当代有机氟化学24页
氟化学-发展历史与氟谱解析-DICP
是高温的发射火箭的内壁涂层。
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氟化学发展中的里程碑
1943年 单氟乙酸的剧毒作用逐渐被人们发现， 推动了有机氟化学毒理学和药理学的研究；
氟柠檬酸
Gifblaar 生长在南美洲的一种含 单氟乙酸的有毒植物
K. Gregg, Appl. Environ. Microbiol. 1998, 6141, 3496
氟的天然同位素只有19F，丰度为100%，是研究NMR的理想核。
19F灵敏度是1H的0.83倍，化学位移值范围> 350ppm。 自旋量子数是1/2，因此氟与邻近的氢，碳的偶合类似于1H。
19F的化学位移较难预测与推理，因为含氟有机物中19F核的反磁性屏蔽 少于1%，而顺磁性屏蔽是主要影响因素。
19F中一般不使用质子去偶技术，因此谱图中不仅会出现相邻F-F偶合， 也会出现F-H偶合。但是峰面积积分比对计算相对原子数目的准确度并 不如1H高。
1962年 George Andrew Olah(1927---)利 用含氟物质首次发现稳定的碳正离子存在；
发现了质子化的甲烷可被超强酸（如FSO3H-SbF5）所稳定
HOOC
NH2 N
S
N
O
HO OH
NH2 N
N
Fluorinase F- as nucleophile
N
F
N
O
HO OH
NH2 N
N
20
化学位移
一氟三氯甲烷(CFCl3)是氟谱中比较常用的内标试剂，定标为0。 CFCl3峰(δ = 0) 往高场移动为负，低场移动为正。其他内标试剂有:
δ CF3CO2H: - 76.2 ppm δ PhCF3 : - 63.2 ppm δ C6F6 : - 162.2 ppm δ CF3COOC2H5 : -75.8 ppm
含氟（一氟,二氟,三氟）化合物合成总结和应用
含氟（⼀氟,⼆氟,三氟）化合物合成总结和应⽤⾃从1956年第⼀次出现含三氟甲基的精神类⽤药氟⾮那嗪(Fluphenazine)和1957年⾸次引⼊第⼀个含氟抗癌药物5-氟尿嘧啶(5-Fluorouracil)以来[1], 半个多世纪过去了. 近⼗年来, 隨着氟化学研究的进展和对氟原⼦及含氟取代基的深⼊了解, 药物科学家正在进⼀步开掘含氟药物这座新药研发中的⾦⼭银矿(Scheme 1)[2]. 最新统计表明, ⽬前全球含氟药物年销售额在400亿美元左右, 全球销售前200名的药物中, 含氟药物就占了29个, 销售额总计320亿美元. 由此看来含氟药物的应⽤及研发前景相当可观, 约有25%～30%的新药研发是建⽴在氟化学原料产品基础之上的. 依⽂献报道, 约15%～20%的新药都含有氟原⼦或三氟甲基等基团(图1)[3]. 据我们统计,截⽌2013年底, ⼀共有163个含氟药物接受被美国⾷品和药物管理局(FDA)的批准上市[4], 这充分说明氟原⼦是除氯原⼦之外, 第⼆个最令药物化学⼯作者喜欢的卤素原⼦. 在药物研究中, 充分利⽤构效关系(SAR)的⽅法学探索和越来越多含氟中间体的可得性, 都为含氟药物的研究提供了巨⼤的推动. ⽏容置疑, 最近⼏年的有机氟化学的研究热潮必将为新⼀波的新药探寻提供更多的⽅法和⼿段, ⽽在氟化学领域有世界⼀流的中国研究团队的参与[5], 也必将会浓墨重彩地书写药物研发的崭新⼀页. 本⽂将近年来这⼀领域的研究做⼀简述概括, 希望能为现代药物的合成研发提供帮助[6].不同于其它的卤素, 氟原⼦由于其独特的电⼦结构, 它具有最强的电负性和与氢原⼦⼀般⼤⼩的原⼦半径, 因⽽也能更加⽅便合理地取代氢原⼦⽽进⾏药物分⼦结构的微调和修饰, 阻断易代谢位点从⽽改变药物代谢的途径及代谢速度; 并通过分⼦间氢键的作⽤, 延长药物在体内的作⽤时间, 提⾼药物的⽣物利⽤度和选择性. 最值得⼀提的是, 三氟甲基由于具有很强的吸电⼦性、亲脂性和稳定性等特点, 具有很强的疏⽔性⽽表现出理想的脂溶性, 具有更好的⽣物通透性和靶向选择性, 因此在许多上巿药物和临床药物常常含有三氟甲基的芳环或杂环分⼦[7].2011年美国FDA共批准了35个⼩分⼦化学药物, 其中有7个是含氟新分⼦实体(Scheme 2);2012年共批准了33个⼩分⼦化学药物, 其中有6个为含氟有机分⼦(Scheme 3); 2013 年⼀共有8个含氟药物获批(Scheme 4). 据不完全统计, 总共有数⼗个含氟药物进⼊了临床研究, 其中⼀些代表性含氟药物见Scheme 5, 如Merck临床三期的胆固醇转运蛋⽩(CEPT)抑制剂Anacetrapib和Lilly的Evacetrapib, 这两个临床药物都含有三氟甲基和氟的芳⾹烃结构单元, 预期是药物中的重磅炸弹(Blockbuster drugs). 另外Daiichi研发的⾼效鲨烯合成酶抑制剂DF-461据称效果⽐上市的HMG- CoA还原酶抑制剂Atorvastatin(Lipitor)还要好. 可见含氟药物的研究正处于⼀个相当令⼈⿎舞的发展局⾯[8], ⽽有机氟化学的突破为这⼀药物研发的加速提供了很好的帮助.从近三年获批的含氟药物结构来看, ⼀共有17 个是氟代芳⾹烃, 有6个是含有三氟甲基的芳⾹环. 其中有2个药物既有三氟甲基⼜有氟原⼦. 显然, 有机芳⾹烃的氟化反应对新药研发是极其重要的, 为此, 本⽂就近⼏年来芳(杂)环氟化及N (n＝1, 2, 3)氟甲基化的研究进展和亮点并结合实例进⾏分析总结.芳烃和杂芳烃的氟化反应可分为亲电取代(正离⼦F＋试剂)和亲核取代(负离⼦F－试剂)两类型. 氟化反应少不了使⽤氟化试剂, ⽽且⼀般都使⽤过量的. 许多氟化试剂, 包括能提供氟正离⼦和氟负离⼦的氟化物见Scheme 6, 除了常⽤的KF, ⼀般氟化试剂都不便宜, 尤其是⼀些制备困难的有机氟试剂, 价格尤为昂贵.1.1 利⽤含氮(胺基、酰胺等)芳(杂)环为原料使⽤含氮杂环的联苯衍⽣物, Sanford⼩组[9]在2006年⾸先发展了有效的氟化反应(Eq. 1), 在10 mol% Pd(OAc)2 存在的条件下, 选择性地引⼊了氟原⼦. 这也是在钯(II)催化下, 温和氧化条件下利⽤亲电的氟化试剂(F＋, 不同于使⽤亲核氟试剂F－)成功进⾏的经由直接C—H活化、氧化氟化(Oxidative fluorination)的创新反应.2009年, Scripps的Yu等[10]利⽤钯盐催化的、邻位导向基诱导的C—H活化策略, ⽤F＋试剂在NMP为促进剂的情况下有效地制备了邻位含氟的芳⾹化合物(Eq. 2).不难看出, 上述⼏个反应都是在邻位导向基(direc- ting groups)存在下钯(II)催化的亲电氟化反应, 反应经历了环钯化(Cyclopalladation)和亲电氟化两过程. 巧妙的是, 分⼦内氮原⼦从不同的形式(如吡啶中的N; 取代的胺和酰胺)作为供电⼦体, 参与了分⼦内环钯化过程, 其特点是形成有利的五元钯(II)络合物中间态(Scheme 8).在没有导向基存在的条件下, 钯催化的亲电氟化反应的机理如图所⽰(Scheme 9). ⾸先是通过转移⾦属化⽽形成的碳钯键, 由于不涉及到环钯化(cyclopallada- tion), 也不需要导向基, 因此反应底物的多样性就更加⼴泛, 缺点是底物要进⾏预官能团化, 必须引⼊适当的基团进⾏转移⾦属化(transmetalation). 