氟化劑的研究進(jìn)展

楊 燕 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè) 710055

劉騫峰 西安瑞聯(lián)近代電子材料有限責(zé)任公司 710077

氟化劑的研究進(jìn)展

楊 燕 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè) 710055

劉騫峰 西安瑞聯(lián)近代電子材料有限責(zé)任公司 710077

介紹了氟化劑分類及其應(yīng)用，其中最重要介紹親電氟化劑。

氟化；氟化劑；應(yīng)用；親電氟化劑；手性氟化劑

氟原子的引入導(dǎo)致有機(jī)及無(wú)機(jī)化合物具有獨(dú)特的物理、化學(xué)性能及生理活性。從20世紀(jì)30年代初期氟利昂?jiǎn)柺酪詠?lái)，氟化學(xué)一直表現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)。向醫(yī)藥、農(nóng)藥等的各種物理活性物質(zhì)或以色素、液晶為主的有機(jī)功能性化合物中特定位置上引入氟原子，可以使其效果由戲劇性的增強(qiáng)或化合物自身的性能大有改變。許多尖端技術(shù)(原子能工業(yè)、火箭、宇航等)，和一些重大的工業(yè)項(xiàng)目及藥物都采用了含氟的化合物。在液晶材料中，用于TFT-LCD的高檔液晶必須是對(duì)熱化學(xué)、光、電穩(wěn)定性好，電荷保持中間、粘度低、電阻率大（ρ≥1.0×103Ωm）的高性能TN材料，以往，含氰基和酯類化合物無(wú)法滿足這些要求，只有含氟液晶材料才能適用于TFT-LCD，近十年來(lái)幾乎所有向列相材料的開(kāi)發(fā)都是含氟液晶化合物。目前，對(duì)新型氟化劑的研究已成為合成含氟化合物最重要的分支。

用于含氟化合物合成的氟化劑大致可分為以F-形式進(jìn)行氟化的親核型氟化劑和以F+的形式進(jìn)行氟化的親電型氟化劑兩種。

1 親核型氟化劑

采用F-離子進(jìn)行親核取代的研究始于1863年，從那時(shí)起已相繼提出多種氟化劑。如最初使用F2作為親電試劑可成功地實(shí)現(xiàn)氟原子的引入。SF4在氟化學(xué)的發(fā)展史上是很重要的一種氟代劑，最重要的應(yīng)用就是從羧酸合成三氟甲基化合物。但是上述經(jīng)典的親核氟化試劑存在著高毒性、反應(yīng)不易控制和不易操作等缺點(diǎn)。隨著二烷胺基氟化硫化合物等新型親核氟化劑的發(fā)展，它們?cè)诜瘜W(xué)中的應(yīng)用逐漸減少。

二烷胺基三氟化硫化合物最早由Demitras小組在1964年首次合成[1]。20世紀(jì)70年代，Markovskii和Middleton制備了一系列二烷胺基三氟化硫并較詳細(xì)地研究了它在制備有機(jī)氟化合物上的應(yīng)用：二乙胺基三氟化硫(DAST)、二甲氧基乙基胺基三氟化硫(BAST)、4-嗎啉三氟化硫(1a)、吡咯烷酮三氟化硫(1b)、氮雜環(huán)己烷三氟化硫(1c)。作為氟化劑，此類化合物除具有反應(yīng)速度快，條件溫和、收率較高、反應(yīng)選擇性好等優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)具有對(duì)溫度的適應(yīng)范圍較大，操作方便，消除反應(yīng)和重排反應(yīng)較少等優(yōu)點(diǎn)。二烷胺基氟化硫易與羥基、羰基等官能團(tuán)反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)氟的取代，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于含氟有機(jī)天然物的合成，如制備含氟糖類、含氟甾體、含氟氨基酸和含氟抗生素等。

這類化合物在一定溫度下會(huì)發(fā)生爆炸，早期對(duì)二烷胺基三氟化硫化合物機(jī)理研究主要以DAST作為研究對(duì)象，1979年報(bào)道關(guān)于DAST在其制備和使用過(guò)程中發(fā)生爆炸[2]。DAST是最早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，其它胺基硫氟試劑和DAST大多相似。DAST是液體，在干燥情況下室溫或冰箱能長(zhǎng)期保存，DAST在分解溫度90℃，爆炸溫度147℃，處理不當(dāng)會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)。由于BAST比DSAT穩(wěn)定，易于操作，常用BAST替代DAST。此試劑能將羥基化合物轉(zhuǎn)化為單氟代化合物，醛和酮轉(zhuǎn)化為二氟代化合物，而對(duì)羧酸及其衍生物的羰基則沒(méi)有影響。

2 親電氟化劑

自1968年Barton小組報(bào)道了第一例新的親電氟化試劑CF3OF后，化學(xué)家們陸續(xù)合成了一些親電氟化試劑，如FClO3、xeF2151、XeF2、FNO、CF3OF、NF氰化試劑。

親電氟化反應(yīng)研究進(jìn)展較快，主要原因之一是發(fā)現(xiàn)了大量氮-氟親電氟化劑。從1995年以來(lái)出現(xiàn)的親電氟化劑絕大部分都具有氮-氟鍵。氮-氟化合物用于親電氟化劑最早于20世紀(jì)60年代由Banks等提出，該氟化劑由于種類繁多、操作方便、反應(yīng)選擇性好等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。

