2,3,4,5,6-五氟苯甲酰氯(Pentafluorobenzoyl chloride)作為含氟芳香族?;噭蚱鋸娢娮有院酮毺氐目臻g效應,在酰胺類分子中引入可顯著改變酰胺鍵的構(gòu)象偏好與動力學性質(zhì)。

圖一 2,3,4,5,6-五氟苯甲酰氯
苯甲酰胺衍生物反應
五氟苯甲酰氯與N-甲基苯胺、對甲氧基苯胺等芳胺類化合物在吡啶催化下發(fā)生酰化反應,于二氯甲烷中室溫反應16–20小時,經(jīng)柱層析純化和重結(jié)晶后,獲得系列五氟苯甲酰基苯甲酰胺衍生物。反應式如下:

圖二 2,3,4,5,6-五氟苯甲酰氯制備苯甲酰胺衍生物化學式
其中,Ar代表不同取代的苯基(如4-二甲氨基苯基、4 - 硝基苯基等)。2,3,4,5,6-五氟苯甲酰氯在CD2Cl2中存在cis和trans兩種構(gòu)象,NH型酰胺偏于trans構(gòu)象,酰胺鍵長(1.342–1.348 ?)短于未氟化類似物,反映五氟苯甲?;鰪娏缩0锋I的雙鍵特征。
對酰胺構(gòu)象的調(diào)控機制
電子效應與構(gòu)象偏好
2,3,4,5,6-五氟苯甲酰氯中的五氟苯甲?;膹娢娮犹匦裕℉ammett常數(shù)σP約為0.23)通過共軛效應降低羰基碳的電子密度,削弱其與芳環(huán)的靜電排斥作用。取代基的Hammett常數(shù)σP與順反構(gòu)象自由能差(ΔG°)呈現(xiàn)線性關(guān)系(R2=0.946),電子給體取代基使cis構(gòu)象更穩(wěn)定,而電子受體則促進trans構(gòu)象。這種規(guī)律與未氟化的N-甲基乙酰胺體系相比,斜率更小(0.49 vs. 0.81),歸因于五氟苯甲?;鶎︳驶娮用芏鹊暮纳⒆饔?。
酸誘導構(gòu)象切換
五氟苯甲?;拇嬖谠鰪娏?,3,4,5,6-五氟苯甲酰氯酸響應性。加入三氟乙酸(TFA-d)后,氨基質(zhì)子化形成銨鹽,其強吸電子性促使構(gòu)象從熱力學穩(wěn)定的 E 型(cis)切換至 Z 型(trans),ΔG° 變化達 1.43 kcal/mol,且該過程可通過吡啶中和逆轉(zhuǎn)。X 射線晶體學證實,質(zhì)子化狀態(tài)下的6tfa采取Z型構(gòu)象,而中性晶體為E型,體現(xiàn)了五氟苯甲?;鶎λ釅A響應的放大效應。
應用
分子開關(guān)的設計
基于2,3,4,5,6-五氟苯甲酰氯的構(gòu)象調(diào)控機制,設計了N,N-二芳基苯甲酰胺類分子開關(guān)。其中,化合物 6 在中性條件下以 E 型為主(79%),酸處理后轉(zhuǎn)換為 Z 型(85%),且因高旋轉(zhuǎn)能壘(18.3 kcal/mol)可在非平衡態(tài)下保持構(gòu)象,為動態(tài)分子器件提供了響應單元[1]。
參考文獻
[1]Ryu Y ,Misuzu H ,Rino N , et al.Conformational Switch of Benzanilide Derivative Induced by Acid; Effect of Pentafluorobenzoyl Group.[J].The Journal of organic chemistry,2022,87(13):