随后通过亲电氟化试剂氧化将Pd(II)络合物转化为Pd(IV)的络合物, 进⽽通过还原消除⽣成C—F键.1.2 利⽤芳基锡烷/有机硼化物为原料利⽤铜盐催化, Sanford⼩组[13]发展了温和条件下的芳基锡烷和三氟硼酸钾的氟化反应(Scheme 11).最近, Hartwig ⼩组报道[14]了铜盐催化下, 利⽤F＋试剂对有机硼酸酯的氟化反应(Scheme 12).反应条件相对温和, 虽然铜试剂和银试剂的⽤量较⼤. 与此同时, 通过对19F NMR的考查, 确证了Cu(III)氟络合物的存在. 鉴于有机硼酸酯易得, 这⼀新⽅法为制备氟代芳烃⼜提供了⼀个新⼿段.1.3 利⽤芳基锡烷为原料使⽤不同的银盐(AgOTf, Ag2O)催化剂, Ritter 等[19,20]在2009年和2010年先后⾸先发展了温和条件下的芳⾹锡烷的氟化反应(Scheme 14), 并取得了良好的实验结果.1.4 利⽤芳⾹碘化物为原料和卤素交换反应(Halex processes)Hartwig⼩组[21]发现在铜盐和AgF的作⽤下, 取代碘苯能够有效地进⾏卤素交换⽽制备相应的氟苯(Scheme 15). 据机理研究表明, 该反应有Cu(0)和CuF2的形成. 反应没有完成催化循环.1.5 利⽤取代的苯酚和苯酚衍⽣物为原料从取代的苯酚和含羟基的取代的杂芳烃为起始原料, Ritter ⼩组[25]利⽤新颖的脱氧氟化试剂, 成功进⾏了操作简易可⾏的酚类化合物的氟化(Eq. 5). 该转化具有反应的产率⾼、基团兼容性好等优点.2009年Buchwald教授[27]⾸先报道了以三氟甲磺酸酯为原料的钯催化的亲核氟化反应, 成功的关键是⾤⽤了空间位阻⼤的特殊膦配体, 并通过形成刚性T形的的单核三配位的钯(II)络合物⽽完成反应. 有趣的是, 在⼀些反应中发现有区域异构体产⽣, 产物以间位产物为主(Scheme 19). 虽然⽬前对形成区域异构体的机理并不⼗分清楚, 但通过氟负离⼦进攻在原位的(in situ)产⽣的苯炔活泼中间体的解释基本排除在外.1.6 利⽤芳⾹胺和酰替苯胺为原料芳⾹胺重氮盐的HF/吡啶(Sandmeyer reaction)处理和氟硼酸处理(Balz-Schiemann reaction)是制备氟代芳烃的⽼⽅法. 使⽤有机⾼价碘, Li 和Meng等[30]成功进⾏了免除⾦属的直接区域选择性氟化酰替苯胺衍⽣物, 将氟原⼦引⾄酰替苯胺基的对位(Scheme 21). 该⽅法具有操作安全、试剂易得、条件温和、产率较⾼等特点.1.7 利⽤芳基碘鎓盐和季铵盐为原料最近, Sanford ⼩组[31]也成功研究出相转移条件下, 铜盐催化的不对称⼆芳基碘鎓盐的亲核氟化反应(Eq. 8). 该反应具有条件温和、反应快速、产率⾼、选择性好、显⽰很好的基团兼容性以及没有位置异构体等优点.1.8 后氟化(Late-stage fluorination)反应制备药物和天然产物的氟代衍⽣物Ritter⼩组[19,20]利⽤他们率先发现的银盐催化的后氟化(Late-stage fluorination)反应策略, 成功制备了数⼗个重要的上市药物和天然产物的氟代衍⽣物, 其中包括氟代Taxol、氟代DOPA、氟代Rifamycin S和氟代Camptothecin等(Scheme 22).胡⾦波等[33]于2009年已将选择性⼆氟甲基化和单氟甲基化做了很好的综述. 相对于芳烃的三氟甲基化和芳⾹烃的氟化反应, 芳烃和杂芳烃的⼆氟甲基化研究略显薄弱, ⽅法学⽅⾯的研究也显零散. 但这⼀状况最近得到了很⼤的改观. 在这⾥我们对近年的新进展做⼀概括.虽然迄今为⽌, 仍然没有上巿的药物中含有⼆氟甲基(CHF2)芳杂环亚结构单元的APl, 但是⼆氟甲基独特的结构特点仍然吸引了许多药物化学家的注意. 在等排物为基础的药物设计中, CHF2不失为优秀的亲脂性的氢键供应者, 为传统的氢键供应源提供了新的选择, 并且同时能有效地改善药物的膜渗透性, 促进药物的吸收. 例如在抗丙肝病毒(HCV NS3)蛋⽩酶抑制剂的研发过程中[34], 成功地利⽤⼆氟甲基取代并模仿母体化合物中硫醇的功能. 在COX-2和5-LOX双重抑制剂的研发过程中[35], ⼆氟甲基可做为异羟肟酸中羟基的等排物.传统的⼆氟甲基(CF2H)的引⼊⼀般都是由芳⾹醛和DAST试剂的反应⽽完成的. 考虑到有机磺酸盐中C—S键(272 kJ/mol)⽐有机硼酸C—B (377 kJ/mol)键和有机分⼦中的C—C 348 kJ/mol)要弱许多, Scripps 的Baran⼩组[36]成功制备了含⼆氟甲基结构的亚磺酸锌盐(DFMS), 利⽤过氧化叔丁醇为引发剂, 有效地均裂C—S键, 成功地制备了CF2H游离基, 并成功开发了相关反应(Scheme 23).值得注意的是, Baran ⼩组对⼀些天然产物和上市的重磅炸弹药物, 如辉瑞制药的Chantix进⾏了后三氟甲基化(Late-stage trifluoromethylation)和后⼆氟甲基化(Late-stage difluoromethylation)过程, 在不同的反应条件下, 经过不同的反应机理, 在母体化合物上有效地引进了CF3和CF2H官能团(Scheme 24), 这不失为药物创新改造和开拓构效关系(SAR)研究的新⽅法和快速通道. 从某种意义来说, 后N (n＝2, 3)氟甲基化也是将芳(杂)环电⼦云密度⼤或着是电⼦云密度⼩的C—H键(即反应的活性位点)通过亲电取代和亲核取代这两种截然不同的反应被C—CF3(或C—CHF2)健取代, 应该是阻⽌药物氧化代谢的极好⼿段, 也是提⾼药物⽣物利⽤度的⽅便策略.将著名的Ruppert-Prakash试剂(TMSCF3)经过硼氢化钠还原, Hartwig ⼩组[40]以70%的收率制备了新的⼆氟甲基化试剂TMSCF2H, 并成功应⽤于铜盐催化的⼆氟甲基化碘苯(Eq. 12), 反应的收率⾼, 操作简单易⾏, 对各种官能团具有良好的兼容性.类似于三氟甲基(CF3)、单氟甲基(CH2F)可以被认为是甲基的有⽤的⽣物电⼦等排体. 其原因是氟的强吸电⼦效应使得氟原⼦能避免甲基的代谢性氧化. ⽽且单氟甲基也被认为是羟甲基(CH2OH)和甲氧基甲基(CH2OCH3)的⽣物电⼦等排体. 据调查, 真正意义上的单氟甲基化⽅法⼏乎不存在, 尤其是通过产⽣单氟甲基游离基. 应该承认单氟甲基化是难度很⼤、富有挑战的研究热点, 但这⽅⾯的⼯作最近取得了很⼤的进展, 其中包括Scripps的Baran教授的新试(CH2FSO2)2Zn及⽅法[37](Scheme 26).使⽤活性的芳⾹酮如9-芴酮作为可见光下苄基氢的捕⾷物, Chen⼩组[38]⾸次报告了选择性产⽣苄基游离基并通过加成氟游离基⽽完成苄基氟化的催化循环(Eq. 14). 值得⼀提的是通过巧⽤、活⽤不同的芳⾹酮作为光催化剂, 有效⽅便地制备了多达数⼗个结构各异、官能团兼容的带有氟甲基⽀键的芳⾹烃. 应该指出的是这也是迄今为⽌苄基氟化反应的最新进展.传承优秀的中国氟化学研究团队数⼗年来科研成果突出, 硕果累累, 亮点不断, ⼀直深受国际学术界的赞叹, 最近中国科学院上海有机化学所的卿凤翎教授[5]已经将近年来(2009～2011年)三氟甲基化的研究进展做了较为深⼊的总结和归纳. 北京⼤学王剑波教授[42]最近也对经由三氟甲基⾃由基进⾏的三氟甲基化的⼀些基本理论问题做了很好的探讨, ⽽西班⽛的氟化学专家Grushin也对⾦属参与的芳烃三氟甲基化在Chem. Rev上发表了系统全⾯的综述[43]. 