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

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật hóa học introduction of trifluoromethyl group into boronic acid its derivatives using mof, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Ông Đức Toàn
• Người hướng dẫn: TS. Trương Vũ Thanh
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Tổng Hợp Nhóm Trifluoromethyl Trong Axit Boronic Sử Dụng MOF Cu(INA)2
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Phản Ứng Trifluoromethyl Hóa Axit Boronic

Phản ứng trifluoromethyl hóa là một lĩnh vực hóa học hấp dẫn, ứng dụng rộng rãi trong dược phẩm, nông dược, vật liệu và chất đánh dấu phóng xạ cho chụp cắt lớp phát xạ positron (PET). Khoảng 20% dược phẩm và 30% nông dược trên thị trường chứa hợp chất flo. Việc đưa nguyên tử flo hoặc nhóm chứa flo vào hợp chất hữu cơ có thể thay đổi tính chất vật lý, phân bố, chuyển hóa và bài tiết. Mặc dù flo là nguyên tố phổ biến thứ 13 trong vỏ Trái Đất, số lượng hợp chất flo tự nhiên rất thấp. Vì vậy, có sự quan tâm lớn đến phương pháp chọn lọc đưa flo và các nhóm chứa flo vào hợp chất hữu cơ để cải thiện hoạt tính sinh học.

1.1. Tầm quan trọng của nhóm trifluoromethyl trong hóa học

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.

1.2. Các phương pháp trifluoromethyl hóa axit boronic hiện tại

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.

II. MOF Cu INA 2 Xúc Tác Dị Thể tiềm năng cho trifluoromethyl hóa

Khung hữu cơ kim loại (MOF) là một lớp vật liệu tinh thể xốp có mạng lưới một, hai hoặc ba chiều được xây dựng từ các ion/cụm kim loại và phối tử hữu cơ. Với diện tích bề mặt lớn và thể tích lỗ rỗng cao trong các lỗ rỗng có kích thước đồng nhất, MOF là vật liệu thuận lợi cho các ứng dụng khác nhau. MOF có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng làm chất xúc tác trong các phản ứng hữu cơ. Cấu trúc của vật liệu bao gồm nguyên tử đồng được phối trí bởi hai nhóm pyridyl và ba nhóm carboxylat của năm đơn vị IN.

2.1. Đặc điểm cấu trúc và tính chất của MOF Cu INA 2

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.

2.2. Ứng dụng của MOF Cu INA 2 trong xúc tác dị thể

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.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Trifluoromethyl Dùng MOF Cu INA 2

Nghiên cứu này mô tả quy trình dị thể và xúc tác đầu tiên cho quá trình trifluoromethyl hóa ái nhân các axit aryl boronic. Đặc biệt, khung hữu cơ kim loại đồng isonicotinate Cu(INA)2 [INA = 1,4-(NC5H4CO2)] thể hiện hoạt tính xúc tác đặc biệt đối với quá trình trifluoromethyl hóa axit boronic. Điều kiện tối ưu liên quan đến việc sử dụng chất xúc tác Cu(INA)2 (30% mol), trifluormethyltrimethylsilane (TMSCF3) ái nhân và thuốc thử CsF trong dung môi 1,2-dichloroethane (DCE) ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ. Oxy đã được sử dụng làm chất oxy hóa.

3.1. Điều kiện phản ứng tối ưu cho trifluoromethyl hóa

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.

3.2. Cơ chế phản ứng trifluoromethyl hóa với MOF Cu INA 2

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.

IV. Ảnh Hưởng Các Yếu Tố Đến Hiệu Quả Trifluoromethyl Hóa

Hiệu suất của phản ứng trifluoromethyl hóa chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Các yếu tố bao gồm lượng chất xúc tác, loại anion florua, nhiệt độ, tỷ lệ TMSCF3 và dung môi. Điều chỉnh các yếu tố này có thể tối ưu hóa hiệu quả và năng suất của phản ứng.

4.1. Ảnh hưởng của tải lượng xúc tác MOF Cu INA 2

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.

4.2. Tác động của anion florua đến hiệu suất phản ứng trifluoromethyl hóa

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.

4.3. Ảnh hưởng của các dung môi khác nhau đến hiệu suất phản ứng.

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.

V. Ứng Dụng Của MOF Cu INA 2 Trong Tổng Hợp Hữu Cơ Chọn Lọc

Việc phát triển các giao thức thực tế và hiệu quả hơn bằng cách sử dụng hệ thống xúc tác có thể tái chế là rất cần thiết, đặc biệt đối với các ứng dụng công nghiệp. MOF Cu(INA)2 đã được chứng minh là có thể thu hồi và tái sử dụng nhiều lần mà không làm suy giảm đáng kể các hoạt động xúc tác, hiệu suất phản ứng gần như tương tự vẫn thu được ở lần chạy thứ 6.

