本方案描述了在惰性气氛下制备单质镧系元素的方法，并介绍了其在涉及三氟甲基苯并富烯的选择性碳-氟键活化反应中的应用。
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本文内容
摘要
摘要
在多氟代芳香族分子或含三氟甲基的底物中选择性活化一个碳-氟键，为获得难以通过其他合成途径得到的独特含氟分子提供了可能。在能够发生C-F键活化的多种金属中，镧系金属（Ln）是理想的选择，因为它们能形成强的Ln-F键。镧系金属是强还原剂，其Ln3+/Ln 氧化还原电位约为-2.3 V，与Mg2+/Mg 氧化还原电对的数值相当。此外，镧系金属表现出良好的官能团耐受性，且其反应性在镧系元素序列中有所变化，使其成为有机及有机金属转化中精细调控反应条件的合适试剂。然而，由于其亲氧性，镧系金属易与氧气和水反应，因此在储存、操作、制备和活化过程中需要特殊条件。这些因素限制了它们在有机合成中的广泛应用。本文介绍如何在无水条件下，利用手套箱和Schlenk技术现场制备镝金属——类比地，也适用于所有镧系金属。新打磨的金属与氯化铝联用，可引发三氟甲基苯并富烯中C-F键的选择性活化。所生成的反应中间体进一步与硝基烯烃反应，得到一类新的二氟烯烃化合物。
引言
自20世纪70年代末以来，镧系金属在有机合成中已有零星应用1。最初，这些强还原剂因其Ln3+/Ln 氧化还原电位约为-2.3 V，主要被用于芳香化合物的Birch型还原反应和频哪醇偶联反应。自20世纪80年代起，随着镧系金属的可获得性和纯度不断提高，以及处理对空气和水分敏感化合物的方法学和设备的发展，镧系金属的应用范围得以拓展。由钐金属直接与1,2-二碘乙烷或碘反应制备广泛应用的SmI2，是镧系化学领域的一项重大突破2。近年来，研究人员报道了镧系金属新的反应性模式，例如烯丙基卤化物与羰基化合物的Barbier型反应3、涉及二芳基酮4或酰氯5的还原偶联反应、选择性环丙烷化反应6，以及镧系金属与IV族茂金属的联合使用7,8。这些研究表明，镧系金属对多种官能团具有良好的耐受性，且其反应活性在镧系元素序列中存在差异，因而可作为精细调控有机转化反应条件的适用试剂。
有机镧系金属配合物和无机镧系金属盐已被用于芳香族和脂肪族碳-氟键的碳-....
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方案
1. 手套箱外起始材料的准备
- 准备所需设备：烘干的Schlenk管（内置磁力搅拌子）、真空/惰性气体（氩气或氮气）线路以及磁力搅拌器。
- 根据文献方法制备三氟甲基化苯并富烯13。
- 称取三氟甲基化苯并富烯（177 mg，0.65 mmol），加入装有磁力搅拌子的烘干Schlenk管中。
- 用带PTFE衬垫的塑料螺帽密封Schlenk管，并连接至真空管线。
- 开始搅拌，抽真空干燥苯并富烯10分钟。随后用氩气/氮气释放真空，再次抽真空。重复此过程3次。最后，将Schlenk管充入氩气/氮气，严密封闭。
- 将充有氩气/氮气的Schlenk管转移至手套箱中。
2. 在手套箱内制备新鲜刮取的镝金属
- 准备所需设备：氩气/氮气保护的手套箱、电子天平、金属锉刀、镊子、铝箔、坩埚钳、药匙、试管和两个橡胶塞。
- 准备试剂：金属镝和无水 AlCl3。
- 根据本课题组使用手套箱的一般操作规程，将装有苯并富烯的 Schlenk 管、一支试管和两个橡胶塞放入手套箱中；例如，对于小型腔室，抽真空 1 分钟，然后用氩气/氮气释放三次。
- 将一片铝箔放在手套箱内的电子天平上，另一片放在手套箱底部的托盘上用于金属锉削。
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结果
这种由镧系元素介导的C-F键活化过程，随后与硝基烯烃反应，可便捷地获得含硝基的二氟烯烃化合物。可能的反应机理如图2所示。与我们先前使用醛作为亲电试剂的工作（图1）13相比，硝基烯烃能够区域选择性地生成1,3-二取代的茚类产物。这一现象可通过硝基烯烃基团体积较大的空间位阻效应加以解释。
为了找到最佳反应条件，我们在此反应中研究了两种不同镧系金属（La、Dy）与AlCl3的组合在硝基烯烃反应中的效果。结果表明，在两种情况下，反应均表现出相似的区域选择性，但非对映选择性均较差。其中，使用Dy时的产率明显高于La，因此我们继续采用Dy/AlCl3体系进行后续研究，这与我们此前关于醛类化合物的报道一致13。.......
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讨论
该方案涉及高反应性、对空气和水分敏感的镧系金属操作。因此，整个反应过程必须在干燥惰性气体氛围下进行，所有起始原料（包括溶剂）在使用前必须非常洁净并充分干燥。
与购买预先锉好的金属相比，现用现锉金属具有两个优点：（i）购买金属块或铸锭的成本显著更低；（ii）由于预先锉好的金属在储存过程中表面会发生钝化，而现用现锉的金属表面钝化较少，因此反应活性更高。
所述实验步骤包含两个关键环节：（i）通过锉削获得具有光泽的镧系金属片以进行金属前处理，以及（ii）通过加入少量碘来启动碳-氟键活化过程，并使用小体积的四氢呋喃（THF）溶剂进行反应。
该反应的优势在于其包含两个特征性的颜色变化，可直接指示反应进行是否顺利，以及在出现问题时应从何处着手进行调整。第一个颜色变化是深棕色的碘颜色逐渐消失，在碳-氟键活化过程结束时，溶液变为深绿色且浑浊。第二个颜色变化是在加入硝基烯烃后，溶液转变为黄绿色。如果这些颜色变化未出现，则可能是起始原料或溶剂存在问题。
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
感谢法国国家研究局（ANR-15-CE29-0020-01，ACTIV-CF-LAN）、法国国家科学研究中心（CNRS）、ICMR、兰斯-香槟-阿登大学、ENSCM 和 ICGM 提供的经费支持。感谢 Carine Machado 和 Anthony Robert 在电子轰击质谱（EI-MS）和核磁共振（NMR）分析方面提供的帮助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 镝锭 | Strem | 93-6637 | 置于氮气/氩气下保存 |
| 无水氯化铝 | Alfa Aesar | 88488 | 置于氮气/氩气下保存 |
| 碘（分析纯，99.5%） | Across Organics | 212491000 | |
| 四氢呋喃（GPR Rectapur） | VWR Chemicals | 28552.324 | 使用前经钠/二苯甲酮干燥并蒸馏 |
| 手套箱 | MBraun | 置于氮气氛围下 |
参考文献
- Molander, G. A. Application of Lanthanide Reagents in Organic Synthesis. Chem. Rev. 92 (1), 29-68 (1992).
- Girard, P., Namy, J. L., Kagan, H. B. Divalent Lanthanide Derivatives in Organic Synthesis. 1. Mild Preparation of SmI2 and YbI2 and Their Use as Reducing or Coupling Agents. J. Am. Chem. Soc. 102 (8), 2693-2698 (1980).
- Wu, S., Li, Y., Zhang, S.
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重印与许可
