CN116444406B - 一种氧硫叶立德经由重排反应构建叔碳或季碳化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属催化的氧硫叶立德经由Doyle‑kirmes重排反应构建叔碳或季碳化合物的方法及应用。该方法采用更为安全的氧硫叶立德作为反应底物，在温和的条件下与烯丙基苯硫醚或烯丙基苯硒醚等化合物发生Doyle‑kirmes重排反应，用于构建连接烯丙基和杂原子的叔碳或季碳化合物。作为一种Doyle‑kirmes重排的反应，该方法克服了传统使用重氮化合物导致的实验危险、难以控制的缺点。在这个方法基础上，通过使用不同的烯丙基苯硫醚衍生物和烯丙基苯硒醚衍生物可以获得各种2.3‑单键转移重排产物。本方法原料易得，避免了危险的重氮化合物的使用，是一种温和、有效、绿色的制备[2,3]‑Sigma迁移重排产物的方法。
Description
技术领域
本发明属于有机合成化学技术领域，涉及一种金属催化的氧硫叶立德与烯丙基苯硫醚或烯丙基苯硒醚的Doyle-kirmes重排反应同时构建C-C键及C-杂键，合成[2,3]-Sigma迁移重排产物的绿色合成新方法。
背景技术
经典Doyle-kirmes重排通常使用重氮化合物作为反应的底物，重氮化合物作为一种最为经典的卡宾前体被广泛使用，但是因其易爆的劣势而增加了反应的危险性，其对环境造成的毒性也难以解决。这些劣势都在一定程度上限制了经典反应的广泛应用。使用硫叶立德作为卡宾前体替代重氮化合物在一定程度上解决了这些问题，硫叶立德在反应中产生DMSO而不像重氮化合物产生氮气，因此不会造成反应体系的压力剧烈升高，同时硫叶立德更持续、稳定的反应特性也可以让反应更为安全可控。但是硫叶立德的应用仍然需要过渡金属作为催化剂，增加了反应成本的同时也对环境造成了一定负担，这些问题仍需进一步探索。综上所述由于硫叶立德独特的反应模式使其拥有作为重氮化合物更安全可控替代品的能力。硫叶立德在这些特性被发现后，已经成功开发了其在过渡金属催化下在N-H、B-H、O-H键的插入反应、环丙烷化反应及其他反应中的初步应用，近年来得到了越来越多的关注。
发明内容
针对现存的Doyle-kirmes重排反应存在的各种问题，本发明的目的是为了提供一种安全、绿色、可控的硫叶立德的[2,3]-Sigma迁移重排反应用于同时构建C-C键及C-杂键的方法，与传统方法相比，该方法原料易得、条件温和，是一种温和、安全、对环境友好的替代方法，具有广阔的应用前景。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
以氧硫叶立德和烯丙基苯硫醚或烯丙基苯硒醚为起始原料，以二氯甲烷或1，2-二氯乙烷作为溶剂，在过渡金属的催化下，合成[2,3]-Sigma迁移重排反应的衍生物，其化学反应式如下所示：
其制备步骤如下：
(1)在洁净的反应器中依次加入氧硫叶立德化合物、烯丙基苯硫醚或烯丙基苯硒醚、催化剂和溶剂，放入80℃油浴；
(2)反应结束后，减压除去溶剂，残留物采用硅胶柱层析纯化即得产品。
步骤(1)中的催化剂为二聚醋酸铑、碘化亚铜中的一种或者一种以上。
步骤(1)中的氧硫叶立德化合物：烯丙基苯硫醚或烯丙基苯硒醚：催化剂的摩尔比为1:2:0.05。
或以氧硫叶立德和烯丙基苯硫醚或烯丙基苯硒醚为起始原料，以4A级分子筛或磷酸二氢钾为添加剂，以二氯甲烷或1，2-二氯乙烷作为溶剂，在过渡金属的催化下，合成[2,3]-Sigma迁移重排反应的衍生物，其化学反应式如下所示：
其制备步骤如下：
(1)在洁净的反应器中依次加入氧硫叶立德化合物、烯丙基苯硫醚或烯丙基苯硒醚、催化剂、添加剂和溶剂，放入60℃油浴；
(2)反应结束后，减压除去溶剂，残留物采用硅胶柱层析纯化即得产品。
步骤(1)中的催化剂为二氯(p-甲基异丙苯)钌(II)二聚体或其他。
步骤(1)中的添加剂为4A级分子筛或磷酸二氢钾中的一种或以上
步骤(1)中的氧硫叶立德化合物：烯丙基苯硫醚或烯丙基苯硒醚：催化剂：添加剂的摩尔比为1:2:0.1：2。
本发明采用以上技术方案，其具有以下优点：相比于传统合成方法需要预先活化底物、底物安全性差、反应较难控制、环境不友善等问题，本发明原料易得、反应绿色、安全、可控，是一种温和、廉价的通过2.3-单键转移重排反应同时构建C-C键及C-杂键的方法，具有广阔的应用前景。
