Aktivierung von Trifluormethylschwefelpentafluorid zur Generierung von Fluorierungsmitteln und Trifluormethylierung aromatischer Substrate

Autor: Herbstritt, Domenique Lisa
Jazyk: němčina
Rok vydání: 2024
Předmět:
Druh dokumentu: Doctoral Thesis
DOI: 10.18452/28844
Popis: Die stöchiometrische Aktivierung von Trifluormethylschwefelpentafluorid mit dem Carben SIMes (1,3-Bis(2,4,6-trimethylphenyl)-4,5-dihydroimidazol-2-ylidene) wird thermisch und photochemisch beschrieben. Beide Formen der Aktivierung führen zur Detektion von 1,3-dimesityl-2,2-difluoroimidazolidin (SIMesF2), 1,3-dimesitylimidazolidin-2-sulfid (SIMes=S) und 1,3-dimesityl-2-fluoro-2-trifluoromethylimidazolidin (SIMes(CF3)F). Die Aktivierung von SF5CF3 wurde mit Radikalabfang-Experimenten untersucht, wobei die Ergebnisse auf die Bildung von CF3-Radikalen in der photochemischen Reaktion, nicht aber in der thermischen Reaktion hindeuten. Mechanistisch wird ein Einelektronentransfer von SIMes auf SF5CF3 postuliert. Weiterhin wurde die Reaktivität von SIMesF2 als Deoxyfluorierungsreagenz für verschiedene organische Substrate beobachtet. Zur mechanistischen Aufklärung der Acylfluorid-Synthese wurde das Imidazolidiniumsalz [SIMes-F]+F(HF)2- synthetisiert. Letzteres reagiert mit Benzoesäure zu Benzoylfluorid. Quantenmechanische Rechnungen bestätigen die These, dass ein externes Polyhydrogenfluorid für die Fluorierung der Benzoesäure verantwortlich ist. Anschließend wurde eine photoredoxkatalytische Trifluormethylierungen von Aromaten entwickelt. Ebenso wie bei der stöchiometrischen SF5CF3 Aktivierung wurde auch im Falle der photoredoxkatalytischen Aktivierung ein Einelektronentransfer auf SF5CF3 durch Oxidation des angeregten Katalysators oder Reduktion des zuvor oxidierten Katalysators vorgeschlagen. Experimentelle Untersuchungen des Mechanismus deuten auf die Entstehung von CF3-Radikalen, SF4 und Schwefel hin. Durch die Zugabe von Octanol zur Reaktionsmischung konnte die Bildung von Fluoroctan neben der Bildung von trifluormethylierten Aromaten erzielt werden. Dies deutet auf die Entstehung von Schwefeltetrafluorid hin und zeigt, dass SF5CF3 gleichzeitig als CF3-Quelle und als Quelle für SF4 dienen kann.
The stoichiometric activation of trifluoromethyl sulfur pentafluoride with the carbene SIMes (1,3-bis(2,4,6-trimethylphenyl)-4,5-dihydroimidazol-2-ylidene) is described thermally and photochemically. Both forms of activation lead to the detection of 1,3-dimesityl-2,2-difluoroimidazolidine (SIMesF2), 1,3-dimesitylimidazolidine-2-sulfide (SIMes=S) and 1,3-dimesityl-2-fluoro-2-trifluoromethylimidazolidine (SIMes(CF3)F). The activation of SF5CF3 was investigated by radical scavenging experiments, and the results indicate the formation of CF3 radicals in the photochemical reaction but not in the thermal reaction. Mechanistically, a one-electron transfer from SIMes to SF5CF3 is postulated. Furthermore, the reactivity of SIMesF2 as a deoxyfluorination reagent for several organic substrates was observed. The imidazolidinium salt [SIMes-F]+F(HF)2- was synthesized for the mechanistic investigation of the acyl fluoride synthesis. The latter reacts with benzoic acid to form benzoyl fluoride. Quantum mechanical calculations confirm that an external polyhydrogen fluoride is responsible for the fluorination of benzoic acid. Subsequently, a photoredox catalytic trifluoromethylation of aromatic compounds was developed. As in the case of stoichiometric SF5CF3 activation, a one-electron transfer to SF5CF3 by oxidation of the excited catalyst or reduction of the previously oxidized catalyst was also proposed in the case of photoredox catalytic activation. Experimental studies indicate the formation of CF3 radicals, SF4 and sulfur. The addition of octanol to the reaction mixture results in the formation of fluorooctane in addition to the formation of trifluoromethylated aromatics. This indicates the formation of sulfur tetrafluoride and shows that SF5CF3 can simultaneously serve as a CF3 source and as a source of SF4.
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