2.1 N-氟代吡啶鹽

Umemoto等在1990年報(bào)道了使用氮-氟吡啶-2-磺酸酯作為親電氟化劑，缺點(diǎn)是在有機(jī)溶劑中穩(wěn)定性較差而影響其氟化能力。近年來(lái)通過(guò)改變吡啶環(huán)上的取代基，合成了一系列化合物[3]，開(kāi)發(fā)了N’-氟代吡啶鹽，結(jié)構(gòu)通式為：

其中，Tf=CF3SO2，也可以用BF4、PF6、SbF6代替OTf。

該氟化劑的一大優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定的晶體，氟化能力是可變的，通過(guò)改變吡啶環(huán)上R1～R5，可根據(jù)需要設(shè)計(jì)具有不同氟化能力的氟化劑，主要用于負(fù)碳離子、各種烯醇化合物、多電子芳香族化合物、從硫化物出發(fā)向α-氟代硫化物的轉(zhuǎn)化、烯烴化合物的氟代乙酰氧基化反應(yīng)等的氟化，涉及領(lǐng)域很廣。該系列氟化劑具有反應(yīng)條件溫和、選擇性可變、使用方便、易于工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于含有多個(gè)復(fù)雜官能團(tuán)的化合物的氟化。

2.2 氮-氟三乙胺(F-TEDA)和奎寧鹽

Umemoto等用三乙胺作原料，制得相應(yīng)的N,N’-二氟-1,4-二氮二環(huán)[2,2, 2]辛烷鹽。

a.X1=X2=OSO2CF3

b.X1=X2=HSO4

c.X1=HSO4,X2=F(HF)2

d.X1=X2=BF4

e.X1=X2=SbF6

f.X1=X2=PF6

該類化合物對(duì)β-二羰基化合物、取代的苯乙烯、甾類化合物和活性芳香族化合物進(jìn)行較好的氟化，且收率較高。

2.3 N-烷基-N’-氟1,4-二氮二環(huán)[2,2,2]辛烷

用于取代有劇毒和爆炸危險(xiǎn)性氟化藥劑如HF、FClO3和CF3OF的新型氟化劑。這種氟化劑乘坐Selectfluor，又稱為F-TEDA-BF4，化學(xué)名稱為1-氯甲基-4-氟-1,4-重氮化[2,2,2]二環(huán)辛烷雙(四氟硼酸鹽)[4]。這種氟化劑首先由英國(guó)曼徹斯特科技大學(xué)的R.E.Banks合成，空氣產(chǎn)品與化學(xué)品公司對(duì)它作了進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)。這種固化劑在溫和條件下能有效地高選擇性地進(jìn)行迅速氟化，不需要特殊設(shè)備和操作技術(shù)這種氟化劑溶于多種溶劑，與普通反應(yīng)器材料相容，并且能分解成可加以處理的廢物。主要用途可對(duì)富電子雙鍵、烯醇硅醚、烯醇鋰鹽等進(jìn)行單氟化反應(yīng)，用于制備含氟甾體藥物等。

目前通過(guò)研究合成N-烷基-N’-氟1,4-二氮二環(huán)[2,2,2]辛烷一系列氟化劑，其通式如下：

R=CH3,CH2Cl,C2H5, CH2CF3, C8H17; X=BF4, PF6, OTf, FSO3

此類氟化劑可以用來(lái)氟化烯胺、二羰基化合物、富電子的芳香族化合物，而且收率較高。

2.4 手性氮氟親電氟化劑

1999年以前，已有數(shù)種手性親電氟化試劑，它們被稱為第一代手性氮氟親電氟化劑，如2a～2e所示化合物。第一代手性氟化試劑對(duì)不同底物的對(duì)映選擇性表現(xiàn)出較大的差異, 化學(xué)反應(yīng)性也有待于提高。

Shibata 和Cahard 等報(bào)道了新型的將奎寧生物堿衍生物轉(zhuǎn)化為手性N-F奎寧生物堿季銨鹽(F-CA-BF4)作為對(duì)映選擇性親電氟化劑，它們作為手性氟化試劑與底物發(fā)生對(duì)映選擇性親電氟化反應(yīng)[5]。

這些N-F 奎寧生物堿季銨鹽的化學(xué)反應(yīng)性非常好, 但對(duì)映體選擇率不高, 其中試劑F-CD-BF4 的活性最高。以FCD-BF4 對(duì)其它底物進(jìn)行了研究，同樣,雖然幾乎可以定量地得到相應(yīng)的氟化產(chǎn)物,但對(duì)映體過(guò)剩率很不理想, 均在50%以下[6]。

[1]Demitras, G.. C.; Kent, R. A.; MacDiarmid, A. G. Chem. Ind.(London) 1964, 1712.

[2]J. Org. Chem. 1999,64,7048-7054

[3]楊柳，毛淑芬，譚兆海.親電氟化劑研究進(jìn)展[J]. 有機(jī)氟工業(yè).2003;(3):43-46 [4]黃漢生等.化學(xué)合成中綠色技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)[J].化工科技動(dòng)態(tài).1995(7):12

[5]楊柳，毛淑芬，譚兆海.親電氟化劑研究進(jìn)展[J]. 化學(xué)試劑.2004;26(3):211-213

[6]Cahard, D.; Audouard, C.; Plaquevent, J. C.; Roques, N.，Org. Lett. 2000, 2, 3699.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.21.068