ラジカルフッ素化

ラジカルフッ素化は、求核的アプローチと求電子的アプローチを補完するタイプのフッ素化反応です。^{[1]これは、独立して生成された炭素中心}ラジカルと原子フッ素源との反応を伴い、有機フッ素化合物を生成します。

歴史的に、ラジカルフッ素化に利用できる原子状フッ素源は、フッ素 (F ₂ )、次亜フッ素酸塩(O-F ベースの試薬)、XeF ₂の 3 つしかありませんでした。これらの高い反応性と、F ₂と次亜フッ素酸塩の取り扱いの難しさから、求電子法や求核法に比べてラジカルフッ素化の開発は制限されていました。 ^[2]求電子性 N-F フッ素化剤が原子状フッ素源として機能することが明らかになり^[3]、ラジカルフッ素化のルネッサンスが起こりました。^[2]

それ以来、C-F結合のラジカル形成のためのさまざまな方法論が開発されてきました。^[1]ラジカル中間体は、カルボン酸やボロン酸誘導体から、アルケンへのラジカル付加、またはC-HおよびC-C結合の活性化によって生成されています。現在、金属フッ化物錯体などの新しい原子フッ素源が登場しています。

フッ素ガス（F ₂）は、求電子源としても原子フッ素源としても作用する。^[4] F–F結合強度が弱い（36 kcal/mol（150 kJ/mol）^[5]）ため、ホモリシス開裂が起こる。しかし、 F ₂と有機化合物の反応は発熱性が高く、非選択的フッ素化やC–C開裂、さらには爆発を引き起こす可能性がある。^[6]選択的ラジカルフッ素化法はごくわずかしか報告されていない。^{[7] [8]}ラジカルフッ素化におけるフッ素の使用は、主に過フッ素化反応に限定されている。^[5]

次亜フッ素酸塩のO-F結合は比較的弱い。トリフルオロメチル次亜フッ素酸塩（CF ₃ OF）の場合、43.5 kcal/mol（182 kJ/mol）と推定されている。^[9]トリフルオロメチル次亜フッ素酸塩がフッ素をアルキルラジカルに転移する能力は、 CF ₃ OFの存在下でエチレンとトリチウムから独立して生成されたエチルラジカルを反応させることによって特に実証されている。 ^{[10]次亜フッ素酸塩は反応性が高いため、選択的ラジカルフッ素化への応用は限られている。しかし、}重合のラジカル開始剤としては使用できる。^[11]

二フッ化キセノン（XeF ₂）は、ラジカル脱炭酸フッ素化反応におけるラジカルフッ素化に主に使用されている。^[12]このフンスディッカー型反応では、二フッ化キセノンはラジカル中間体の生成とフッ素移動源として使用される。^[13]

XeF _2はアリールシランからアリールラジカルを生成するためにも使用でき、アリールフッ化物を供給するための原子フッ素源として機能します。^[14]

セレクトフルオルとN-フルオロベンゼンスルホンイミド（NFSI）は、伝統的にフッ素の求電子源として使用されていますが、最近、フッ素をアルキルラジカルに転移する能力が実証されました。^[3]これらは現在、アルキルラジカルへのフッ素転移剤として一般的に使用されています。^[1]

三フッ化臭素（BrF ₃）^[15]やフッ素系溶媒^[16]を用いたラジカルフッ素化の例が報告されている。ラジカルフッ素化の最近の例では、その場で生成された金属フッ化物錯体がアルキルラジカルへのフッ素移動剤としても作用できることが示唆されている。^[要出典]

t-ブチルペルエステルの熱分解は、NFSIとSelectfluorの存在下でアルキルラジカルを生成するために使用されています。^[3]ラジカルの中間体は効率的にフッ素化され、2つの求電子フッ素化剤がフッ素をアルキルラジカルに転移する能力があることが実証されました。

カルボン酸はラジカルフッ素化法におけるラジカル前駆体として使用することができる。銀^[17]やマンガン^{[18]などの金属触媒はフッ素脱炭酸を誘発するために使用されている。カルボン酸のフッ素脱炭酸は}光酸化還元触媒を用いて誘発することもできる。^{[19] [20]より具体的には、フェノキシ酢酸誘導体は}紫外線に直接さらさ れるとフッ素脱炭酸を起こすことが示されている^[21]か、光増感剤を使用することで起こる。^[22]

アルケンへのラジカル付加から生成されるアルキルラジカルもフッ素化されている。水素化物^[23]や窒素、^[24]炭素、^[25]リン中心^[26]ラジカルが使用され、広範囲のフッ素化二官能化化合物が得られている。

アルキルフッ化物は、銀を用いてボロン酸誘導体から生成されたラジカルを介して合成されている。^[27]

ラジカルフッ素化の大きな利点の1つは、離れたC–H結合を直接フッ素化できることです。マンガン^[28] 、銅^[29]、タングステン^[30]などの金属触媒が反応を促進するために使用されています。金属を使用しないC(sp ^{3 )} –Hフッ素化は、ラジカル開始剤（トリエチルボラン^[31]、過硫酸塩^[32]、またはN-オキシルラジカル^[33]）または有機光触媒の使用に依存しています。^[33]

ベンジルC-H結合を選択的にフッ素化するいくつかの方法も開発されている。 ^[34]

シクロブタノールとシクロプロパノールは、β-またはγ-フルオロケトンの合成におけるラジカル前駆体として使用されている。歪んだ環は、銀^{[35] [36]}または鉄触媒^{[36]の存在下で、または}光増感剤の存在下で紫外線に曝露されると、 C-C結合切断を受ける。^[37]

ラジカルフッ素化の潜在的な用途の一つは、医薬化学の構成要素となる新規部分を効率的に得ることである。^{[38] 3-フルオロビシクロ[1.1.1]ペンタン-1-アミンの}塩酸塩のような反応性官能基を持つプロペラン誘導体は、このアプローチによって得ることができる。^[38]