楊 燕 西安建筑科技大學理學院應用化學專業(yè) 710055

劉騫峰 西安瑞聯(lián)近代電子材料有限責任公司 710077

氟化劑的研究進展

楊 燕 西安建筑科技大學理學院應用化學專業(yè) 710055

劉騫峰 西安瑞聯(lián)近代電子材料有限責任公司 710077

介紹了氟化劑分類及其應用，其中最重要介紹親電氟化劑。

氟化；氟化劑；應用；親電氟化劑；手性氟化劑

氟原子的引入導致有機及無機化合物具有獨特的物理、化學性能及生理活性。從20世紀30年代初期氟利昂問世以來，氟化學一直表現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢。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熱化學、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，近十年來幾乎所有向列相材料的開發(fā)都是含氟液晶化合物。目前，對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-形式進行氟化的親核型氟化劑和以F+的形式進行氟化的親電型氟化劑兩種。

1 親核型氟化劑

采用F-離子進行親核取代的研究始于1863年，從那時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現(xiàn)氟原子的引入。SF4在氟化學的發(fā)展史上是很重要的一種氟代劑，最重要的應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、反應不易控制和不易操作等缺點。隨著二烷胺基氟化硫化合物等新型親核氟化劑的發(fā)展，它們在氟化學中的應用逐漸減少。

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70年代，Markovskii和Middleton制備了一系列二烷胺基三氟化硫并較詳細地研究了它在制備有機氟化合物上的應用：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速度快，條件溫和、收率較高、反應選擇性好等優(yōu)點外，同時具有對溫度的適應范圍較大，操作方便，消除反應和重排反應較少等優(yōu)點。二烷胺基氟化硫易與羥基、羰基等官能團反應而實現(xiàn)氟的取代，已經(jīng)廣泛應用于含氟有機天然物的合成，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發(fā)生爆炸，早期對二烷胺基三氟化硫化合物機理研究主要以DAST作為研究對象，1979年報道關于DAST在其制備和使用過程中發(fā)生爆炸[2]。DAST是最早實現(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期保存，DAST在分解溫度90℃，爆炸溫度147℃，處理不當會有爆炸的危險。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，而對羧酸及其衍生物的羰基則沒有影響。

2 親電氟化劑

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

親電氟化反應研究進展較快，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60年代由Banks等提出，該氟化劑由于種類繁多、操作方便、反應選擇性好等優(yōu)點得到了廣泛的應用。

2.1 N-氟代吡啶鹽

Umemoto等在1990年報道了使用氮-氟吡啶-2-磺酸酯作為親電氟化劑，缺點是在有機溶劑中穩(wěn)定性較差而影響其氟化能力。近年來通過改變吡啶環(huán)上的取代基，合成了一系列化合物[3]，開發(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)點是穩(wěn)定的晶體，氟化能力是可變的，通過改變吡啶環(huán)上R1～R5，可根據(jù)需要設計具有不同氟化能力的氟化劑，主要用于負碳離子、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等的氟化，涉及領域很廣。該系列氟化劑具有反應條件溫和、選擇性可變、使用方便、易于工業(yè)化等優(yōu)點，尤其適用于含有多個復雜官能團的化合物的氟化。

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曼徹斯特科技大學的R.E.Banks合成，空氣產(chǎn)品與化學品公司對它作了進一步的開發(fā)。這種固化劑在溫和條件下能有效地高選擇性地進行迅速氟化，不需要特殊設備和操作技術(shù)這種氟化劑溶于多種溶劑，與普通反應器材料相容，并且能分解成可加以處理的廢物。主要用途可對富電子雙鍵、烯醇硅醚、烯醇鋰鹽等進行單氟化反應，用于制備含氟甾體藥物等。

目前通過研究合成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不同底物的對映選擇性表現(xiàn)出較大的差異, 化學反應性也有待于提高。

Shibata 和Cahard 等報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)生對映選擇性親電氟化反應[5]。

這些N-F 奎寧生物堿季銨鹽的化學反應性非常好, 但對映體選擇率不高, 其中試劑F-CD-BF4 的活性最高。以FCD-BF4 對其它底物進行了研究，同樣,雖然幾乎可以定量地得到相應的氟化產(chǎn)物,但對映體過剩率很不理想, 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.親電氟化劑研究進展[J]. 有機氟工業(yè).2003;(3):43-46 [4]黃漢生等.化學合成中綠色技術(shù)的研究開發(fā)[J].化工科技動態(tài).1995(7):12

[5]楊柳，毛淑芬，譚兆海.親電氟化劑研究進展[J]. 化學試劑.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