核磁共振氢谱(1H NMR)、碳谱(13C NMR)以及高分辨质谱证实了合成的2.3-单键转移重排产物的结构。其中核磁共振图采用Varian INOVA-400型核磁共振仪测定，以四甲基硅烷(TMS)为内标(δ 0 ppm)，氘代氯仿为溶剂；高分辨质谱用Agilent 1946B质谱仪测定。
具体实施方法
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，有助于对本发明的理解。但并不能以此来限制本发明的权力范围，而本发明的权力范围应以权利要求书阐述的为准。
实施案例1：化合物1的合成
在洁净的反应器中依次加入α-苯基-β-乙氧羰基氧硫叶立德(24 mg,0.1 mmol)、烯丙基苯硫醚(30 mg,0.2 mmol)、二聚醋酸铑(2.2 mg,0.005 mmol)和二氯甲烷(2 ml)，置于80 ℃油浴中搅拌12 h。反应结束后，减压蒸去溶剂，残留物采用硅胶柱层析纯化即得无色透明液体29.1 mg，收率为93 %。Colorless wax.1H NMR(400 MHz, Chloroform-d) δ7.31 – 7.21 (m, 6H), 7.20 – 7.10 (m, 4H), 5.93 (ddt,J= 17.1, 10.3, 6.8 Hz,1H), 5.14 – 5.02 (m, 2H), 4.26 – 4.09 (m, 2H), 2.95 – 2.77 (m, 2H), 1.19 (t,J= 7.1 Hz, 3H).13C NMR(100 MHz, Chloroform-d) δ 171.80, 140.04, 136.79, 133.26,130.96, 129.12, 128.41, 128.00, 127.51, 127.41, 118.74, 64.33, 61.76, 40.58,14.01.HRMS (ESI) 计算值 C19H20O2S, [M+Na]+: 335.1076; 实测值： 335.1078。
实施案例2：化合物2的合成
在洁净的反应器中依次加入α-苯基-β-乙氧羰基氧硫叶立德(24 mg,0.1 mmol)、烯丙基苯硫醚(30 mg,0.2 mmol)、二聚醋酸铑(2.2 mg,0.005 mmol)和二氯甲烷(2 ml)，置于80 ℃油浴中搅拌12 h。反应结束后，减压蒸去溶剂，残留物采用硅胶柱层析纯化即得无色透明液体29.0 mg，收率为89 %。1H NMR(400 MHz, Chloroform-d) δ 7.31 – 7.22 (m,5H), 7.06 – 6.93 (m, 4H), 5.92 (ddt,J= 17.1, 10.2, 6.8 Hz, 1H), 5.13 – 5.01(m, 2H), 4.24 – 4.09 (m, 2H), 2.85 (qdt,J= 14.5, 6.3, 1.4 Hz, 2H), 2.29 (s,3H), 1.19 (t,J= 7.1 Hz, 3H).13C NMR(100 MHz, Chloroform-d) δ 171.88, 140.10,139.41, 136.85, 133.39, 129.27, 127.97, 127.54, 127.34, 127.26, 118.62,64.14, 61.69, 40.50, 21.23, 14.02.HRMS (ESI) 计算值 C20H22O2S, [M+Na]+:349.1233; 实测值: 349.1236。
实施案例3：化合物3的合成
在洁净的反应器中依次加入α-苯基-β-乙氧羰基氧硫叶立德(24 mg,0.1 mmol)、烯丙基苯硫醚(30 mg, 0.2 mmol)、二聚醋酸铑(2.2 mg,0.005 mmol)和二氯甲烷(2 ml)，置于80 ℃油浴中搅拌12 h。