考虑到对三氟甲基化反应研究⽅兴未艾[44], 这⽅⾯的⾼⽔平研究论⽂层出不穷, 我们仅将近年以来三氟甲基化研究的亮点从简易⽅便即实⽤性, ⾼效催化即绿⾊性和安全放⼤即⼯艺合理性等⾓度做⼀点评, 挂⼀漏万有偏颇之处, 在所难免.近年来, 不少新型的三氟甲基化试剂, 如正离⼦型的、负离⼦型(Scheme 27)的和游离基型的CF3来源, 它们为进⾏亲电、亲核和游离基三氟甲基化提供了选择的可能, 并成为反应条件优化必须考虑的主要因素.过渡⾦属催化的三氟甲基化反应在有机氟化学家和⾦属有机化学家的联⼿努⼒下, 已经取得了突破性的进展(Eq. 15). 但不可否认, 和成熟的钯催化的交叉偶联反应(Suzuki, Heck, Negishi)相⽐较, 改善的空间仍然是巨⼤的, 其主要缺陷是⼀般情况下钯催化剂的⽤量较⾼(10%), 三氟甲基化试剂⼀般较为昂贵, ⽽且有些试剂为⽓体或低沸点⼩分⼦, 物理化学性质不理想也是⼤⽓臭氧层的破坏者, 再者, 过渡⾦属的含量在药物分⼦API中的控制也是必须考虑的因素之⼀. 从这个⽅⾯来讲, Scripps 的Baran⼩组[45]在Langlosi⼩组[46]前期⼯作基础上将便宜易得的三氟亚磺酸钠作为三氟甲基源, 过氧叔丁醇作为氧化剂⽽进⾏的杂环的直接三氟甲基化. 由于反应不需要⾦属催化剂, 能在室温下进⾏, 反应条件温和, 溶剂为⽔/⼄腈(也不需额外处理), 对各种取代基及官能团不需保护和耐受性好, 是⼀种实⽤价值很强且易放⼤和⼯业化的好⽅法, 堪称⼀⼤突破. 当然对⾃由基参与的化学反应, 反应热的控制和安全性评价是必不可少的.有趣的是, 该三氟甲基化反应是通过⾃由基中间体完成的, 因此反应的区域选择性并不是⾼度专⼀的, 从某种程度来说, 它对现存药物的三氟甲基化⽽带来的新的药物分⼦的多样性确是⼀件好事, 因为芳烃或杂环分⼦有多于⼀个的活性反应点, ⽽便利地引⼊三氟甲基改造现有药物分⼦不失为⼀种旧药改造的捷径. Scheme 28 列出了⼀系列经过后三氟甲基化(Late-stage trifluoromethylation)的天然产物和重磅炸弹, 我们相信许多药物研发的科学家也会逐渐学习接纳这⼀新⼿段.Gooβen 研究⼩组[50]随后报道了铜盐催化下, 使⽤Ruppert试剂(TMSCF3)以芳⾹胺为原料的桑徳迈尔反应制备三氟甲基化芳烃(Scheme 31). 有所不同的是, 他们使⽤的催化剂是⼀价铜盐, 其中以硫氰化铜(CuSCN)催化活性最⾼. 反应温度为室温, 有很好的官能团兼容性, 产率在40%～98%之间.王剑波等[51]⾸先报道了通过三氟甲基银(AgCF3)和芳⾹胺参与的桑德迈尔反应来完成胺基⾄三氟甲基的官能团转化(Scheme 32). 值得⼀提的是, 反应需要在－78 ℃下完成, 否则收率较低.三氟甲基银是通过AgF和TMSCF3来制备的, 有趣的是: 使⽤CuCF3 为试剂, 在相似条件下, 产物的收率不佳(37%). 避免使⽤超低温反应条件(－78 ℃)也许是将来反应优化、⾛向适⽤性的发展⽅向之⼀.Baran研究⼩组[45]在利⽤便宜易得的三氟亚磺酸钠进⾏芳烃三氟甲基化⼯作的基础上, 最近⼜成功地从三氟亚磺酰氯和锌粉在⽔为溶剂中制备了物化性能更加优越的新试剂三氟亚磺酸锌, 并成功应⽤于芳⾹烃的三氟甲基化反应(Scheme 34). 利⽤该试剂, Baran研究⼩组对⼀些天然产物,药物中间体也进⾏了后三氟甲基化(Late stage trifluoromethylation), 并取得了理想的实验结果. 肖吉昌⼩组[55]也⾸次报道了铜促的采⽤三氟甲基锍盐的三氟甲基化碘代芳杂(稠)环的新⽅法(Eq. 22). 该反应具有官能团兼容性好、反应条件温和、产率⾼等优点, 对不同杂环系统的三氟甲基化均取得了很好的结果. 据称反应机理涉及到铜还原锍盐产⽣活泼中间体CuCF3的单电⼦转移过程.值得⼀提的是, 2010 年Yu等[59]利⽤⼀系列杂环如吡啶、嘧啶、咪唑和噻唑为邻位导向基, 在Pd(OAc)2的催化和TFA为促进剂的联合作⽤下, 成功地利⽤C—H活化⽅法进⾏了芳环的三氟甲基化, 取得了良好的实验结果(Eq. 26).20世纪80年代⾄90年代初, 陈庆云院⼠领导的研究团队[60]先后发现了数个三氟甲基化的试剂[5],其中1991年报道的1,1-⼆氟-1-氯代⼄酸甲酯(MCDFA)在KF和CuI存在下在DMF溶剂中能有效地进⾏相应酯的热分解(100～120 ℃), 通过消除CO2和CH3X, 完成相应的三氟甲基化反应, 反应具有条件相对温和、产率⾼、试剂便宜易得等优点, 该⽅法被称为陈试剂(陈⽅法, Eq. 27), 并⼴泛被国内外学术界和药业应⽤于含三氟甲基的化合物的合成.2013年Senanayake等[61]使⽤陈试剂, 在研发抗感染药物中, 通过条件优化并使⽤控制滴加的⽅法、溶剂筛选, 确定了最佳反应条件,有效控制了放⼤反应中泡沫CO2以及三个副产物的形成,成功制备了关键中间体(Eq. 28). 值得⼀提的是, 鉴于1,1-⼆氟-1-氯代⼄酸甲酯(MCDFA)在⼯业⽣产中⼤规模⽣产, 其成本要⽐使⽤Ruppert试剂降低85%.在⼯艺研发GSK3β抑制剂AZD8027的过程中, AstraZenca的Witt等[64]⾯临着同样如何有效和⽅便地引⼊氟原⼦和三氟甲基的问题. 很显然, 通过⽤Selectfluor引⼊氟原⼦后缩合形成氟代嘧啶杂环是极不可取的(Scheme 38). ⼀是氟化试剂昂贵, ⼆是氟化产率低(50%～55%), ⽽且有中间体不稳定等缺点.改进的合成⽅法⾸先合成了含氟嘧啶和含三氟甲基的咪唑⽚断, 然后通过杂环的Ziegler偶联关键反应等有效制备了AZD8926, 改进过的合成⽅法更趋合理(Scheme 39), 产率更⾼. 同时把钯催化的胺化反应提前, 避免了消除痕量钯⾦属所带来的困扰和API的损失.经过这些年的不懈努⼒, 有机氟化学在诸多⽅⾯得到了迅猛的发展, 世界⼀流的研究⼩组你追我赶, 创新⽴异, 成果频出. 应该承认, 有机⾦属化学的进展、催化反应的应⽤是今天氟化学进展的主推动⼒. 最近在有机化学的期刊上很难看到不含有氟化学的论⽂. 许多有关氟化学的专著也陆续出版[65], 综述⽂章和研究论⽂也不断更新[66].在这⾥, 我们将近年来芳⾹烃氟化反应和芳⾹烃杂环化合物N (n＝1, 2, 3)氟甲基化反应的研究进展⽤图⽰的形式进⾏概括总结(Schemes 40, 41), 并概述了近年来含氟药物的研究成果. 值得特别强调的是第(III)种反应类型即新颖的氧化氟化反应(Oxidative fluorination)和氧化三氟甲基化反应(oxidative trifluoromethylation)是近⼏年来的研究热点课题之⼀. 我们相信最近的氟化学进展必将为药物研发⼯作者进⾏⼴泛的药物合成研究开辟了崭新的道路. 毫⽆疑问, 它必将拓展含氟药物建筑全新分⼦的想象空间, 提供更多重要的⽅法和途径.从发展趋势和⽅向来看, (1)理想的氟化反应应该是⽆⾦属(Metal-free)参与的或者是⾼效的过渡⾦属催化的过程, 应该⼤⼒开掘新颖⾼效的催化系统; (2)从经济、绿⾊环保等⽅⾯和为⼯业化放⼤⽣产考虑, Pd等催化剂的⽤量应该尽量控制在0.5～1 mol%之间(⽬前⼀般为5～10 mol%左右); (3)氟原⼦和N氟甲基的引⼊先后(现在⼀般的氟化物原分离纯化较难, 区域选择性不好⽽附带各种含氟杂质; (4)利⽤便宜易得的氟试剂, ⽬前许多含氟试剂较贵; (5)操作简单的⼯艺, 反应应该有不怕氧不怕⽔等优点, 安全且重复性好; (6)反应应该具有⾼产率, 尤其是含氟中间体和产物料都是市场上购⼊含氟⼩分⼦), 理想的状态应该是后加⼊F, ⽬前缺陷是: 收率⼀般并不太⾼, 产物纯品纯度不够, 如何进⾏分离纯化对⼯艺开发也是⼀个很⼤的挑战, 因为⼀般⽽⾔, 含氟化合物在多数有机溶剂中的溶解度⽐母体化合物更佳, 这使得利⽤重结晶、打浆等⼿段富积含氟化合物更趋不可能.