综述：基于N-F基团的试剂在有机硫化合物合成中的应用

《Asian Journal of Organic Chemistry》：Applications of N─F─Based Reagents in the Synthesis of Organochalcogen Compounds

本研究系统综述了2016年以来基于N-F试剂（如Selectfluor、NFSI和1-氟吡啶甲酸酯）的含硫/硒化合物合成策略，涵盖有机硫/硒化合物的环化、C-H/π键直接官能化及催化反应，强调其在药物、材料和电子器件中的应用潜力，并探讨可持续合成的发展方向。

　　近年来，随着社会经济的快速发展和对可持续化学的日益关注，研究者们在有机合成领域不断探索新的策略，以减少对环境的影响并提高反应的效率。本文综述了自2016年以来，通过使用N─F试剂作为氧化剂生成含硫、硒等元素的电荷活性或自由基物种的合成方法，重点介绍了这些策略在构建含硫/硒化合物方面的应用，以及其在开发具有复杂结构的分子中的潜力。N─F试剂因其温和的反应条件和环保特性，成为构建含硫/硒化合物的重要工具。本文还探讨了这些方法在药物合成、金属催化配体设计、功能有机半导体材料开发等领域的应用，并指出了当前研究中存在的挑战和未来的发展方向。

### 1. 合成策略的多样性

N─F试剂在合成中扮演着重要角色，尤其是在构建含硫/硒化合物方面。这些试剂可以促进多种类型的反应，包括电荷活性物种的生成、自由基反应以及与不同含硫/硒前体的结合。例如，Selectfluor作为一种常用的电荷活性氟试剂，能够有效地氧化二烷基二硫化物和二硒化物，生成相应的电荷活性物种。NFSI（N─氟苯磺酰亚胺）同样被广泛用于氧化反应，其在某些反应中表现出比Selectfluor更低的反应活性，但能够提供更高的反应控制，从而减少副产物的生成。相比之下，1-氟吡啶??三氟甲磺酸盐虽然早在20世纪初就被报道，但其在含硫/硒化合物合成中的应用研究仍相对较少。

这些试剂不仅能够促进氧化反应，还可以作为自由基反应的催化剂。例如，通过可见光驱动的EDA（电子供体-受体）活化或电催化方法，可以进一步提升反应的效率和可持续性。在这些方法中，N─F试剂的反应活性和选择性得到了充分的利用，使得在温和条件下合成含硫/硒化合物成为可能。此外，这些策略还适用于多种类型的分子，包括杂环化合物、芳香化合物以及脂肪族化合物，从而扩展了其在有机化学中的应用范围。

### 2. Selectfluor在含硫/硒化合物合成中的应用

Selectfluor作为一种高效且多功能的氧化试剂，在多种含硫/硒化合物的合成中表现出色。例如，在2017年，Liu、Chen及其合作者利用Selectfluor实现了脂肪族羧酸的三氟甲基硫化反应。该方法在氩气保护下，使用银(I)三氟甲基硫醇盐作为硫源，并在MeCN溶剂中进行反应，最终获得了20多个目标产物，其产率在43%至84%之间。这一方法的优点在于其高效性和选择性，但同时也存在一定的局限性，例如仅适用于脂肪族羧酸，且对于较大的底物和敏感官能团的容忍度较低。

在2019年，Laali及其团队报道了Selectfluor在吲哚和咔唑的直接硫氰化反应中的应用。他们使用了NFSI作为硫氰酸盐源，并在MeCN溶剂中，在室温下进行了2小时的反应。该方法成功合成了22个硫氰酸盐和硒氰酸盐的衍生物，产率高达96%。然而，这种方法的适用范围有限，仅适用于某些特定的杂环化合物，且缺乏对反应机理的深入研究。

此外，Selectfluor还被用于合成一系列含硒的化合物，如在2020年，Zhao、Xu及其合作者开发了一种金属自由的合成方法，用于制备咪唑并噻唑类化合物。该方法在120°C的温度下进行，使用了甲烷磺酸和乙酸酐作为辅助试剂，最终获得了28个目标产物，产率在53%至95%之间。虽然该方法具有温和的反应条件和良好的底物兼容性，但其在某些情况下对含硒化合物的合成效率较低。

在2021年，Song及其团队开发了一种基于Selectfluor的合成方法，用于制备多种功能化的异硫唑酮衍生物。该方法通过使用不同的丙烯酰胺二硫代乙酸酯作为前体，并在MeCN溶剂中进行反应，成功合成了30多个目标产物，产率在95%左右。然而，这种方法对某些类型的硫醇前体存在一定的局限性，且对某些官能团的容忍度较低。

2022年，Yuan及其团队利用Selectfluor促进了含硫/硒的氮杂环氧化反应，成功合成了多种含硒的氮杂环化合物。该方法在40°C的温和条件下进行，且无需金属催化剂，表现出良好的底物兼容性和高产率。然而，某些电子富集或富集的二硒化物在反应中表现出较低的效率，这限制了该方法的广泛适用性。

