Angew. Chem. ：基于压电材料的机械力氧化还原法制备芳基氟化物

Balz-Schiemann反应，即在加热或光照时分解放出BF₃和N₂同时生成芳香氟化物，自1927年发现以来是生产芳基氟化物广泛使用的方法之一。但存在温度高（>100 °C）、底物范围窄、使用有毒溶剂等不足，且在高温下释放出BF₃和N₂气体使该反应存在一定的安全隐患。自此以来，科学家们一直致力于发展温和的Balz-Schiemann反应变体。通过单电子转移（SET）过程将芳基重氮盐转化为芳基自由基中间体，接着进行氟原子捕获生成芳基氟化物，有望降低反应的活化，在温和的条件下实现芳基重氮盐的氟化。而在传统的溶液反应中，往往存在大量自由基捕获氢原子的副产物，所以在溶液中通过芳基自由基中间体实现重氮盐的氟化是一挑战性难题。

近几年来，机械化学作为一种高效、绿色的固体合成手段，被国际理论（化学）与应用化学联合会列为将改变我们世界的10项化学创新之一，取得了飞速的发展。近日，基于压电材料的机械力氧化还原合成策略进一步促进了机械化学的发展。在前期研究的基础上，四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室/皮肤科练仲教授团队发展了一种机械化学下的芳基重氮盐氟化反应，该反应使用tet-BaTiO₃作为氧化还原催化剂，通过芳基自由基中间体，在温和的条件下实现了芳基重氮盐的氟化，Selectfluor在该反应中既提供氟源又充当还原剂。

在最优条件下，作者对该氟化反应的底物范围进行了考察，结果表明，该反应对于吸电子取代和给电子取代的芳基重氮盐都能在温和的反应条件下得到相应的氟化产物。例如：在最优条件下能以优异的收率得到1-氟蒽醌（2b），而通过传统的Balz-Schiemann方法获得该化合物需要300 °C的高温。进一步的研究证实，位阻在该机械化学氟化反应中所起的作用可以忽略不计。且在标准条件下，杂环取代的芳基氟化物、二氟化芳烃、大分子氟化物都能以中等至优异的产率得到目标产物。作者在没有tet-BaTiO₃的情况下（Method B）考察了所有底物的氟化情况，在该反应条件下，氟化产物要么不存在，要么产率很低，由此证明了压电材料在该反应下的重要性。

作者对该反应的机理进行了研究，氟源控制实验证明了氟来自Selectfluor；自由基捕捉实验证明了该反应经历了芳基自由基中间体过程；ZrO₂研磨罐和研磨球的控制实验证明了不锈钢材质里的金属在反应中不起作用，由此作者推测Selectfluor在反应中起到提供氟源和充当还原剂的双重作用。提出反应机理为：芳基重氮盐在tet-BaTiO₃作用下通过单电子转移过程产生芳基自由基（A），接着从Selectfluor捕获F·生成目标产物和自由基阳离子中间体（B），中间体B被氧化成亚胺离子中间体C，同时氧化态的tet-BaTiO₃被还原成中性，最后亚胺中间体被水解成中间体D。

在该工作中，练仲教授团队发展了基于压电材料的机械力氧化还原法制备芳基氟化物的方法。该方法克服了传统Balz-Schiemann反应的不足，在温和的条件下实现了芳基重氮盐的氟化，具有反应时间短、容易放大反应、无有毒的BF₃气体产生等优点。提供了一种温和、简便的合成芳基氟化物的方法。

论文信息

Mechanochemical Synthesis of Aryl Fluorides by Using Ball Milling and a Piezoelectric Material as the Redox Catalyst

Xiaohong Wang, Xuemei Zhang, Li Xue, Qingqing Wang, Fengzhi You, Lunzhi Dai, Jiagang Wu, Søren Kramerc and Zhong Lian

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202307054