应该指出的是, ⽬前在候选药物结构单元中什么位置引⼊氟原⼦和三氟甲基团, 仍带有相当的随意性, 仍然不能利⽤分⼦设计和计算化学的⽅法得到确切的判断. 也就是说含氟化合物的⽣理活性与分⼦结构的构效关系只能在⼀定程度上进⾏预测, 没有形成系统的理论体系. 显然这也是对药物科研⼯作者在含氟药物的合成与创新、开发⾼效低毒的新型药物提出的挑战.综上所述, 经过这⼏年有机氟化学家、有机⾦属化学家和药物化学⼯作者的共同努⼒, 在许多世界⼀流实验室参与和不⽢⼈后的研发热潮中, 有机氟化学的研究⾯貌发⽣了根本性的变化,极⼤地推动了含氟药物、多肽蛋⽩质化学和化学⽣物学的发展, 对材料科学和理论化学的发展也产⽣了很⼤的推动(Scheme 42). 毫不夸张地说, 这些年是有机氟化学发展的黄⾦时代, 它所创造的崭新氟化学反应⼿段和策略,为药物化学家开拓含氟药物这座宝藏提供了机遇和创造空间,也激发和丰富了有机化学家和药物科研⼈员的创造性和想象⼒,含氟药物仍是今后很长⼀段时间药物研发的⼀个热点课题, 这也是摆在中国有机化学家和药物科研⼈员⾯前的⼀⼤机遇和挑战.声明:。
中科院上海有机所研究生课程：氟化学-含氟精细化工产品_图文
7．
2）
杂环上氟化
3 电解氟化（Electrochemical Fluorination） 3M公司
三氟醋酸 CF3CO2H 溶剂，化工原料
二氟乙酸 CHF2CO2H
• b，氢键和电子作用 • c，立体电子效应和构象 • d，代谢稳定性和反应中心的调整 • e，生物等位体模拟 • f，基于机理的“自杀性”抑制
代谢稳定性和反应中心的调整
阻止胆固醇吸收药物 ：
SCH 48416 SCH 58235
疗效提高50倍
埃博霉素（Epothilone）
生物等位体模拟
抗HIV药物 抑制反转录酶的功能
中国专利，CN Pat.: ZL98110687.9
调聚醇： H(CF2CF2)nCH2OH n=1，四氟丙醇，CD-ROM 清洗剂
齐聚法(ICI)
4 氟气氟化法 Fluorinated by Fluorine Gas 全氟奈烷，Perfluorodecalin 氟化石墨, Graphite Fluoride
5 利用含氟中间体进行化学转化 Prep. by fluorinated synthon
三氟乙酰乙酸乙酯 （ETFAA） Rohm-Haas
吸入式麻醉剂 Inhalation Anaesthetics 麻醉剂： C．H类： 可燃性，手术室爆炸，着火。 F醚类： 不可燃 体内代谢少，副作用少， 生效快，苏醒快。
含氟精细化工产品
脂肪族 (Aliphatics )：
芳香族 (Aromatics)： 氟（甲）苯类；三氟甲苯类；卤代氟苯类；硝基氟笨类 ；氟苯胺类；氟苯酚类；氟苯甲醛类；氟苯甲酮类；氟 苯甲酸类；氟苯甲酰氯类；氟苯甲氰类；氟苯甲醚类； 氟苯甲酰胺类；双三氟甲基苯类；三氟甲基苯基醚类； 二氟甲基苯基醚类；三氟甲基苯基硫醚类及含氟杂环类 如：三氟甲基吡啶及其衍生物类；含氟吡啶及其衍生物 类等十几个大类，上千个品种。欧，美，日等大部分已 产业化。
中科院上海有机所研究生课程：氟化学-含氟精细化工产品
N O
OMe
Hale Waihona Puke 去 甲 基 化SCH 48416 SCH 58235
疗效提高50倍
立 体 选 择 性 氧 化 去 甲 基
OH OH
F
阻 止 氧 化
O
N
F
去 甲 基 化
埃博霉素（Epothilone）
N O O OH
S
氧 化
X
12
13
X = CH3 X = CF3
OH
O
生物等位体模拟
F Cl O F O N H H O N O
CF3 R CF3X X=O; S CF3 R N R
Cl CH3 CCl3
Cl
Cl CF3
CH3
N
CCl3
N
CF3
R OH CCl4/HF/Cat. R
N
OCF3
R SH
R SCH3
R SCCl3
R SCF3
CF3
CF3
CF3
CN C O 2H
NH2
O, P
CF3
CONH2
CH3 N NH2
含氟电子产品 F-Electronic Products
含氟精细化工产品 脂肪族 (Aliphatics )：
C F 3C H 2O H C F 3C O 2H C F 3C O C H 2C O 2E t
芳香族 (Aromatics)： 氟（甲）苯类；三氟甲苯类；卤代氟苯类；硝基氟笨类； 氟苯胺类；氟苯酚类；氟苯甲醛类；氟苯甲酮类；氟苯 甲酸类；氟苯甲酰氯类；氟苯甲氰类；氟苯甲醚类；氟 苯甲酰胺类；双三氟甲基苯类；三氟甲基苯基醚类；二 氟甲基苯基醚类；三氟甲基苯基硫醚类及含氟杂环类如： 三氟甲基吡啶及其衍生物类；含氟吡啶及其衍生物类等 十几个大类，上千个品种。欧，美，日等大部分已产业 化。
(整理)当代有机氟化学
当代有机氟化学以下内容：来自于‹当代有机氟化学-合成反应应用实验›，自101页开始。
全氟烷基阴离子基本上可用于通常生成烷基或芳基阴离子一样的方法所产生，通过适当的C-H酸前体，用强碱脱质子或用还原性卤素（通常是溴、碘）金属交换，另外一种也是全氟世界所独有的方法即负离子或其他阴离子加成到全氟烯烃。
所有的全氟烷基阴离子由于受到氟取代的吸电子诱导效应（-I）而稳定，同时又受到氟原子的孤电子对对碳负离子中心的p-π电子排斥而去稳定。
对于β-氟碳负离子，负的超共轭效应可起到稳定化作用。
如果碳负离子并非处于自由的状态而是和金属（一个硬的路易斯酸），由于巨大的晶格能的释放趋向将强烈促使全氟烷基金属化物发生碎片化。
若存在β-氟原子，则将发生β-氟消除而产生末端全氟烯烃；若仅有α-氟原子，则发生α-氟消除而生成二氟卡宾，全氟芳基锂即使在低温条件下（一般-20*-40℃）也能发生消除，产生相应的芳基炔和氟化锂并伴随大量放热。
氟离子是很容易加成到全氟烯烃的，由于它将赴原子取代的SP3碳转化成SP2碳，而解除了p-π排斥引起的张力。
全氟丙烯或全氟烯烃的加成反应机理高度区域选择性的，他总是生成一个与带负电荷碳连有着最多碳原子数的阴离子。
氟离子很容易加成至全氟烯烃并生成一个碳负离子，用催化量的CsF处理全氟烯烃有时可以生成许多齐聚体的混合物。
五-三氟甲基环戊二烯阴离子生成的例子深刻反映了这种类型的反应。
它可以被应用于高度选择性的合成，例如五-三氟甲基环戊二烯基铯。
F 2C CHCF 3CF 3F 3C3CCF 33通过氟离子对全氟烯烃的加成产生全氟烷基阴离子的方法可以用于制备目的。
应用适当底物的脂肪族或芳环的亲核取代反应可选择性的引入全氟烷基。
对于芳香底物而言，离核的离去基团通常是氟离子，因此此类反应可改用催化量的氟离子。
催化剂或者是一个无机氟化物（CsF ）或在一个电化学反应过程中由全氟烯烃的还原-脱氟产生。
长链全氟烷基锂化合物的生成通常是在更低的温度（<-78℃）,他们通常是现场生成并立即和相应的底物（通常为羰基化合物如醛、酮或酯）直接进行反应。
有机氟化学的研究及历史