2023年，Barancelli和Schumacher团队报道了一种基于Selectfluor的合成方法，用于制备含硫/硒的4H-色烯酮衍生物。该方法在MeCN溶剂中进行，并且能够合成26个硫基和硒基的化合物，产率高达90%。然而，该方法对某些类型的二硫化物或二硒化物的反应性较差，限制了其在某些底物上的应用。

### 3. NFSI在含硫/硒化合物合成中的应用

NFSI作为一种温和且高效的氧化试剂，在含硫/硒化合物的合成中同样发挥了重要作用。2016年，Zhang及其团队利用NFSI实现了多种含硫/硒化合物的合成，包括硫代酰胺和硒代酰胺。该方法通过氧化二烷基二硫化物和二硒化物，生成相应的电荷活性物种，并与不同的底物发生反应，最终获得了42个含硒化合物，产率高达99%。此外，该方法还能够选择性地合成硫代化合物，表明NFSI在不同的反应条件下具有较高的灵活性。

在2017年，Chi及其团队报道了NFSI在硫代化合物合成中的应用，包括硫代酰胺和硫代烷基化反应。他们使用NFSI作为氧化剂和氮源，成功合成了多个含硫/硒化合物，其反应条件温和且高效。然而，该方法在某些情况下需要使用毒性较高的溶剂，如二氯甲烷，这与绿色化学的理念相悖。

2021年，Wang及其团队开发了一种基于NFSI的合成方法，用于制备不对称二硫化物。该方法利用NFSI作为辅助试剂，通过氧化甲基硫醚并使其发生断裂，生成相应的二硫化物。该方法在MeCN溶剂中进行，并且能够获得21个不对称二硫化物，产率在50%至80%之间。此外，该方法还能够使用NBS作为卤素源，合成多种功能化的产物，但其在某些情况下对含硫/硒化合物的合成效率较低。

2022年，Li及其团队利用NFSI实现了含硫/硒化合物的合成，特别是在不对称二硫化物的制备中表现出色。他们通过NFSI与二烷基二硫化物的反应，生成了多种含硫/硒化合物，其反应条件温和且高效。然而，该方法对某些类型的底物存在一定的局限性，如对某些电子富集或富集的化合物反应性较低。

2023年，Yang及其团队利用NFSI实现了含硫/硒化合物的合成，特别是在不对称二硫化物的制备中表现出色。他们通过NFSI与二烷基二硫化物的反应，生成了多种含硫/硒化合物，其反应条件温和且高效。然而，该方法对某些类型的底物存在一定的局限性，如对某些电子富集或富集的化合物反应性较低。

### 4. 1-氟吡啶??三氟甲磺酸盐在含硫/硒化合物合成中的应用

1-氟吡啶??三氟甲磺酸盐作为一种新型的氧化试剂，近年来在含硫/硒化合物的合成中也得到了广泛的应用。例如，在2019年，Alcaide及其团队利用该试剂实现了含硒化合物的合成，特别是在α-硒代烯醛和α-硒代烯酮的制备中表现出色。该方法通过氧化二烷基二硒化物，生成相应的电荷活性物种，并与不同的底物发生反应，最终获得了多种目标产物。然而，该方法在某些情况下需要使用特定的溶剂，如乙腈和四氢呋喃的混合物，这限制了其在某些底物上的应用。

此外，1-氟吡啶??三氟甲磺酸盐还被用于合成其他类型的含硫/硒化合物，如硫代化合物和硒代化合物。这些方法通常在温和的条件下进行，且能够获得较高的产率。然而，某些类型的底物可能对这种试剂的反应性较低，导致产率下降。

### 5. 未来发展方向与挑战

尽管上述方法在合成含硫/硒化合物方面取得了显著进展，但仍存在一些挑战。首先，许多方法仍然依赖于大量的N─F试剂作为氧化剂，这可能影响反应的原子经济性和可持续性。其次，某些方法对特定类型的底物表现出较低的反应活性，限制了其在更广泛范围内的应用。此外，部分反应仍需使用非绿色的溶剂，这与当前对环境友好型合成方法的需求相冲突。

未来的研究方向可能包括开发更高效的催化方法，以减少对大量氧化剂的依赖。例如，通过可见光驱动的EDA活化或电催化策略，可以实现氧化剂的原位再生，从而提高反应的效率和可持续性。此外，探索新的反应路径，如自由基反应，可能有助于发现新的反应活性和应用可能性。同时，对于工业应用而言，需要进一步研究反应的可扩展性，特别是通过连续流动反应技术，以提高反应的安全性和环保性。

总之，N─F试剂在合成含硫/硒化合物方面展现出巨大的潜力，但仍需进一步优化反应条件，提高反应的效率和选择性，并探索更广泛的底物适用范围。这些研究不仅有助于推动有机化学的发展，也为合成复杂分子提供了新的思路和方法。