang, Swastik Karmakar, Prof. Xihe Bi

European Journal of Organic Chemistry

DOI: 10.1002/ejoc.202301140