5.1. Khả năng tái sử dụng của xúc tác MOF Cu INA 2

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.

5.2. Ứng dụng trifluoromethyl hóa vào nhiều loại axit boronic

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.

VI. Kết Luận và Triển Vọng Tương Lai của MOF Cu INA 2

Nghiên cứu này đã giới thiệu giao thức dị thể và xúc tác đầu tiên cho quá trình trifluoromethyl hóa ái nhân các axit aryl boronic, sử dụng MOF Cu(INA)2. Hoạt tính xúc tác đặc biệt của MOF Cu(INA)2, cùng với khả năng tái sử dụng và phạm vi ứng dụng rộng rãi, khiến nó trở thành một công cụ đầy hứa hẹn cho việc tổng hợp các hợp chất trifluoromethyl hóa.

6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu về trifluoromethyl hóa bằng MOF Cu INA 2

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.

6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo và tiềm năng ứng dụng của MOF Cu INA 2

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.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MÌNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ÔNG ĐỨC TOÀN INTRODUCTION OF TRIFLUOROMETHYL GROUP INTO BORONIC ACID AND ITS DERIVATIVES USING MOF CU(INA)2 CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC MÃ SỐ: 60 52 03 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA INTRODUCTION OF TRIFLUOROMETHYL GROUP INTO BORONIC ACID AND ITS DERIVATIVES USING MOF CU(INA)2 CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60 52 03 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ Cán bộ hướng dẫn Khoa học: TS. Trương Vũ Thanh Học viên: Ông Đức Toàn MSHV: 1570005 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2017 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS.

TRƯƠNG VŨ THANH …………………………. Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. NGUYỄN THỊ PHƯƠNG PHONG …………………………………………………… Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS. NGUYỄN ĐÌNH THÀNH …………………………………………………… Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.

HCM ngày 01 tháng 08 năm 2017. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm: 1. Chủ tịch: PGS. Phạm Thành Quân 2.

Phản biện 1: PGS. Nguyễn Thị Phương Phong. Phản biện 2: PGS. Nguyễn Đình Thành 4.

Ủy viên: TS. Tống Thành Danh 5. Thư ký: Phan Thị Hoàng Anh. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KTHH PGS.

Phạm Thành Quân ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ------------ ------------ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Ông Đức Toàn MSHV: 1570005 Ngày, tháng, năm sinh: 28/01/1992 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 60520301 I. TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN: Introduction of trifluoromethyl group into boronic acid and its derivatives using MOF Cu(INA)2. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Tổng hợp MOF Cu(INA)2.  Phân tích cấu trúc MOF Cu(INA)2 bằng các phương pháp XRD, SEM, TGA, FT-IR.

 Khảo sát phản ứng tổng hợp hợp chất hữu cơ chứa nhóm CF3 từ axit boronic và các dẫn xuất của axit boronic.  Xác định sẩn phẩm thu được bằng các phương pháp phân tích NMR và GC-MS. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/2016 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/2017 V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Trương Vũ Thanh Tp. HCM, ngày tháng năm 2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA ACKNOWLEDGEMENT I am deeply grateful to my supervisor Dr. Truong Vu Thanh, for his encouragement and guidance.

He always helps me to have a favorable condition to do my research and gives me great guidance to finish my thesis with his wonderful patience, motivation, enthusiasm, and immense knowledge. Besides, I wish to thank all of the teaching staffs of Organic Chemical Engineering Department for their meaning encouragement and help. I am grateful to my family who is always by my side to encourage me. Ho Chi Minh, June 19, 2017 Ong Duc Toan Introduction of trifluoromethyl group into boronic acid and its derivatives using MOF Cu(INA)2 2017 Contents LIST OF FIGURE.

3 LIST OF SCHEME. 4 LIST OF TABLE. 6 CHAPTER I: LITERATURE REVIEW. Trifluoromethylation of boronic acid: .2 Metal-organic frameworks (MOFs).

17 CHAPTER II: EXPERIMENTAL .1 Synthesis and characterization of the metal-organic frame work Cu(INA)2:. Materials and instrument:. Synthesis of MOF Cu(INA)2:. Materials and instrumentation:.

GC yield determination:. Isolated yield determination:. 26 1 Introduction of trifluoromethyl group into boronic acid and its derivatives using MOF Cu(INA)2 2017 2. 27 CHAPTER 3 : RESULTS AND DISCUSSIONS .1 Cu-MOF synthesis.