有机氟化学的研究及历史1.为何要讨论有机氟化学氟是一个很特别的元素，许多有机氟化合物也有着特殊的有时甚至是很惊奇的性质。
数目众多的含氟聚合物、液晶材料和其他高性能材料因为结构含氟的影响而产生了相应的独特性质。
对于自然界生物圈而言，有机氟化物几乎彻低是外来的。
生物过程彻低不依靠于氟的代谢，但另一方面许多现代的药物或农用化学品又起码含有一个氟原子，它们通常都有着特殊的功能。
而全氟烷烃又被认为对于生命是“正交的”。
它们起到的仅是单纯的物理作用比如说作为氧气的载体，然而对于生命体而言它们却彻低是一个外来者，不被生命体所识别甚至彻低被忽视了。
尽管氟本身是全部元素中最活泼的，但某些含氟有机化合物具有犹如惰性气体那样的稳定性。
它们有时所引起的环境问题，并非是因为它们的活性，恰恰是由于缺少活性，使它们在自然界中长久存在所致。
全部这些特别性使得有机氟化学成为一个非同普通和十分诱人的领域,它给许多与化学相关的学科，如理论化学、合成化学、生物化学和材料化学的进展提供新的刺激和惊喜。
2.历史因为的毒性以及由制备元素氟较为困难，因此有机氟化学的进展和含氟有机化合物的实际应用直到19世纪晚期才开头(表1.1)。
真正的突破是H. Moissan于1886年首次合成了元素氟，而第一个结构确定的有机氟化合物，苯甲酰氟，是由俄国化学家、物理学家和作曲家Alexander Borodin于1863年制备出来并予以记载。
表1.1有机氟化学进展中的历史大事和数据 20世纪30年月初将氟氯烷烃(CFCs)用做制冷剂标记着有机氟化学工业应用的开头。
为了进展核武器而始于1941年的曼哈顿方案，则是工业有机氟化学进展历史上的一个重要转折点。
曼哈顿方案要满足对高度抗腐蚀材料、润滑材料和冷却剂的需求，及处理一些腐蚀性特殊强的无机氟化物工业技术。
于是在囫囵20世纪40年月对于作为上述材料的前体—的消耗也不断增长。
1945年之后，随着冷战的开头，各式各样的防务方案为不断地进展氟化学和利用含氟化合物提供了经久不衰的原动力。
中科院上海有机化学研究所-氟化学研究生课程课件
HO HO OH
F
HO
OH
Thrombin inhibitor( stroke)
Ki (nM)
N
N
O N O 0.27 N H N NH2
H
N H H
oxidation
N
N
O N O N H N NH2
F
F
N H
0.042
J. Med. Chem., 2003, 46, 461-473
2) Fluorine may also be employed as a leaving group in addition-elimination processes
含氟生物活性物质
卿凤翎
自然界：
• 有机氟化合物几乎不存在： 12
• 无机氟化合物
氟化钙（萤石）：CaF2
我国是世界上萤石储量大国，探明储量占世界总 储量的三分之一 。
Cover Story Fabulous Fluorine
Chemical & Engineering News
Volume 84, Number 23: June 5, 2006
5) Fluorine has been employed as a replacement for both hydroxyl and hydrogen Difluoromethylene units have been employed as isosteric replacements for oxygen In fact, no other functional group that can replace oxygen matches so well the steric and electronic demand of oxygen.
中科院上海有机所研究生课程：氟化学-含氟精细化工产品74页PPT
去甲基化
OMe
OMe
去甲基化
去甲基
OH
阻止胆固醇吸收药物：
SCH 48416 SCH 58235
疗效提高50倍
N O
F
去甲基化
埃博霉素（Epothilone）
N
S
氧化
O
O
OH
13
X
12
X = CH3 X = CF3
O OH
生物等位体模拟
Cl O
N
O
H
Efavirenz 依发韦仑
F
F O
N
O
H
抗HIV药物 抑制反转录酶的功能
OH
氟代亚甲基多巴胺衍生物 胺氧化酶抑制剂
2) 含氟医药
抗菌素bacteriophage 和 抗生素antibiotics
诺氟沙星Norfloxacin（氟哌酸）
O
F
CO2H
N
N
N
Et
环丙沙星ciprofloxacin；洛美沙星 Lomefloxacin；
左氧沙星Levofloxacin； 依诺沙星Enoxacin
H
OH
O COCH2OH
H
F O
含氟吸入式麻醉剂 Inhalation Anaesthetics 异氟醚 Isoflurane CF3CHClOCHF2 地氟醚 Desflurane CF3CHFOCHF2 七氟醚 Sevoflurane （CF3）2CHOCH2F
1．
1) 模拟效应
2) 脂溶性和渗透性
3
3) 电子效应
4
4) 阻塞效应
2， 氟化工产品的分类 Classification of fluorochemicals
氟化学
Reactivity of Perfluoraromatic & Perfluoroolefinic Systems.
3
简 史
1886年 Moissan 分离出F2 1986年法国庆祝一百周年 设立Moissan奖章 1890年 F.Swarts 1930年 T. Midgly & A.L. Henne
o
H2
UF4
F2 250 C
o
UF6
gaseous diffusion
235 UF 6
(0.6%)
238 UF 6
(99.4%) lubricants
1966年 Artifical blood Clark L.C. 1974年 S. Rowland & M. Molina CFC破坏臭氧层
5
1987年 Montreal Protocol 1990-1992年 revised 2002年 Fluorinase enzgme (in the bacterium Streptomyces cattleya)
-Id
δ+ C
Fδ
9
Comparative Physical Properties of n-Hexane
Propertya
b.p.(℃ ) △ Hv(Kcal mol-1) Tc(℃) d25(gcm3) η25(CP) γ25 (dyncm-1) β(10-6atm-1) n25D ε
C6F14
CCl4 + HF + SbCl5
Freon 12
CF2Cl2
1934年 Schloffer & Scherev
CHF2Cl
Freon 22
有机氟化学
氟化学及其应用
祝 诗 发
2009-12-08
本讲内容
• • • • • • • • • • • 背景介绍 含氟生理活性分子 氟利昂 高级灭火剂 抗粘材料/氟碳涂料 人造血液 氟碳相 氟在有机化学中的应用 超酸（新加） 氟化学反应的基本原理和反应规律 参考文献
背景介绍
Fluorine
Fluorine was first identified by Karl W. Scheele in 1771 and first isolated in 1886 by the French chemist Henri Moissan.
