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Knuplez T, Schneider LN, Preitschopf T, Bejaoui YKJ, Zapf L, Schopper N, Maibom KAM, Sprenger JAP, Gehrke F, Lorenzen S, Graf R, Bertermann R, Fischer I, Ignat'ev NV, Finze M. Synthesis of Partially Fluorinated Alkyl Triflates by Electrochemical Fluorination (Simons Process). Chemistry 2023; 29:e202302701. [PMID: 37615512 DOI: 10.1002/chem.202302701] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 08/22/2023] [Revised: 08/24/2023] [Accepted: 08/24/2023] [Indexed: 08/25/2023]
Abstract
A scalable straightforward synthesis of monofluoro- and difluoromethyl triflate CF3 SO2 OCH2 F (MH2F ) and CF3 SO2 OCHF2 (MHF2 ) through electrochemical fluorination (ECF, Simons process) of methyl triflate MH3 in anhydrous hydrogen fluoride at nickel anodes is presented. The ECF method is also feasible for the preparation of the deuterated analogues CF3 SO2 OCD2 F (MD2F ) and CF3 SO2 OCDF2 (MD2F ). Surprisingly, no H/D exchange occurs during ECF of CF3 SO2 OCD3 (MD3 ); this provides further evidence for a NiF3 /NiF4 -mediated ECF mechanism. The ECF of selected partially fluorinated ethyl triflates is described, and electrochemical fluorination of CF3 SO2 OCH2 CF3 (EH2F3 ) leads to the until now unknown chiral CF3 SO2 OCHFCF3 (EHFF3 ). The analogous fluoromethyl and fluoroethyl nonaflates are also accessible by ECF. This study contains detailed spectroscopic, structural, and thermal data on (fluoro)methyl and fluoro(ethyl) triflates.
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Affiliation(s)
- Tanja Knuplez
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximimilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Leon N Schneider
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximimilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Tobias Preitschopf
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximimilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Younes K J Bejaoui
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximimilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Ludwig Zapf
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximimilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Nils Schopper
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximimilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Kristina A M Maibom
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximimilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Jan A P Sprenger
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximimilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Franziska Gehrke
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximimilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Sabine Lorenzen
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximimilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Roland Graf
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximimilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Rüdiger Bertermann
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximimilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Ingo Fischer
- Institut für Physikalische Chemie, Julius-Maximimilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Nikolai V Ignat'ev
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximimilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
- Consultant, Merck Life Science KGaA, 64293, Darmstadt, Germany
| | - Maik Finze
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximimilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
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Bejaoui YKJ, Philippi F, Stammler HG, Radacki K, Zapf L, Schopper N, Goloviznina K, Maibom KAM, Graf R, Sprenger JAP, Bertermann R, Braunschweig H, Welton T, Ignat'ev NV, Finze M. Insights into structure-property relationships in ionic liquids using cyclic perfluoroalkylsulfonylimides. Chem Sci 2023; 14:2200-2214. [PMID: 36845914 PMCID: PMC9945419 DOI: 10.1039/d2sc06758g] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/07/2022] [Accepted: 01/27/2023] [Indexed: 01/31/2023] Open
Abstract
Room temperature ionic liquids of cyclic sulfonimide anions ncPFSI (ring size: n = 4-6) with the cations [EMIm]+ (1-ethyl-3-methylimidazolium), [BMIm]+ (1-butyl-3-methylimidazolium) and [BMPL]+ (BMPL = 1-butyl-1-methylpyrrolidinium) have been synthesized. Their solid-state structures have been elucidated by single-crystal X-ray diffraction and their physicochemical properties (thermal behaviour and stability, dynamic viscosity and specific conductivity) have been assessed. In addition, the ion diffusion was studied by pulsed field gradient stimulated echo (PFGSTE) NMR spectroscopy. The decisive influence of the ring size of the cyclic sulfonimide anions on the physicochemical properties of the ILs has been revealed. All ILs show different properties compared to those of the non-cyclic TFSI anion. While these differences are especially distinct for ILs with the very rigid 6cPFSI anion, the 5-membered ring anion 5cPFSI was found to result in ILs with relatively similar properties. The difference between the properties of the TFSI anion and the cyclic sulfonimide anions has been rationalized by the rigidity (conformational lock) of the cyclic sulfonimide anions. The comparison of selected IL properties was augmented by MD simulations. These highlight the importance of π+-π+ interactions between pairs of [EMIm]+ cations in the liquid phase. The π+-π+ interactions are evident for the solid state from the molecular structures of the [EMIm]+-ILs with the three cyclic imide anions determined by single-crystal X-ray diffraction.