Characterization of Cu(INA)2: .2 Trifluormethylation of boronic acids. Effect of catalyst loading on the reaction yield. Effect of different fluoride anion to the reaction yield. Effect of temperature on the reaction yield.

Effect of TMSCF3 ratio on the reaction yield. Effect of 1,10-phenanthroline amount on the reaction yield. Effect of different solvent on the reaction yield. Effect of different copper-based catalysts on the reaction yield.

The recyclability of Cu(INA)2 .10 Substrate scope for trifluormethylation of boronic acid. 53 2 Introduction of trifluoromethyl group into boronic acid and its derivatives using MOF Cu(INA)2 2017 LIST OF FIGURE Figure 1. 1 Natural occurring fluoro-organic compounds. Several active ingredients containing trifluormethyl group10.

3 View of the crystal structure of Cu(INA)2. Synthesized procedure of MOF Cu(INA)2 ………………………………. 2 General procedure for the trifluormethylation of 4-methoxyphenyl boronic acid. 3 Calibration curve of 4-trifluormethyl anisole.

1 Powder X-ray diffraction patterns of the synthesized Cu(INA)2 (a) and the calculated pattern (b) ……………………………………………………………. 2 FT–IR spectra of the Cu(INA)2. 3 SEM micrograph of the Cu(INA)2. 4 TGA curve of the Cu(INA)2.

5 Effect of catalyst loading on reaction yield. 6 Effect of different fluoride anion to the reaction yield. 7 Effect of temperature on the reaction yield. 8 Effect of TMSCF3 amount on reaction yield.

9 Effect of 1,10-phenanthroline amount on the reaction yield. 10 Effect of different copper-based catalysts on the reaction yield. 12 Catalyst recycle studies.13 X-ray powder diffractograms of the fresh (a) and reused (b) [Cu(INA)2] catalyst. 41 3 Introduction of trifluoromethyl group into boronic acid and its derivatives using MOF Cu(INA)2 2017 LIST OF SCHEME Scheme 1.

Copper-mediated perfluoroalkylation of aromatic compounds. 2 Copper-mediated radical trifluoromethylation of boronic acids. 3 Ruthenium(II) and copper-catalyzed radical trifluoromethylation of boronic acids. Copper-catalyzed electrophilic trifluoromethylation of boronic acids.

Copper-catalyzed oxidative trifluormethylation of boronic acids. Copper-mediated oxidative trifluoromethylation of boronic acids. 7 Copper-promoted oxidative trifluoromethylation of alkyl boronic acids. Fluoroform-derivated CuCF3 for trifluoromethylation of boronic acids.

9 Cu(INA)2 as an efficient heterogeneous catalyst for the ligand-free N- arylation of heteroarenes. 10 Trifluoromethylation of boronic acids over Cu-MOF .1 Copper-mediated trifluoromethylation of 4-phenoxyphenyl boronic acid ………………………………………………………………………………….2 Proposed mechanism for the copper-mediated oxidative trifluoromethylation of boronic acids 32 4 Introduction of trifluoromethyl group into boronic acid and its derivatives using MOF Cu(INA)2 2017 LIST OF TABLE Table 1. 1 List of chemicals for MOF synthesis. 1 List of chemicals for trifluormethylation of boronic acids 21 Table 2.

2 Dilution preparation for 4-trifluormethyl anisole. 3 Calibration curve preparation for 4-trifluormethyl anisole. 1 Effect of different solvent on the reaction yield ………………………36 Table 3. 2 Reaction scope of coupling components.

42 5 Introduction of trifluoromethyl group into boronic acid and its derivatives using MOF Cu(INA)2 2017 ABSTRACT Herein, we describe the first heterogeneous and catalytic protocol for nucleophilic trifluormethylation of aryl boronic acids. In particular, a crystalline porous metal organic framework copper isonicotinate Cu(INA)2 [INA = 1,4-(NC5H4CO2)] exhibit exceptional catalytic activity toward the trifluormethylation of boronic acids. The optimal condition involves the use of Cu(INA)2 catalyst (30% mol), nucleophilic trifluormethyltrimethylsilane (TMSCF3) and CsF reagent in 1,2-dichloroethane (DCE) solvent at room temperature in 2 h. Oxygen was employed as oxidant.

Leaching tests confirmed the heterogeneity of Cu(INA)2 during reaction. In addition, Cu(INA)2 was showed to be recovered and reused several times without a significant degradation in catalytic catalyst activities, almost similar reaction yield was still obtained at 6 th run. 6 Introduction of trifluoromethyl group into boronic acid and its derivatives using MOF Cu(INA)2 2017 Tóm Tắt Luận Văn Trong phần luận văn này, chúng tôi trình bày về phản ứng trifluormethyl hóa các hợp chất hữu cơ axit boronic, lần đầu tiên sử dụng xúc tác dị thể và tác nhân fluor hóa ái nhân. Cụ thể, phản ứng được thúc đẩy bởi xúc tác MOF đồng isonicotinate Cu(INA)2 [INA = 1,4-(NC5H4CO2)].