Disadvantages Highly Corrosive, skin contact can be fatal Reacts with glass Gas (B.P. 20 oC) at room temperature
Element Fluorine (F2) Advantages Relatively cheap and commercially available Can be used for deep or selective fluorination Can react via radical or electrophilictype mechanisms
特殊性能
• （1）优良的防腐蚀性能—得益于极好的化学惰性、漆膜耐酸、 碱、盐等化学物质和多种化学溶剂，为基材提供保护屏障；该漆 膜坚韧—表面硬度高、耐冲击、抗屈曲、耐磨性好。显示出极佳 的物理机械性能。（神州飞船外层涂料、其它航天器外层涂料、 特殊环境下工作的仪器及部件：如磁搅拌子等） • （2）免维护、自清洁—氟碳涂层有极低的表面能、表面灰尘可 通过雨水自洁，极好的疏水性（最大吸水率小于5% ）且斥油、 极小的摩擦系数（0.15 — 0.17 ），不会粘尘结垢，防污性好。 (汽车反光镜、挡风玻璃、战机驾驶舱玻璃、特殊光学器件表面) • （3）强附着性—在铜、不锈钢等金属、聚脂、聚氨脂、氯乙烯 等塑料、水泥、复合材料等表面都具有其优良的附着力，基本显 示出宜附于任何材料的特性。高装饰性——在60 度光泽计中， 能达到80% 以上的高光泽。(墙面漆、道路、桥梁、隧道等；中 国西部酸雨条件下的隧道维护、标志性建筑的外表等) • （4）超长耐候性—涂层中含有大量的F--C键，决定了其超强的 稳定性，不粉化、不褪色，使用寿命长达20年，具有比任何其他 类涂料更为优异的使用性能。优异的施工性—双组分包装、贮存 期长、施工方便。（建筑施工）
有机氟化合物
5) Fluorine has been identified as improving the lipophilicity of a molecule and hence its distribution within an organism.
O O N F O O F N
Nபைடு நூலகம்
The Csp3-F bond of 1.40A°is slightly shorter than the Csp3-OH bond
HO H N N H O N H O N F H N O O N
brevianamide E
fluorobrevianamide E
Competitive inhibitor of acylCoA:cholesterol acyltransferase Angew. Chem. Int. Ed., 2001, 40, 4461
H N O
O N H
F
F H N O
O N H 0.06
O
4) Fluorine has been employed as a replacement for both hydroxyl and hydrogen
Difluoromethylene units have been employed as isosteric replacements for oxygen In fact, no other functional group that can replace oxygen matches so well the steric and electronic demand of oxygen.
2) Fluorine bonded directly to a carbanionic center: destabilizing by I replusive interaction But, CF3 stabilizing
【免费下载】当代有机氟化学
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，力根保通据护过生高管产中线工资敷艺料设高试技中卷术资配0料不置试仅技卷可术要以是求解指，决机对吊组电顶在气层进设配行备置继进不电行规保空范护载高高与中中带资资负料料荷试试下卷卷高问总中题体资，配料而置试且时卷可，调保需控障要试各在验类最；管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况中卷下，安与要全过加，度强并工看且作护尽下关可都于能可管地以路缩正高小常中故工资障作料高；试中对卷资于连料继接试电管卷保口破护处坏进理范行高围整中，核资或对料者定试对值卷某，弯些审扁异核度常与固高校定中对盒资图位料纸置试，.卷保编工护写况层复进防杂行腐设自跨备动接与处地装理线置，弯高尤曲中其半资要径料避标试免高卷错等调误，试高要方中求案资技，料术编试交写5、卷底重电保。要气护管设设装线备备置敷4高、调动设中电试作技资气高，术料课中并中3试、件资且包卷管中料拒含试路调试绝线验敷试卷动槽方设技作、案技术，管以术来架及避等系免多统不项启必方动要式方高，案中为；资解对料决整试高套卷中启突语动然文过停电程机气中。课高因件中此中资，管料电壁试力薄卷高、电中接气资口设料不备试严进卷等行保问调护题试装，工置合作调理并试利且技用进术管行，线过要敷关求设运电技行力术高保。中护线资装缆料置敷试做设卷到原技准则术确：指灵在导活分。。线对对盒于于处调差，试动当过保不程护同中装电高置压中高回资中路料资交试料叉卷试时技卷，术调应问试采题技用，术金作是属为指隔调发板试电进人机行员一隔，变开需压处要器理在组；事在同前发一掌生线握内槽图部内纸故，资障强料时电、，回设需路备要须制进同造行时厂外切家部断出电习具源题高高电中中源资资，料料线试试缆卷卷敷试切设验除完报从毕告而，与采要相用进关高行技中检术资查资料和料试检，卷测并主处且要理了保。解护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
有机氟的结构及应用
在此期间，几次历史性的突破极大地促进了有机氟化学 的发展，如本世纪三十年代氟利昂应用于制冷工业，二 战期间曼哈顿工程的实施，五十年代高生理活性氟脲嘧 啶的合成等等.氟元素具有高负电性，它形成的有机氟聚 合物具有卓越的耐化学性、热稳定性，优良的介电、耐 热、耐药品、不燃、不粘及摩擦系数小等性能，是综合 性能极佳的合成材料
1.1.2国外氟化学及工业发展趋势
国外有机氟材料正处于稳定树脂和氟橡胶的比例 不断上升，聚四氟乙烯比例下降。全球含氟聚合物生 产能力合计为18．34万吨，装置开工率约70％，聚四 氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚全氟乙丙烯、氟橡胶等四种 主要产品占聚合物总量的85％。其中杜邦、 SolvaySolexis、大金、AGC、阿托菲纳等公司在技术、 品种和产能方面均处于领先地位，产能占全球总产能 的89％。近几年国外产能进一步扩大，新技术、新产 品不断应用。杜邦公司采用超临界聚合工艺开发了6 种高性能可熔性氟树脂，采用“APA工艺"生产改善脱 模性能的氟橡胶；
国外公司还开发了适用于高温的氟橡胶制造新工艺；霍 尼韦尔公司开发出新一代发泡剂HFC．245Fa以替代 HCFC．141b，月产能达2万吨；大金和AGC公司也开发 了HCFC．22的替代品HFC．125 并已建立了工业装置【2】 。
1.1.3 我国氟化学及工业发展趋势