反应结束后，减压蒸去溶剂，残留物采用硅胶柱层析纯化即得无色透明液体33.5 mg，收率为96 %。.1H NMR(400 MHz, Chloroform-d) δ 7.18 (dq,J=7.3, 4.2, 3.3 Hz, 5H), 7.08 – 7.02 (m, 2H), 6.98 – 6.92 (m, 2H), 5.84 (ddt,J=17.0, 10.3, 6.8 Hz, 1H), 5.09 – 4.99 (m, 2H), 4.19 – 4.03 (m, 2H), 2.88 –2.69 (m, 2H), 1.12 (t,J= 7.1 Hz, 3H).13C NMR(100 MHz, Chloroform-d) δ 171.58,139.82, 137.95, 135.63, 132.97, 129.53, 128.60, 128.12, 127.58, 127.46,118.98, 64.60, 61.90, 40.40, 14.03.HRMS (ESI) 计算值 C19H19ClO2S, [M+Na]+:369.0686; 实测值: 369.0687。
实施案例4：化合物4的合成
在洁净的反应器中依次加入α-苯基-β-乙氧羰基氧硫叶立德(24 mg,0.1 mmol)、烯丙基苯硒醚(40 mg,0.2 mmol)、二聚醋酸铑(2.2 mg,0.005 mmol)和二氯甲烷(2 ml)，置于80 ℃油浴中搅拌12 h。反应结束后，减压蒸去溶剂，残留物采用硅胶柱层析纯化即得黄色透明液体34.7 mg，收率为85 %。.1H NMR(600 MHz, Chloroform-d) δ 7.29 (d,J= 8.1Hz, 2H), 7.21 (t,J= 7.8 Hz, 2H), 7.17 (d,J= 7.3 Hz, 1H), 6.84 (d,J= 8.5 Hz,1H), 6.75 (t,J= 8.2 Hz, 1H), 6.56 (d,J= 7.9 Hz, 1H), 5.99 (dd,J= 17.0, 9.1Hz, 1H), 5.04. (t,J= 13.5 Hz, 2H), 4.17 (dq,J= 17.0, 8.7 Hz, 2H), 3.83 (s,3H), 3.78 (s, 3H), 2.96 (ddd,J= 49.6, 14.4, 7.0 Hz, 2H), 1.19 (t,J= 7.6 Hz,3H).13C NMR(151 MHz, Chloroform-d) δ 172.53, 152.62, 150.78, 140.34, 134.49,130.26, 127.79, 127.74, 127.03, 123.88, 123.32, 118.25, 113.45, 61.71, 61.18,60.82, 55.84, 41.79, 13.98.HRMS (ESI) 计算值 C21H24O4Se, [M+Na]+: 443.0732; 实测值: 443.0730。
实施案例5：化合物5的合成
在洁净的反应器中依次加入α-苯基-β-乙氧羰基氧硫叶立德(24 mg,0.1 mmol)、烯丙基苯硫醚(30 mg,0.2 mmol)、二聚醋酸铑(2.2 mg,0.005 mmol)和二氯甲烷(2 ml)，置于80 ℃油浴中搅拌12 h。反应结束后，减压蒸去溶剂，残留物采用硅胶柱层析纯化即得无色透明液体26.4 mg，收率为76 %。1H NMR(400 MHz, Chloroform-d) δ 7.24 – 7.07 (m,9H), 5.82 (ddt,J= 17.1, 10.3, 6.8 Hz, 1H), 5.07 – 4.96 (m, 2H), 4.16 – 4.02(m, 2H), 2.83 – 2.69 (m, 2H), 1.11 (t,J= 7.1 Hz, 3H).13C NMR(100 MHz,Chloroform-d) δ 171.38, 138.64, 136.79, 133.26, 132.83, 130.59, 129.37,129.05, 128.59, 128.14, 119.13, 63.75, 61.94, 40.60, 14.01.HRMS (ESI) 计算值C19H19ClO2S, [M+Na]+: 369.0686; 实测值: 369.0684。
实施案例6：化合物6的合成
在洁净的反应器中依次加入α-苯基-β-乙氧羰基氧硫叶立德(24 mg,0.1 mmol)、烯丙基苯硒醚(40 mg,0.2 mmol)、碘化亚铜(1 mg,0.005 mmol)和1，2-二氯乙烷(2 ml)，置于80 ℃油浴中搅拌12 h。反应结束后，减压蒸去溶剂，残留物采用硅胶柱层析纯化即得黄色透明液体29.7 mg，收率为86 %。