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Affiliation(s)
- Younes K. J. Bejaoui
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für Nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB)Am Hubland97074 WürzburgGermany
| | - Frederik Philippi
- Imperial College London, Department of Chemistry, Molecular Sciences Research HubWhite City CampusLondon W12 0BZUK
| | - Hans-Georg Stammler
- Universität Bielefeld, Fakultät für Chemie, Lehrstuhl für Anorganische Chemie und Strukturchemie (ACS), Centre for Molecular Materials (CM2)Universitätsstr. 25D-33615 BielefeldGermany
| | - Krzysztof Radacki
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für Nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Ludwig Zapf
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für Nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Nils Schopper
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für Nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Kateryna Goloviznina
- Sorbonne Université, CNRS, Physicochimie des Électrolytes et Nanosystèmes InterfaciauxF-75005 ParisFrance
| | - Kristina A. M. Maibom
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für Nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB)Am Hubland97074 WürzburgGermany
| | - Roland Graf
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für Nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Jan A. P. Sprenger
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für Nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB)Am Hubland97074 WürzburgGermany
| | - Rüdiger Bertermann
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für Nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Holger Braunschweig
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für Nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Tom Welton
- Imperial College London, Department of Chemistry, Molecular Sciences Research HubWhite City CampusLondon W12 0BZUK
| | - Nikolai V. Ignat'ev
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für Nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB)Am Hubland97074 WürzburgGermany,Consultant, Merck KGaA64293 DarmstadtGermany
| | - Maik Finze
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für Nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Am Hubland 97074 Würzburg Germany
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Schneider LN, Tanzer Krauel EM, Deutsch C, Urbahns K, Bischof T, Maibom KAM, Landmann J, Keppner F, Kerpen C, Hailmann M, Zapf L, Knuplez T, Bertermann R, Ignat'ev NV, Finze M. Stable and Storable N(CF 3 ) 2 Transfer Reagents. Chemistry 2021; 27:10973-10978. [PMID: 33978273 PMCID: PMC8361714 DOI: 10.1002/chem.202101436] [Citation(s) in RCA: 2] [Impact Index Per Article: 0.7] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 04/22/2021] [Indexed: 11/11/2022]
Abstract
Fluorinated groups are essential for drug design, agrochemicals, and materials science. The bis(trifluoromethyl)amino group is an example of a stable group that has a high potential. While the number of molecules containing perfluoroalkyl, perfluoroalkoxy, and other fluorinated groups is steadily increasing, examples with the N(CF3 )2 group are rare. One reason is that transfer reagents are scarce and metal-based storable reagents are unknown. Herein, a set of CuI and AgI bis(trifluoromethyl)amido complexes stabilized by N- and P-donor ligands with unprecedented stability are presented. The complexes are stable solids that can even be manipulated in air for a short time. They are bis(trifluoromethyl)amination reagents as shown by nucleophilic substitution and Sandmeyer reactions. In addition to a series of benzylbis(trifluoromethyl)amines, 2-bis(trifluoromethyl)amino acetate was obtained, which, upon hydrolysis, gives the fluorinated amino acid N,N-bis(trifluoromethyl)glycine.