在我国，氟化学研究是从1958年开始的，随着国民经济和科学技术的发展，尤其 是尖端科学技术的需要，40多年来从无到有建立了一大批以氟化学为对象的专业 研究部门，有了自己的氟材料工业，同时培养了许多专业人才。我国已在不同程 度上掌握了氟塑料、含氟弹性体、含氟离子交换摸、含氟润滑油脂、表面活性剂、 药物、灭火剂、绝缘与传热介质等各类含氟高分子和小分子有机氟化物的合成， 多数已经投产，其中不少科研项目和产品已接近和达到世界先进水平。另外，只 要看一看我国原子能和导弹火箭技术的水平就足以判断我国氟化学的水平了。经 过“十五”期间的发展，目前己进入黄金时期。特别是化工、制药、汽车、电子、 交通等行业的发展，对高性能氟产品的品种、数量的需求越来越大，极大地促进 了中国有机氟产业的发展。
当代有机氟化学共27页文档
当代有机氟化学共27页⽂档当代有机氟化学以下内容：来⾃于?当代有机氟化学-合成反应应⽤实验?，⾃101页开始。
全氟烷基阴离⼦基本上可⽤于通常⽣成烷基或芳基阴离⼦⼀样的⽅法所产⽣，通过适当的C-H酸前体，⽤强碱脱质⼦或⽤还原性卤素（通常是溴、碘）⾦属交换，另外⼀种也是全氟世界所独有的⽅法即负离⼦或其他阴离⼦加成到全氟烯烃。
所有的全氟烷基阴离⼦由于受到氟取代的吸电⼦诱导效应（-I）⽽稳定，同时⼜受到氟原⼦的孤电⼦对对碳负离⼦中⼼的p-π电⼦排斥⽽去稳定。
对于β-氟碳负离⼦，负的超共轭效应可起到稳定化作⽤。
如果碳负离⼦并⾮处于⾃由的状态⽽是和⾦属（⼀个硬的路易斯酸），由于巨⼤的晶格能的释放趋向将强烈促使全氟烷基⾦属化物发⽣碎⽚化。
若存在β-氟原⼦，则将发⽣β-氟消除⽽产⽣末端全氟烯烃；若仅有α-氟原⼦，则发⽣α-氟消除⽽⽣成⼆氟卡宾，全氟芳基锂即使在低温条件下（⼀般-20*-40℃）也能发⽣消除，产⽣相应的芳基炔和氟化锂并伴随⼤量放热。
氟离⼦是很容易加成到全氟烯烃的，由于它将赴原⼦取代的SP3碳转化成SP2碳，⽽解除了p-π排斥引起的张⼒。
全氟丙烯或全氟烯烃的加成反应机理⾼度区域选择性的，他总是⽣成⼀个与带负电荷碳连有着最多碳原⼦数的阴离⼦。
氟离⼦很容易加成⾄全氟烯烃并⽣成⼀个碳负离⼦，⽤催化量的CsF处理全氟烯烃有时可以⽣成许多齐聚体的混合物。
五-三氟甲基环戊⼆烯阴离⼦⽣成的例⼦深刻反映了这种类型的反应。
它可以被应⽤于⾼度选择性的合成，例如五-三氟甲基环戊⼆烯基铯。
通过氟离⼦对全氟烯烃的加成产⽣全氟烷基阴离⼦的⽅法可以⽤于制备⽬的。
应⽤适当底物的脂肪族或芳环的亲核取代反应可选择性的引⼊全氟烷基。
对于芳⾹底物⽽⾔，离核的离去基团通常是氟离⼦，因此此类反应可改⽤催化量的氟离⼦。
催化剂或者是⼀个⽆机氟化物（CsF）或在⼀个电化学反应过程中由全氟烯烃的还原-脱氟产⽣。
长链全氟烷基锂化合物的⽣成通常是在更低的温度（<-78℃）,他们通常是现场⽣成并⽴即和相应的底物（通常为羰基化合物如醛、酮或酯）直接进⾏反应。
有机氟化合物的合成
反应示例
N H 2 N a N O 2
B r H P F 6
N 2 P F 6 B r
F B r
这个反应的另一个改进方法就是直接用HF/NaNO2进行重氮化，或在一些碱如吡 啶，2－羟基吡啶，哌啶等存在下重氮化，然后热解生成相应的氟化合物14，苯
13
第13页，共53页。
R1
R 3Y 70% H F/P y, C H 2 C l2
R2 O
25oC, 1-4h
R1 OH R2 F R3Y
R1 Ph Ph Ph -(C H 2)5Ph Ph Ph Ph -(C H 2)4-
R2
R3
Y
H
H
COOEt
H
CH3 COOMe
H
H
COOMe
H
H
COOEt
H
H
CONH2
H
H
CN
CH3 H
CN
H
CH3
CN
H
CN
cis/trans % 22/78 41/59 0/100
0/100 59/41 56/44 49/51
Y ield % 95 95 95 90 94 91 96 90 88
threo/erythro % 20/80 46/54 5/95
8/92 57/43 55/45 50/50
盐，便得到氟化物11。
NH2 NHAc
HBF4 NaNO 2
N2BF4
Cu
NHAc
F NHAc
9
第9页，共53页。
对一些热稳定性差的化合物，也可以通过光解或超声波12分解得到相应的氟物。 用六氟磷酸代替氟硼酸，得到的重氮盐ArN2PF6溶解性更小，因此提高了反应产。
氟化学
有机氟材料的结构与性能及其在涂料中的应用随着科学及人类生活的进步和改善,涂料越来越多的被应用于高温、腐蚀性强、污染度高等劣环境中,因而人们对涂料性能的要求也越来越高。
氟系涂覆材料由于其优异的耐侯性、耐腐蚀性、耐热性、耐化学品性、防污性、斥水斥油性及低摩擦性等优良特性,而成为化工设各、海上平台、大型船舶防护等极端恶劣环境中使用的最高技术涂料。
特别是近年未,出现了可保持光泽10 年以上的交联型氟树脂涂料,使氟涂料正在建筑、重防腐、汽车涂装等领域取得惊人的发展,并由此引发了涂料市场的巨大变革,开始实现超长耐候性(可达30 年) 及大型被涂物的免维修等目标。
1 氟材料的结构特点氟涂料的优异性能,从分子结构而言,一般聚烯烃分子的碳链呈锯齿形,如将氢原子换成氟原子,由于氟原子电负性大,原子半径小,C —F 键短,键能高达500KJ / mol ,而且由于相邻氟原子的相互排斥,使氟原子不在同一平面内,主链中 C —C —C 键角由112°变为107°,沿碳链作螺旋分布,故碳链四周被一系列性质稳定的氟原子所包围。
由于是对称分布,整个分子呈非极性;又因氟原子极化率低,碳氟化合物的介电常数和损耗因子均很小,所以其聚合物是高度绝缘的,在化学上突出的表现是高热稳定性和化学惰性。
另外,通常太阳能中对有机物起破坏作用的是可见光2紫外光部分,即波长为700～200nm 之间的光子,而全氟有机化合物的共价键能达544KJ / mol ,接近220nm 光子所具有的能量。
由于太阳光中能量大于220nm 的光子所占比重极微,所以氟系涂料耐候性极好。
全氟碳链中,两个氟原子的范德华半径之和为0. 27nm ,基本上将C —C —C 键包围填充。
这种几乎无空隙的空间屏障使任何原子或基团都不能进入而破坏C —C 键。
因此,其耐化学性极好。
2 含氟树脂涂料的发展过程及主要品种氟树脂的历史始于1938 年,美国的Plunket 博士发现四氟乙烯室温下聚合生成白色粉末。
最近的有机氟化学及次氟酸的发展综述
全氟-丙基-氧化氟属于长链的全氟烃基-次氟酸，因此比CF3OF和CF2(OF)2的热稳定性差。
计划1所示的次氟酸热分解，也观察到其与全氟-烯烃的反应。在这种情况下，分解发生在温度低至100℃，它可以被视为一种竞争途径，烷氧基-原子团而非全氟-烯烃，活泼的烷氧基开始形成和发生加成反应，如总结方案5。由于这种趋势，控制反应条件，不仅在次氟酸合成中也在它的添加的过程中，频繁的导致全氟烷和羰基氟的形成，是由于刚开始次氟酸化时广泛的进行了分解。
1.F-催化次氟酸形成
2.添加次氟酸于氟氯烯中
3.用锌、氢氧化钠或氢脱氯或加氢脱氯
PMVE，CF3OCF=CF2是根据CF3OF的工业生产过程中获得的最贵重的化合物。它通过四部获得，如Scheme 2所示。
反应（11），即合成羰基二氟，遵循一个快速的机制，由于强烈的放热导致控制很难。很可能热失控而造成选择性很差。我们可以得到很纯净的COF2通过降低火焰温度来稀释反应物从而提高反应物的s/v值。我们已经得到了表征性的副产物，CF3OF，CF4和O2，由于高温气相的产生，提高反应温度不是最优的。副产品CF3OF和CF3OOCF3如Scheme3所示。
关键词：有机次氟酸；合成；稳定；反应；全氟；工业应用
正文
1.介绍
上世纪初，早起工业上希望通过电化学过程生产氟而偶然发现次氟酸，这是人们第一次发现次氟酸。这个实验在1927年被Lebeau and Damiens在实验室内重复出来。他们发现氟的氧化物可以由湿氢氟化物开始合成。