Yield: 86% (29. 7 mg). Yellow wax.1H NMR(400 MHz, Chloroform-d) δ7.25 – 7.20 (m, 1H), 7.15 (d,J= 4.4 Hz, 7H), 7.09 (t,J= 7.6 Hz, 2H), 5.83(ddt,J= 17.0, 10.3, 6.8 Hz, 1H), 5.06 – 4.96 (m, 2H), 3.61 (s, 3H), 2.81 (qd,J= 14.5, 6.9 Hz, 2H).13C NMR(100 MHz, Chloroform-d) δ 172.92, 140.27, 137.96,133.97, 129.17, 128.55, 128.01, 127.60, 127.44, 127.31, 118.63, 60.51, 52.64,41.07.HRMS (ESI) 计算值C18H18O2Se, [M+Na]+: 369.0364; 实测值： 369.0365。
实施案例7：化合物7的合成
在洁净的反应器中依次加入α-羰基氧硫叶立德(19 mg,0.1 mmol)、烯丙基苯硫醚(30 mg,0.2 mmol)、二氯(p-甲基异丙苯)钌(II)二聚体(6 mg,0.01 mmol)、磷酸二氢钾(27mg,0.2 mmol)和二氯甲烷(2 ml)，置于60 ℃油浴中搅拌12 h。反应结束后，减压蒸去溶剂，残留物采用硅胶柱层析纯化即得黄色透明液体21.9 mg，收率为81 %。1H NMR(400 MHz,Chloroform-d) δ 7.95 – 7.90 (m, 2H), 7.59 – 7.52 (m, 1H), 7.44 (t,J= 7.8 Hz,2H), 7.34 (dd,J= 7.9, 1.8 Hz, 2H), 7.31 – 7.25 (m, 3H), 5.88 (ddt,J= 17.1,10.3, 6.8 Hz, 1H), 5.15 – 5.05 (m, 2H), 4.53 – 4.47 (m, 1H), 2.80 – 2.55 (m,2H).13C NMR(100 MHz, Chloroform-d) δ 195.21, 136.10, 134.84, 134.80, 133.11,131.49, 128.99, 128.81, 128.61, 128.59, 117.79, 50.81, 35.07.HRMS (ESI) 计算值 [C17H16NaOS, M+Na]+: 291.0814; 实测值: 291.0815。
实施案例8：化合物8的合成
在洁净的反应器中依次加入α-羰基氧硫叶立德(19 mg,0.1 mmol)、烯丙基苯硒醚(40 mg,0.2 mmol)、二氯(p-甲基异丙苯)钌(II)二聚体(6 mg,0.01 mmol)、4A级分子筛(20mg)和1，2-二氯乙烷(2 ml)，置于60 ℃油浴中搅拌12 h。反应结束后，减压蒸去溶剂，残留物采用硅胶柱层析纯化即得黄色透明液体25.8 mg，收率为82 %。1H NMR(400 MHz,Chloroform-d) δ 7.87 (d,J= 7.7 Hz, 2H), 7.53 (t,J= 7.3 Hz, 1H), 7.42 (q,J=7.7 Hz, 4H), 7.35 (t,J= 7.3 Hz, 1H), 7.28 – 7.24 (m, 2H), 5.87 (ddt,J= 17.0,10.1, 6.7 Hz, 1H), 5.14 – 5.04 (m, 2H), 4.54 (t,J= 7.4 Hz, 1H), 2.72 (ddt,J=76.8, 14.4, 7.2 Hz, 2H).13C NMR(100 MHz, Chloroform-d) δ 195.20, 136.68,136.17, 135.58, 132.89, 131.56, 129.09, 128.54, 128.36, 126.78, 117.45,44.73, 35.24.HRMS (ESI) 计算值 [C17H16NaOSe, M+Na]+: 339.0259; 实测值 339.0261。
实施案例9：化合物9的合成