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Affiliation(s)
- Leon N Schneider
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Eva-Maria Tanzer Krauel
- Insitro Inc (previously employed by Merck KGaA, Darmstadt (Germany) where the research supporting this publication was conducted)., 279 E Grand Ave., South San Francisco, CA 94080, USA
| | - Carl Deutsch
- Merck Healthcare KGaA, Frankfurter Straße 250, 64293, Darmstadt, Germany
| | - Klaus Urbahns
- Merck Healthcare KGaA, Frankfurter Straße 250, 64293, Darmstadt, Germany
| | - Tobias Bischof
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Kristina A M Maibom
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Johannes Landmann
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Fabian Keppner
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Christoph Kerpen
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Michael Hailmann
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Ludwig Zapf
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Tanja Knuplez
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Rüdiger Bertermann
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Nikolai V Ignat'ev
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Maik Finze
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
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Niermeier P, Maibom KAM, Lamm JH, Neumann B, Stammler HG, Mitzel NW. Hydrogen-bond-induced selectivity of a head-to-head photo-dimerisation of dialkynylanthracene - access to tetradentate Lewis acids. Chem Sci 2021; 12:7943-7952. [PMID: 34257857 PMCID: PMC8230024 DOI: 10.1039/d1sc02065j] [Citation(s) in RCA: 7] [Impact Index Per Article: 2.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 04/13/2021] [Accepted: 05/06/2021] [Indexed: 11/21/2022] Open
Abstract
Using 2-hydroxypropyl-protecting groups, 1,8-dialkynylanthracene photo-dimers were prepared in head-to-head-configuration by UV irradiation on a multi-gram scale. In non-polar solvents, the combination of non-covalent hydrogen bonds and π-π-interactions induces the formation of the syn-isomer in up to 85% yield. Instead, more polar solvents or irradiation of unprotected 1,8-diethynylanthracene led to formation of the corresponding anti-isomer in large excess. Cleavage of the protecting groups under basic conditions affords a rigid hydrocarbon skeleton with four directional functions. This was used as a building block for a tetradentate boron Lewis acid. Its applicability as a host for Lewis-base substrates was demonstrated by the formation of adducts with various nitrogen bases. Adduct formation with hydrazine leads to impressive networks between the tetraboron host and the substrate molecules.
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Affiliation(s)
- Philipp Niermeier
- Universität Bielefeld, Fakultät für Chemie, Lehrstuhl für Anorganische Chemie und Strukturchemie (ACS), Centre for Molecular Materials (CM2) Universitätsstr. 25 D-33615 Bielefeld Germany https://www.uni-bielefeld.de/fakultaeten/chemie/ag/ac3-mitzel/
| | - Kristina A M Maibom
- Universität Bielefeld, Fakultät für Chemie, Lehrstuhl für Anorganische Chemie und Strukturchemie (ACS), Centre for Molecular Materials (CM2) Universitätsstr. 25 D-33615 Bielefeld Germany https://www.uni-bielefeld.de/fakultaeten/chemie/ag/ac3-mitzel/
| | - Jan-Hendrik Lamm
- Universität Bielefeld, Fakultät für Chemie, Lehrstuhl für Anorganische Chemie und Strukturchemie (ACS), Centre for Molecular Materials (CM2) Universitätsstr. 25 D-33615 Bielefeld Germany https://www.uni-bielefeld.de/fakultaeten/chemie/ag/ac3-mitzel/
| | - Beate Neumann
- Universität Bielefeld, Fakultät für Chemie, Lehrstuhl für Anorganische Chemie und Strukturchemie (ACS), Centre for Molecular Materials (CM2) Universitätsstr. 25 D-33615 Bielefeld Germany https://www.uni-bielefeld.de/fakultaeten/chemie/ag/ac3-mitzel/
| | - Hans-Georg Stammler
- Universität Bielefeld, Fakultät für Chemie, Lehrstuhl für Anorganische Chemie und Strukturchemie (ACS), Centre for Molecular Materials (CM2) Universitätsstr. 25 D-33615 Bielefeld Germany https://www.uni-bielefeld.de/fakultaeten/chemie/ag/ac3-mitzel/
| | - Norbert W Mitzel
- Universität Bielefeld, Fakultät für Chemie, Lehrstuhl für Anorganische Chemie und Strukturchemie (ACS), Centre for Molecular Materials (CM2) Universitätsstr. 25 D-33615 Bielefeld Germany https://www.uni-bielefeld.de/fakultaeten/chemie/ag/ac3-mitzel/
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