Điều kiện phản ứng tối ưu thu được khi sử dụng 30% mol xúc tác MOF Cu(INA)2 cùng với tác nhân fluor hóa ái nhân trifluormethyltrimethylsilane (TMSCF3), và CsF trong dung môi khan 1,2-dichloroethane (DCE) tại nhiệt độ phòng trong thời gian 2h. Khí oxi được sử dụng làm tác nhân oxi hóa. Đồng thời, vai trò của xúc tác dị thể của MOF Cu(INA)2 được khẳng định bằng thí nghiệm kiểm tra leaching. Thêm vào đó, xúc tác MOF Cu(INA)2 có thể được thu hồi và tái sử dụng nhiều lần mà hiệu suất phản ứng không bị giảm đáng kể với lần thí nghiệm thứ 6.

7 Introduction of trifluoromethyl group into boronic acid and its derivatives using MOF Cu(INA)2 2017 CHAPTER I: LITERATURE REVIEW 1.1 Trifluoromethylation Fluorination chemistry has been an attractive field for many scientists due to its widespread applications in pharmaceuticals,1 agrochemicals,2 materials,3 and radiotracers for positron emission tomography (PET).4 It has been reported that 20% of pharmaceuticals and up to 30% of agrochemicals on the market are fluorine-containing compounds,1a which indicates the vital role of these compounds in numerous areas. In pharmaceutical research, introducing fluorine atom(s) into an organic compound can change its physical, distribution, metabolism and excretion properties1a while remaining the molecular size due to the similar atomic radius of fluorine to hydrogen atom. Despite fluorine is the 13th most abundant element found in the earth’s crust, the amount of natural fluorinated compounds known is very low (Figure 1.5 Therefore, there is a large interest in methodology to introduce selectively fluorine and fluorine-containing groups into organic compounds for improvements of biological activities. 1 Natural occurring fluoro-organic compounds The first metal-mediated direct perfluoroalkyllation was invented by McLoughlin and Thrower in 1965.

They successfully introduced perfluoroalkyl group into the 8 Introduction of trifluoromethyl group into boronic acid and its derivatives using MOF Cu(INA)2 2017 predetermined position of aromatic compounds bearing a wide variety of substituent (carboxy, nitro, amino, hydroxyl, etc.) with the presence of copper under 110-130 oC (Scheme 1. It was also clearly demonstrated that the copper perfluoroalkyl Cu-Rf was formed as a mediated species, which then reacted with aryl halide to produce the desired product.6 However, it was not until 1986 that the copper perfluoroalkyl comple x was first identified via spectroscopic studies. Copper-mediated perfluoroalkylation of aromatic compounds. Since 1960’s, further developments have been continuously reported, regarding the use of various transition-metal-based catalysts.8 Among that, copper-mediated trifluoromethylation has been studied most extensively because of the high efficiency and low cost of copper8.

Trifluoromethylation of boronic acid: One of the most important classes of fluorinated substances consists of compounds bearing a trifluormethyl group. The effects of trifluormethyl introduction into molecules are similar to that of fluorine, including enhancing chemical and metabolism stability, lipophilicity and binding selectivity of initial compounds.9 Hence, such these compounds are used widely as active ingredients in drugs as well as agrochemicals, some examples of them are shown in Figure 1. 9 Introduction of trifluoromethyl group into boronic acid and its derivatives using MOF Cu(INA)2 2017 Figure 1. Several active ingredients containing trifluormethyl group10.

Looking for new methods to introduce trifluormethyl group into organic molecules is also an attractive field owing to their important applications in many areas.10 Molecules bearing a trifluormethylation group represent one of the most important classes of selectively fluorinated compound. 11 In 2012, Standford and co-workers reported the copper-mediated radical trifluoromethylation of aryl boronic acids with the radical reagent sodium trifluoromethanesulfinate NaSO2CF3, in conjunction with tert-butyl hydroperoxide, proceeding under ambient conditions at room temperature (Scheme 1.12 Herein, trifluoromethyl radical could be generated from the radical reagent to participate in the reaction as a reactive species.13 One limitation of this method is the use of stoichiometric amounts of copper salt. 2 Copper-mediated radical trifluoromethylation of boronic acids 10 Introduction of trifluoromethyl group into boronic acid and its derivatives using MOF Cu(INA)2 2017 The merger of photoredox catalyst ruthenium(II) and copper catalysis was also described by Sanford et al.