JACS: FeCl3氧化产生芳环自由基阳离子的单晶结构及反应性

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FeCl3作为一种常见的Lewis酸或者氧化剂被广泛用于氧化芳香偶联、Scholl反应当中,一般认为其涉及到芳环自由基阳离子中间体。但由于这类open-shell的分子活性高、寿命短,其分离和表征一直是化学界的挑战


Nagoya大学的Kazuaki Ishihara课题组设计了一种独特的底物和FeCl3作用,成功分离得到了自由基阳离子物种,并将其用于缺电子苯乙烯类化合物的[4+2][2+2]反应当中。

能被FeCl3氧化形成稳定自由基阳离子物种的芳烃需符合两个特征:①富电子容易被氧化;②自身位阻大,可以稳定中间体。芳烃1FeCl3作用下能以84%的分离收率得到自由基阳离子2,该物种较稳定。在分离得到2后,对其性质进行了系统研究,并拿到了单晶数据

作者对该过程的反应动力学进行了研究:相对FeCl3是一级反应,而相对底物1是零级反应,这说明该反应的决速步可能是FeCl3和溶剂间的相互作用。作者认为,FeCl3先和MeCN发生配位和解离得到A(有文献系统研究过FeCl3在乙腈中存在的形式,A是确定的结构),A继续离去一分子MeCN得到中间体B1在原位生成的B氧化下迅速失去一个电子得到芳环自由基阳离子物种2

自由基阳离子促进的环加成反应研究比较多,但对于缺电子苯乙烯类底物普适性差。在确认有氧化性更强的B物种生成后,作者认为氧化性提高利于对缺电子的芳烃的单电子转移过程,将FeCl3/MeCN体系用于缺电子苯乙烯的[2+2][4+2]反应取得了较好的反应结果。



总结FeCl3促进的SET反应当中,二氯甲烷一般是常用的溶剂。Kazuaki Ishihara等人的研究表明FeCl3的单电子氧化能力受溶剂影响较大,选用MeCN作为共溶剂能发生配体交换,进而影响反应体系的氧化还原能力。


参考文献:J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 1877−1881


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