乙烯磺酰氟的制备

李江红 简 迅 邓力超 王 森 陈 林

(成都大学药学院四川抗菌素工业研究所，四川成都，610106)

乙烯磺酰氟1(简写：ESF)是由一个磺酰氟基团直接与乙烯基相连的化合物，该物质于1953年被首次报道[1]，到目前为止已经成功地应用于多个生产领域。磺酰氟化物(R-SO2F)的应用可追溯到20世纪中叶，例如：作为合成磺酰胺或砜的磺酰氯化物的替代试剂，作为活性染料[2]。近年来，人们对这些化合物的兴趣重新燃起，它们用于蛋白质的选择性修饰和功能化材料的制备[3]。由于乙烯磺酰氟具有高度亲电性的C=C双键，可与胺、醇和稳定的碳负离子反应，而SO2F基团不受影响，表现出不同寻常的Michael加成反应性能，Sharpless教授称之为迄今最完美的迈克尔受体[4]。此外，乙烯磺酰氟可用于β-芳基乙烯磺酰氟的制备，而后者作为双亲电试剂，可用于构建结构新颖的化合物[5]。

目前，制备ESF的方法主要有：(1)氯乙烷磺酰氯与氟氢化钾发生卤素交换反应得到氯乙烷磺酰氟，之后经氧化镁脱除氯化氢而得[6]；(2)以乙烯磺酰氯为原料，对甲苯磺酸甲酯为催化剂，高压下与液态氟化氢反应而得[7]；(3)以氟(或氯、溴)乙烷磺酰氯为原料，在较高温度下(如130℃)经氟化钾置换得到氟(或氯、溴)乙烷磺酰氟，并原位脱除氟(或氯、溴)化氢，“一锅煮”得到乙烯磺酰氟[8，9]。方法2需用到强烈腐蚀性的液态氟化氢，且为高压，相当危险。方法3虽然采用“一锅煮”，但反应温度仍然高，而且乙烯磺酰氟沸点低，刺激性强，操作极其不方便。方法1的反应条件温和，更安全可靠、简单易行。因此，本文主要参考方法1，以氯乙烷磺酰氯为原料，与氟氢化钾反应，制备得到氯乙烷磺酰氟。然后，用中等强度的碱如氧化镁，于水中反应脱除氯化氢，之后，加入6mol/L盐酸中和未反应完全的氧化镁，使得料液澄清，分相易于实现，最终制备得到乙烯磺酰氟。此外，我们将制备的ESF成功用于制备苯乙烯磺酰氟。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：氯乙烷磺酰氯、氟氢化钾、氧化镁、苯硼酸、醋酸钯、硝酸银、乙酸、乙酸乙酯、二氯甲烷、石油醚等均为分析纯，购自成都金山化学试剂有限公司。

仪器：旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂)；85-2型恒温磁力搅拌器(上海司乐仪器有限公司)；FA1604N电子天平(上海菁海仪器有限公司)；JEOL 600核磁共振仪(日本电子株式会社)；ZF-Ⅰ型三用紫外分光仪(上海市安亭电子仪器厂)。

1.2 乙烯磺酰氟的制备

将KHF2(19.0 g，0.24 mol)加入纯净水(50 mL)中，搅拌溶解后，加入氯乙烷磺酰氯(16.3 g，0.1mol)，加热至30℃，搅拌反应3小时，冷却至室温后分相，二氯甲烷(10 mL×3)提取水相，合并有机相。减压浓缩去除二氯甲烷，残余油状物为氯乙烷磺酰氟(14.6 g)，收率100%。1H NMR(600 MHz, CDCl3)δ(ppm): 3.94-3.87(m, 2H), 3.84-3.76(m, 2H)；13C NMR(151 MHz, CDCl3)δ(ppm): 52.6，35.0；19F NMR(565 MHz, CDCl3)δ(ppm): 57.7。

图1 乙烯磺酰氟的制备

向上述油状物加入MgO(4.0 g，0.1mol)、纯净水(20 mL)。加热至35 ℃搅拌反应6 h。冷却至室温，料液为果冻状，滴加盐酸(20 mL，3 mol/L)使固体全部溶解，分相。二氯甲烷(10 mL×3)提取水相，合并有机相，无水硫酸钠干燥有机相。过滤除去硫酸钠，减压浓缩得ESF(10.8 g)，收率98%。1H NMR(600 MHz, CDCl3)δ(ppm): 6.91-6.73(m,2H), 6.52-6.31(m,1H).13C NMR(151 MHz, CDCl3)δ(ppm): 134.4, 129.9.19F NMR(565 MHz, CDCl3)δ(ppm): 58.0。

1.3 苯乙烯磺酰氟的制备[10]

将苯硼酸(1.22 g，10 mmol)、乙烯磺酰氟(6.60 g，60 mmol)、醋酸钯(112 mg，0.5 mmol)、硝酸银(3.39 g，20 mol)加入三口瓶中，再加入醋酸(50 mL)，加热升温至80 ℃搅拌反应过夜，TLC监控反应完全，减压浓缩除去醋酸，硅胶柱层析(洗脱剂PE:EA=20:1)，收集产物(1.49 g)，收率80%。1H NMR(600 MHz, CDCl3)δ(ppm):7.82(d,J=15.8 Hz, 1H), 7.52-7.57(m, 3H), 7.48(t,J=7.6 Hz, 2H), 6.87(dd,J=15.5, 2.4 Hz, 1H)；13C NMR(151 MHz, CDCl3)δ(ppm):148.9, 132.6, 130.9, 129.4, 129.0, 118.0, 117.8。

图2 乙烯磺酰氟制备苯乙烯磺酰氟

2 结果与讨论

研究了用氟化钾与氯乙烷磺酰氯反应制备氯乙烷磺酰氟，结果表明：由于氟化钾碱性明显强于氟氢化钾，导致反应不易控制，产物中含有杂质，包括氯乙烷磺酰氯、乙烯磺酰氯和乙烯磺酰氟。用KHF2则产物纯度好、产率高。文献[6]为22℃反应2h，实验表明升温至30℃反应3h，效果更优。制备ESF时，文献[6]为室温反应3h，氧化镁用量为0.5当量，优化为35℃反应6h，而且氧化镁的用量增加为1.0当量。反应完全后氧化镁并未完全消耗，体系浑浊，难以分相得到产物。通过加入盐酸，将氧化镁转为氯化镁溶解于水中，使得操作顺利，成功得到产物。本方法制备乙烯磺酰氟的工艺简单、收率高。乙烯磺酰氟与苯硼酸发生Heck反应制备得到苯乙烯磺酰氟。此外，乙烯磺酰氟以及苯乙烯磺酰氟也可作为迈克尔受体，与双亲核试剂发生迈克尔加成反应介导的串联环化反应构建新颖骨架结构的化合物，本课题组正在开展这方面的研究。