Tổng Hợp Nhóm Trifluoromethyl Vào Axit Boronic Và Các Dẫn Xuất Của Nó Bằng MOF Cu(INA)2

Nhóm trifluoromethyl (-CF3) có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Việc đưa nhóm trifluoromethyl vào phân tử tương tự như việc đưa nguyên tử flo, giúp tăng cường độ ổn định hóa học, độ ổn định chuyển hóa, tính thân dầu và khả năng liên kết chọn lọc. Các hợp chất chứa nhóm trifluoromethyl được sử dụng rộng rãi làm thành phần hoạt tính trong thuốc và nông dược. Nghiên cứu phương pháp mới để đưa nhóm trifluoromethyl vào phân tử hữu cơ là một lĩnh vực hấp dẫn vì ứng dụng quan trọng của chúng trong nhiều lĩnh vực. Các phân tử chứa nhóm trifluoromethyl đại diện cho một trong những lớp quan trọng nhất của hợp chất flo chọn lọc.

Trong những thập kỷ qua, sự phát triển trong lĩnh vực này bao gồm việc sử dụng chất xúc tác kim loại chuyển tiếp thông qua con đường nucleophilic, electrophilic và gốc tự do. Trong số các chiến lược này, thuốc thử Ruppert-Prakash Me3SiCF3 đã biến phương pháp nucleophilic thành một phương pháp được lựa chọn do chi phí thấp, tính ổn định và dễ xử lý so với các thuốc thử trifluormethyl hóa liên quan. Đặc biệt, các nghiên cứu về sự hình thành các (hetero) aren trifluormethyl hóa bằng cách sử dụng Me3SiCF3 đã được báo cáo rộng rãi bằng cách sử dụng chất xúc tác palladium đắt tiền.

MOF (Metal-Organic Framework), đặc biệt là Cu(INA)2, là vật liệu xốp kết tinh được cấu tạo từ các ion/cluster kim loại và phối tử hữu cơ. Cu(INA)2 thể hiện diện tích bề mặt lớn và thể tích lỗ rỗng cao, rất lý tưởng cho nhiều ứng dụng, bao gồm cả xúc tác. Cấu trúc của nó bao gồm các nguyên tử đồng phối hợp với các nhóm pyridyl và carboxylate từ các đơn vị axit isonicotinic (INA). MOF Cu(INA)2 có thể được tổng hợp từ muối đồng và axit isonicotinic, phù hợp với quy trình trong tài liệu.

MOF Cu(INA)2 là một chất xúc tác dị thể đầy hứa hẹn do hàm lượng kim loại vốn có cao và các vị trí hoạt động được căn chỉnh tuần hoàn. Kích thước lỗ rỗng lớn là một trong những thuộc tính giúp MOF Cu(INA)2 phù hợp hơn làm chất xúc tác cho các phản ứng pha lỏng so với zeolit cổ điển. Các thử nghiệm leaching đã xác nhận tính dị thể của Cu(INA)2 trong phản ứng, cho thấy nó vẫn còn rắn trong suốt quá trình. Ngoài ra, Cu(INA)2 đã được chứng minh là có thể thu hồi và tái sử dụng nhiều lần mà không bị suy giảm đáng kể về hoạt động xúc tác. Do những lợi ích này, có một tiềm năng rất lớn cho MOF Cu(INA)2 trong ứng dụng làm chất xúc tác trong các phản ứng hữu cơ.

Điều kiện phản ứng tối ưu bao gồm việc sử dụng 30% mol chất xúc tác MOF Cu(INA)2, trifluormethyltrimethylsilane (TMSCF3) ái nhân, và CsF trong dung môi khan 1,2-dichloroethane (DCE) ở nhiệt độ phòng trong thời gian 2 giờ. Khí oxi được sử dụng làm tác nhân oxi hóa. Các thử nghiệm leaching xác nhận tính không đồng nhất của Cu(INA)2 trong phản ứng. Thêm vào đó, MOF Cu(INA)2 có thể thu hồi và tái sử dụng nhiều lần mà hiệu suất phản ứng không bị giảm đáng kể ở lần thí nghiệm thứ 6.

Cơ chế phản ứng được đề xuất cho quá trình trifluoromethyl hóa qua trung gian đồng của axit boronic liên quan đến việc kích hoạt TMSCF3 bằng fluoride để tạo ra thuốc thử trifluoromethyl ái nhân. MOF Cu(INA)2 đóng vai trò là chất xúc tác, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển nhóm trifluoromethyl sang axit boronic. oxy hóa ion đồng sau đó tái tạo trạng thái xúc tác, tiếp tục chu trình cho phép tiếp tục phản ứng.

Lượng chất xúc tác MOF Cu(INA)2 ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất phản ứng. Hiệu suất tối ưu thường đạt được với lượng xúc tác cụ thể. Việc sử dụng quá ít chất xúc tác có thể dẫn đến phản ứng diễn ra chậm chạp, trong khi sử dụng quá nhiều có thể dẫn đến các phản ứng phụ hoặc không cải thiện đáng kể hiệu suất.

Các anion florua khác nhau có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của phản ứng. Các nghiên cứu đã khám phá tác động của các anion florua khác nhau, chẳng hạn như CsF, đối với hiệu suất phản ứng. Sự lựa chọn anion florua có thể ảnh hưởng đến sự kích hoạt của TMSCF3 và do đó, hiệu quả của quá trình trifluoromethyl hóa.

Sự lựa chọn dung môi có thể có tác động đáng kể đến hiệu suất. Các nghiên cứu đã khám phá tác động của các dung môi khác nhau, chẳng hạn như DCE, đối với hiệu suất. Sự lựa chọn dung môi có thể ảnh hưởng đến độ hòa tan của chất phản ứng, sự ổn định của chất trung gian và tốc độ phản ứng tổng thể.

MOF Cu(INA)2 thể hiện khả năng tái sử dụng tuyệt vời, duy trì hoạt động xúc tác đáng kể trong nhiều lần chạy phản ứng. Khả năng này có ý nghĩa quan trọng đối với khả năng thực tế và hiệu quả về chi phí của nó trong quá trình tổng hợp. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng MOF Cu(INA)2 có thể được thu hồi và tái sử dụng mà không làm giảm đáng kể hiệu suất phản ứng.

Phạm vi ứng dụng của phản ứng trifluoromethyl hóa được mở rộng đến nhiều loại axit boronic. Việc sử dụng rộng rãi axit boronic khác nhau nhấn mạnh tính linh hoạt và khả năng thích ứng của MOF Cu(INA)2 làm chất xúc tác. Kết quả mở đường cho việc tổng hợp các phân tử trifluoromethyl hóa đa dạng cho các ứng dụng khác nhau.

Nghiên cứu đã trình bày thành công sự phát triển của chất xúc tác dị thể và xúc tác cho quá trình trifluoromethyl hóa ái nhân của axit aryl boronic, sử dụng khung hữu cơ kim loại đồng isonicotinate Cu(INA)2. Phương pháp này mang lại những lợi ích so với các phương pháp trước đây, bao gồm hoạt động xúc tác vượt trội, khả năng tái sử dụng và phạm vi ứng dụng rộng rãi.

Các hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa hơn nữa điều kiện phản ứng, khám phá các phối tử kim loại và hữu cơ thay thế để tăng cường hoạt động và độ chọn lọc của chất xúc tác. Ngoài ra, việc khám phá các ứng dụng của MOF Cu(INA)2 trong các phản ứng tổng hợp khác và phát triển các quy trình quy mô lớn có thể mở rộng hơn nữa tác động của khung này trong hóa học và các lĩnh vực liên quan.