在洁净的反应器中依次加入α-羰基氧硫叶立德(19 mg,0.1 mmol)、烯丙基苯硒醚(40 mg,0.2 mmol)、二氯(p-甲基异丙苯)钌(II)二聚体(6 mg,0.01 mmol)、磷酸二氢钾(27mg,0.2 mmol)和1，2-二氯乙烷(2 ml)，置于60 ℃油浴中搅拌12 h。反应结束后，减压蒸去溶剂，残留物采用硅胶柱层析纯化即得黄色透明液体26.2 mg，收率为76 %。1H NMR(400MHz, Chloroform-d) δ 7.79 (t,J= 1.9 Hz, 1H), 7.72 (dd,J= 7.7, 1.8 Hz, 1H),7.49 (dd,J= 7.8, 2.1 Hz, 1H), 7.45 – 7.41 (m, 2H), 7.37 (t,J= 7.9 Hz, 2H),7.28 (d,J= 7.6 Hz, 2H), 5.86 (ddt,J= 17.0, 10.3, 6.8 Hz, 1H), 5.15 – 5.06 (m,2H), 4.45 (dd,J= 8.2, 6.7 Hz, 1H), 2.84 – 2.59 (m, 2H).13C NMR(100 MHz,Chloroform-d) δ 193.71, 137.83, 136.77, 135.32, 134.84, 132.77, 131.53,129.81, 129.33, 129.20, 128.52, 126.38, 117.69, 44.86, 35.00.HRMS (ESI)calculated for [C17H15ClNaOSe, M+Na]+: 372.9869; Found: 372.9867。
实施案例10：化合物10的合成
在洁净的反应器中依次加入α-羰基氧硫叶立德(19 mg,0.1 mmol)、烯丙基苯硫醚(30 mg,0.2 mmol)、二氯(p-甲基异丙苯)钌(II)二聚体(6 mg,0.01 mmol)、磷酸二氢钾(27mg,0.2 mmol)和二氯甲烷(2 ml)，置于60 ℃油浴中搅拌12 h。反应结束后，减压蒸去溶剂，残留物采用硅胶柱层析纯化即得黄色透明液体15.5 mg，收率为52 %。1H NMR(400 MHz,Chloroform-d) δ 8.27 (d,J= 8.8 Hz, 2H), 8.04 (d,J= 8.4 Hz, 2H), 7.37 – 7.27(m, 5H), 5.89 (ddt,J= 17.0, 10.2, 6.8 Hz, 1H), 5.18 – 5.09 (m, 2H), 4.43 (t,J= 7.4 Hz, 1H), 2.69 (ddt,J= 58.4, 14.4, 7.1 Hz, 2H).13C NMR(100 MHz,Chloroform-d) δ 193.16, 150.19, 140.92, 135.12, 134.30, 130.52, 129.58,129.38, 129.21, 123.77, 118.31, 51.43, 34.57.HRMS (ESI) 计算值 [C17H15NNaO3S, M+Na]+: 336.0665; 实测值: 336.0666。
实施案例11：化合物11的合成
在洁净的反应器中依次加入α-羰基氧硫叶立德(19 mg,0.1 mmol)、烯丙基苯硒醚(40 mg,0.2 mmol)、二氯(p-甲基异丙苯)钌(II)二聚体(6 mg,0.01 mmol)、磷酸二氢钾(27mg,0.2 mmol)和二氯甲烷(2 ml)，置于60 ℃油浴中搅拌12 h。反应结束后，减压蒸去溶剂，残留物采用硅胶柱层析纯化即得黄色透明液体33.7 mg，收率为86 %。1H NMR(400 MHz,Chloroform-d) δ 7.88 – 7.84 (m, 2H), 7.55 (t,J= 7.4 Hz, 1H), 7.44 (d,J= 7.9Hz, 2H), 7.38 (d,J= 8.4 Hz, 2H), 7.28 (d,J= 8.4 Hz, 2H), 5.85 (ddt,J= 17.0,10.3, 6.8 Hz, 1H), 5.14 – 5.05 (m, 2H), 4.56 – 4.51 (m, 1H), 2.83 – 2.55 (m,2H).13C NMR (100 MHz, Chloroform-d) δ 194.93, 138.36, 135.99, 135.28, 133.06,132.26, 128.63, 128.33, 125.23, 124.09, 117.67, 44.63, 35.07.HRMS (ESI) 计算值 [C17H15BrNaOSe, M+Na]+: 416.9364; 实测值: 416.9360。
