CF₃基の代替として注目されるSF₅基。それを導入可能なSF₅化剤の簡便調製法が開発された。ジアゾ化合物に調製したSF₅化剤であるSF₅Clを作用させると、様々なSF₅置換化合物への前駆体となるα-SF₅カルボニル化合物が合成できる。

SF₅置換化合物の合成法

　高い電子求引性と脂溶性を示す官能基の代表格はCF₃基であり、医農薬や材料分野で活躍している。

現在、CF₃基の代替として密かに注目を集めているのがSF₅基である。SF₅基はフッ素原子が四角錐状に配列した構造を有し、CF₃基よりも高い電子求引性、脂溶性、嵩高さ、化学安定性を示す(図 1A)。

しかし、いまだ汎用されない理由に、SF₅置換化合物の合成に課題があった。

CF₃基は近年数多の新規反応が開発されCF₃置換化合物の合成は容易となった。

一方で、SF₅置換化合物の合成法は主に

(1)芳香族チオールや芳香族ジスルフィドのフッ素化反応、

(2)SF₅化剤と不飽和炭化水素のラジカル付加反応の2つのみで発展途上にある(図 1B)^[2]。

特に(2)に関して、SF₅化剤は市販されておらずその調製法も確立されていない。SF₅化剤には反応性と安定性の観点からSF₅Clが使われる。

SF₅ClはSF₄にオートクレーブ中でClFと反応させることで調製できるが、SF₄の強い毒性、腐食性が問題となる(図 1C)。

そこで近年、SF₄を用いないSF₅Clの調製法が開発された。乾燥KF、硫黄粉末、Cl₂をBr₂存在下で反応させるとSF₅Clが得られる(Winter法)^[3]。

さらに最近、気体のCl₂やBr₂を用いない方法も開発された。TFAを触媒としてMeCN中で乾燥KF、硫黄粉末、トリクロロイソシアヌル酸(TCCA)を反応させる (Togni法)^[4]。しかし、Togni法は生成したSF₅Clの収率や精製方法は示されていなかった。

　そこで今回、QingらはTogni法の改良を試み、調製したSF₅Clを用いて、ジアゾ化合物のSF₅化反応の開発に成功した(図 1D)。

図1 A. SF5基の化学的性質 B. SF5置換化合物の合成 C. SF5Clの合成法 D. 今回の反応

“Chemoselective Hydro(Chloro)pentafluorosulfanylation of Diazo  Compounds with Pentafluorosulfanyl Chloride”

Shou, J.-Y.; Xu, X.-H.; Qing, F.-L. Angew. Chem., Int. Ed. 2021, 60, 15271-15275.

DOI: 10.1002/anie.202103606

論文著者の紹介

研究者：Feng-Ling Qing
研究者の経歴：
–1990 Ph.D., Shanghai Institute of Organic Chemistry (SIOC), Chinese Academy of Sciences
1991–1992 Assistant, Shanghai Institute of Organic Chemistry
1992–1995 Postdoc, Wyth Research, New York, USA
1995–1999 Deputy Principal Investigator, Elemental Organic Laboratory, SIOC
1999–2009 Principal Investigator, Key Laboratory of Organofluorine Chemistry, SIOC
2000– Professor, Donghua University
研究内容：フッ素化合物の合成法, フッ素化合物のアルキル化反応, フッ素含有生理活性物質の合成

論文の概要

著者らはTogniらの条件を精査したところ、TFAは必須でなく「遮光」により、SF5Clを良好な収率で得られることを発見した(図 2A)。遮光しない場合、SF₅Clの代わりにSO₂F2やSOF₂が生成する。また、調製したSF₅Clはヘキサンで抽出可能で、ヘキサン溶液として室温で数ヶ月安定に保存できる。
続いて、α-SF5カルボニル化合物の合成を試みた。α-ジアゾケトン1aに、調製したSF₅Clヘキサン溶液を作用させることで、α-クロロSF₅ケトン2aBが得られると考えた(図 2B)。

しかし、Et₃B触媒条件下反応させたが[5]、1aの分解が優先した。次に、単純にジクロロメタン中で1aにSF₅Clを作用させたところ、SF₅基が導入されたα-SF₅ケトン2aAに加え、α-クロロケトン3が副生した。3は系中で生成した塩酸と1aが反応し副生したと考え、中和の目的で塩基を検討したところ、K₃PO₄を添加することで良好な収率で2aAを得ることに成功した。
推定反応機構を示す (図 2C左)。まず、SF₅Clから微量に生じたSF₅ラジカルとジアゾ化合物1が反応し、脱窒素を伴い中間体IM1となる。IM1は求電子性ラジカルであるため、求電子性のClをもつSF₅Clと反応せず、代わりに、ヘキサンと反応してα-SF₅カルボニル化合物2Aを与える。生成したヘキシルラジカルはSF₅Clと反応して、クロロヘキサンとSF₅ラジカルが生成する。
著者らは2Bを得るために、SF₅Clの極性転換を図った（図 2C右）。

すなわち、遷移金属触媒(MXLn)とSF₅Cl が反応することで、求核的なClをもつMXLnClが生じ、IM1と反応してα-クロロSF₅カルボニル化合物2Bが得られると考えた(図 2C右)。

1aを用いて種々の触媒と配位子を検討したところ、Cu(MeCN)₄PF₆触媒、配位子L1とした場合、最も良好な収率でα-クロロSF₅ケトン2aBを与えた。

本反応は、芳香環上に様々官能基をもつ（例：エステル1b、ハロゲン1c）ジアゾケトンのみならず、α-ジアゾエステル1dでも良好な収率で2A、2Bを与えた(図 2D)。

図2 A. SF5Clの改良調製法 B. ジアゾ化合物1aとSF5Clの反応 C. 推定反応機構 D. 基質適用範囲の一部

以上、QingらはSF₅化剤であるSF5Clの改良調製法を開発し、α-ジアゾカルボニル化合物からのα-SF₅およびα-クロロSF₅カルボニル化合物変換法を見いだした。これらSF₅カルボニル化合物は医農薬品や材料の原料としての利用が期待できる。

 参考文献

1. 宇部興産株式会社医薬事業部 UBE Aromatic SF5 Compounds, URL: https://www.ube.com/contents/jp/chemical/pharmaceutical/pdf/sf5-chemicais.pdf
2. Savoie, P. R.; Welch, J. T. Preparation and Utility of Organic Pentafluorosulfanyl-Containing Compounds Chem. Rev. 2015, 115, 1130–1190. DOI: 1021/cr500336u
3. Winter, R., Patent WO2009152385, December, 17, 2009.
4. Pitts, C. R.; Santschi, N.; Togni, A., Patent WO2019229103, December, 5, 2019.
5. Aït-Mohand, S.; Dolbier, W. R. New and Convenient Method for Incorporation of Pentafluorosulfanyl (SF₅) Substituents Into Aliphatic Organic Compounds Org. Lett. 2002, 4, 3013–3015. DOI: 1021/ol026483o