高价碘化合物在现代有机化学领域具有非常重要的地位，并已成为有机合成中必不可少的工具。为了制备高价硫化合物，Carsten Bolm课题组在前期研究中引入了含有亚磺酰亚胺基的三价碘试剂1和2（Figure 1），并证明它们可以将炔、硫醇、烯烃和苄基底物进行亚磺酰亚胺化。为了拓展这项研究，课题组想探究类似的含氟三价碘试剂3（Figure 1）是否具有同样的反应性。由于3活化之后最终生成的产物可能同时具有亚磺酰亚胺基和氟，而这两种基团在药物和农药中都非常重要，因此实现这一想法很有吸引力。

近日，德国亚琛工业大学Carsten Bolm课题组利用二氟碘芳烃和亚砜亚胺原位生成三价碘试剂3，然后通过3在光催化下实现了苯乙烯的亚磺酰亚胺化和氟化。该成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上（DOI: 10.1002/anie.202005844）。

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

二氟碘芳烃4是制备含氟化合物3最靠谱的原料。在最初的研究中，作者将二氟碘甲苯4a和亚砜亚胺5a在二氯甲烷中反应20 min，便通过¹H-NMR和¹⁹F-NMR发现了新的含氟物种（Scheme 1）。然后作者蒸发溶剂得到油状物质，其对色谱条件敏感。ESI-MS分析显示m/z 357.97513处的信号对应于[3a-F^–]的成分。但是，3a的分离失败了。于是，作者设想在原位反应的条件下以3a来实现烯烃的亚磺酰亚胺化和氟化，从而生成产物7。虽然前人也有报道类似的胺化氟化反应，但是那些反应体系往往需要金属催化剂或者外部的氟源。

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

接下来，作者对反应条件进行了研究。首先，以DCM作为溶剂，4a和5a在密闭管中氩气氛围下于环境温度下搅拌20分钟，制备得到3a。然后，将烯烃6a和光催化剂Ru(bpy)₃(PF₆)₂（1 mol％）依次添加到反应液中。用蓝色LED（24 W）照射12小时，然后分离得到7aa，产率83％（Scheme 2）。作者筛选其他光敏剂代替Ru(bpy)₃(PF₆)₂，但效率均较低。加入CsF、AgF或CuF₂后，7aa的生成量下降。没有LED照射的情况下，7aa的产率显著降低。

在最佳条件下，作者探索了该反应的底物适用范围（Scheme 2）。首先，各种亚砜亚胺5、二氟碘甲苯4a和苯乙烯6a反应，卤素、烷基、烷氧基、乙酰氧基和硝基都是可以耐受的。在S-芳基S-甲基亚砜亚胺中（5a–p），芳烃上含给电子和吸电子取代基的底物均反应良好，富电子底物（7ea和7fa）的反应结果略好于缺电子底物（7ga–ia）。芳烃上邻、间、对位被取代的亚砜亚胺均能顺利反应，其中对位取代底物的反应活性最高。此外，含萘基、二芳基以及杂芳基的亚砜亚胺也能以良好的收率得到相应的亚磺酰亚胺产物（7pa–ta）。

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

接下来，作者以亚砜亚胺5f，二氟碘甲苯4a原位形成三价碘试剂考察了烯烃的适用范围。作者首先研究了具有单取代芳基的1-苯乙烯（6b–r）的适用性，结果显示这类底物能以良好至优异的产率转化为目标产物。1-萘基和均三甲基苯乙烯（6s和6t）分别以86％和50％的产率生成相应的产物（7fs和7ft）。1,1-二取代的苯乙烯（6u和6v）也以较高的产率得到对应的产物（7fu和7fv）。二氢萘（6w）同样反应良好。上述结果表明，1,2-二取代的苯乙烯衍生物可以选择性地反应。

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

为了阐明该反应的途径，作者在标准条件及变化条件下进行了多个实验，并提出了可能的反应机理（Scheme 4）。首先，可见光下激发态Ru(bpy)₃(PF6)₂（PC*）通过单电子转移（SET）致使原位生成的三价碘试剂3a的N-I键断裂，形成了以N为中心的亚磺酰亚胺自由基A、氟阴离子、对甲苯碘化物和氧化态的光催化剂（PC⁺）。随后，A加成到6a的双键中生成自由基B。苄基的稳定作用对于整个反应过程至关重要，并且也是反应获得高区域选择性的基础。PC⁺通过电子转移将自由基B氧化生成苄基阳离子C，并再生基态光催化剂PC，完成催化循环。最后，阳离子C与氟阴离子反应生成产物7aa。

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

小结：作者开发了一种新的原位形成的三价碘试剂，通过单步操作在光催化下实现了苯乙烯的氟化和亚磺酰亚胺化。该方法显示出良好的官能团耐受性和区域选择性。机理研究表明该反应是一个自由基反应。