实施案例12：化合物12的合成
在洁净的反应器中依次加入α-羰基氧硫叶立德(19 mg,0.1 mmol)、烯丙基苯硫醚(30 mg,0.2 mmol)、二氯(p-甲基异丙苯)钌(II)二聚体(6 mg,0.01 mmol)、磷酸二氢钾(27mg,0.2 mmol)和二氯甲烷(2 ml)，置于60 ℃油浴中搅拌12 h。反应结束后，减压蒸去溶剂，残留物采用硅胶柱层析纯化即得黄色透明液体21.1 mg，收率为75 %。1H NMR(400 MHz,Chloroform-d) δ 7.96 – 7.91 (m, 2H), 7.58 – 7.53 (m, 1H), 7.47 – 7.42 (m,2H), 7.22 (dt,J= 8.6, 2.4 Hz, 2H), 7.08 (d,J= 8.2 Hz, 2H), 5.87 (ddt,J= 17.0,10.1, 6.8 Hz, 1H), 5.15 – 5.05 (m, 2H), 4.45 – 4.40 (m, 1H), 2.77 – 2.51 (m,2H), 2.33 (s, 3H).13C NMR(100 MHz, Chloroform-d) δ 195.02, 139.25, 136.16,135.41, 134.96, 133.02, 129.78, 128.61, 128.59, 127.40, 117.65, 50.78, 34.86,21.26.HRMS (ESI) 计算值 [C18H18NaOS, M+Na]+: 305.0971;实测值: 305.0973。
Claims (6)
1.一种氧硫叶立德经由重排反应构建叔碳或季碳化合物的方法，其特征在于以氧硫叶立德和烯丙基苯硫醚或烯丙基苯硒醚作为起始原料，在过渡金属催化剂的作用下加热，发生[2,3]-Sigma迁移，生成Doyle-kirmes重排产物季碳化合物，其化学反应式为：
，
其中，
R1为氢、卤素、C1-C4的烷基；
R2为C1-C4的烷基；
R3为氢、C1-C4的烷基、C1-C4的烷氧基、卤素；
X为硫、硒；
或以氧硫叶立德和烯丙基苯硫醚或烯丙基苯硒醚作为起始原料，在过渡金属催化剂和添加剂作用下加热，发生Doyle-kirmes重排，生成叔碳化合物，其化学反应式为：
，
其中，
R4为氢、卤素、硝基；
R5为氢、卤素、C1-C4的烷基；
X为硫、硒。
2.根据权利要求1所述的氧硫叶立德经由重排反应构建叔碳或季碳化合物的方法，其制备步骤如下：在洁净的烧瓶中依次加入氧硫叶立德化合物、烯丙基苯硫醚或烯丙基苯硒醚、金属催化剂、添加剂和溶剂，放入60~80 ℃油浴中反应12 h；待反应结束后，减压除去溶剂，采用硅胶柱层析纯化即得产品。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于金属催化剂为二聚醋酸铑、碘化亚铜、二氯(p-甲基异丙苯)钌(II)二聚体中的一种或一种以上。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于溶剂为二氯甲烷、1,2-二氯乙烷中的一种或一种以上。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于添加剂为4A级分子筛、磷酸二氢钾中的一种或一种以上。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于氧硫叶立德化合物、烯丙基苯硫醚或烯丙基苯硒醚、添加剂、金属催化剂的摩尔比为1：2~3：0~3：0.05~0.1。
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Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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