另一个在此领域的巨大飞跃归因于Cady and coworkers关于有机次氟酸的发现，在1960年，次氟酸化学的研究与工业生产被火箭助推剂技术所驱动。有机次氟酸的合成方法被Ruff和Lustig决定性的提高。羰基化合物的氟化方法用铯的氟化物作为催化剂，反应（1）所示，从此增加了有机次氟酸的数量。
探究分析有机氟化工新材料
探究分析有机氟化工新材料摘要：氟化工材料在当今有着相当广泛的应用范围，下到普通生产生活，上到国家高端科技，都可以看到有机氟化工材料的应用身影。
本文从我国的基本国情展开讨论，对我国有机氟化工材料的应用发展历程进行了分析，并讨论了当今应用热潮中的几类有机氟化工新材料，让人们对该项工业有了更深的了解，并为将来有机氟化工工艺的发展方向提供了一定的参考依据。
关键词：有机氟化工含氟工业新材料应用自上世纪以来，有机氟化工工艺就成为了全球各个国家重点研究与发展的项目，为推动国家科技与经济的发展做出了非常重要的贡献。
特别是对于我国来说，自改革开放之后，各项建设事业取得了飞跃式的发展，而在各类建设项目的实施过程中，无可避免地需要使用到不同类型的有机氟化工材料。
到了今天，各种有机氟化工新材料更是种类繁多，为人们的生产生活带来了极大的方便，更促进了国家高端科技产业的迅猛发展。
一、有机氟化工新材料在我国的发展应用有机氟化工工艺在我国的起源相对于国际上一些早期的工业国家来说要晚许多，因此在发展起点上相比于国际先进水平更低，发展的空间相对来说更大。
有机氟化工材料在我国得到十分广泛的应用主要在改革开放以后表现得十分明显，人们的生产生活以及许多高端科技产业逐渐离不开有机氟化工材料的支持。
（一）我国有机氟化工材料的应用现状在当今，有机氟化工材料的应用已经渗透到社会上的每一个阶层，不同的领域。
从国防军事到医药卫生，从家居生活到实验教学，都会使用到相应的有机氟化工材料。
比如说在室内装饰工程中所使用到的涂料，有很大一部分就属于有机氟化工材料。
并且在一些药品生产过程中，也会加入一定量的有机氟化工材料，从而对药液起到较好的过滤作用。
总之，从普通的生产生活角度来说，有机氟化工材料已经得到了普遍应用，并且随着科技的发展以及人们生活水平的提高，对这类材料的应用要求也在迅速提升，急需更多安全、方便、环保的有机氟化工新材料来满足人们的使用需求。
（二）我国有机氟化工材料的应用发展趋势近年来，我国的经济发展取得了举世瞩目的成就的同时，生态环境受到了较为严重的破坏。
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当代有机氟化学以下内容：来自于‹当代有机氟化学-合成反应应用实验›，自101页开始。
全氟烷基阴离子基本上可用于通常生成烷基或芳基阴离子一样的方法所产生，通过适当的C-H酸前体，用强碱脱质子或用还原性卤素（通常是溴、碘）金属交换，另外一种也是全氟世界所独有的方法即负离子或其他阴离子加成到全氟烯烃。
所有的全氟烷基阴离子由于受到氟取代的吸电子诱导效应（-I）而稳定，同时又受到氟原子的孤电子对对碳负离子中心的p-π电子排斥而去稳定。
对于β-氟碳负离子，负的超共轭效应可起到稳定化作用。
如果碳负离子并非处于自由的状态而是和金属（一个硬的路易斯酸），由于巨大的晶格能的释放趋向将强烈促使全氟烷基金属化物发生碎片化。
若存在β-氟原子，则将发生β-氟消除而产生末端全氟烯烃；若仅有α-氟原子，则发生α-氟消除而生成二氟卡宾，全氟芳基锂即使在低温条件下（一般-20*-40℃）也能发生消除，产生相应的芳基炔和氟化锂并伴随大量放热。
氟离子是很容易加成到全氟烯烃的，由于它将赴原子取代的SP3碳转化成SP2碳，而解除了p-π排斥引起的张力。
全氟丙烯或全氟烯烃的加成反应机理高度区域选择性的，他总是生成一个与带负电荷碳连有着最多碳原子数的阴离子。
氟离子很容易加成至全氟烯烃并生成一个碳负离子，用催化量的CsF处理全氟烯烃有时可以生成许多齐聚体的混合物。
五-三氟甲基环戊二烯阴离子生成的例子深刻反映了这种类型的反应。
它可以被应用于高度选择性的合成，例如五-三氟甲基环戊二烯基铯。
通过氟离子对全氟烯烃的加成产生全氟烷基阴离子的方法可以用于制备目的。
应用适当底物的脂肪族或芳环的亲核取代反应可选择性的引入全氟烷基。
对于芳香底物而言，离核的离去基团通常是氟离子，因此此类反应可改用催化量的氟离子。
催化剂或者是一个无机氟化物（CsF ）或在一个电化学反应过程中由全氟烯烃的还原-脱氟产生。
长链全氟烷基锂化合物的生成通常是在更低的温度（<-78℃）,他们通常是现场生成并立即和相应的底物（通常为羰基化合物如醛、酮或酯）直接进行反应。
若这些羰基化合物是手性的可以得到合理的对映选择性的过量产物。
但金属是软的路易斯酸，如锌、铜、镉，则她的全氟烷基金属化合物是稳定的。
由于金属-碳键更多的共价特征，一价铜金属烷基化物则很容易在较高的温度下被分离处理和进行反应。
三氟甲基锌稳定性较差，它可以用作亲核的CF 3的来源，既可以直接分离出来，也可以用锌在DMF 或THF 中与全氟烷基锂在超声波作用下现场生成。
金属烷基锌化合物可分别应用于Barbier 类型的反应，把催化交叉偶联反应及烯烃的全氟烷基氢化反应。
三氟甲基铜可用两种方法制备并进行反应：在150℃下一价铜盐与三氟乙酸盐反应或用铜粉与CF 3I 反应。
即使看起来稳定的CF 3Cu,也有证据表明存在CF 3I 和CF 2及CuF 之间的平衡，而这种平衡依赖于温度和溶剂。
这种平衡可以被用于分步地建立一个长链的全氟烷基铜配合物，它是通过一个：CF 2插入的机理，此反应可被添加少量的HMPA 而终止。
全氟烷基铜试剂最常用于与芳基溴或碘交叉偶合生成全氟烷基取代的芳环化合物.。
铜促进的三氟甲基化反应的一个缺点是生成全氟乙基衍生物，他在反应体系中及在纯化处理产物是很难被除去。
这个副产物的生成就是由于前面所提到的卡宾插入，对此我们可以利用降低反应温度或优化溶剂（如加入HMPA ）来避免它的生成。
利用Me 3SiCF 3作为亲核三氟甲基的主要源泉的反应，可以在特别温和的反应条件下，即可现场生成CF 3Cu.同样的方法（利用Me 3SiC 2F 5）则可以成功地由芳基碘制备全氟乙烯基取代芳环的化合物。
铜促进的碘代芳烃和全氟烷基碘的交叉-偶合反应的机理类似于相应的卤代芳烃与有机亲核阴离子铜盐如（CuCN ）之间的反应。
先生成一个溶剂的全氟烷基铜配合物（Ⅰ），随后与碘代芳烃配位并发生的配体交换。
该反应的成功大大依赖于溶剂对铜试剂的溶剂化能力。
DMF 、吡啶、DMSO 等溶剂可给出最高的产率。
该铜试剂对水解不敏感，反应中存在的有机还原剂。
反应对存在的羰基、氨基、羟基也不反应。
反应中被取代基团的活性依次是I>Br>Cl不用金属的替代方法，用亲核还原活化全氟烷基碘，在低温时用有机还原试剂TDAE 处理R f I 所产生的R f -类物种（可能是一个电荷转移配合物R f I-TDAE ）可被许多亲电试剂捕获，如与Me 3SiCl 反应产生Ruppert 试剂Me 3SiCF 3,或与羰基化合物反应生成醇。
从原子经济观点看，生成CF 3-离子的最有效的方法使用强碱将价格低廉的CHF 3去质子化反应。
但是CHF 3沸点很低（-82.2℃），因此至少在实验室制备上必须处理气体；其次是为了防止CF 3-碎片化，在他生成后要立即稳定或捕获它。
后来终于发现合适的溶剂与强碱结合的反应体系，如DMF 和KO t Bu 、KN(SiMe 3)2以及DMSO/KH 等生成的CF 3-可与DMF 结合，他生成的半缩醛胺可被用于亲核的三氟甲基阴离子的储存库。
最近这一方法（CHF 3/DMF/强碱）又得到了进一步的拓展。
用全氟缩酰胺（可方便地用于吗啡啉或N-苯基哌嗪反应制备）作为三氟甲基化试剂，它是稳定的而且起始原料也不贵。
全氟烷基硅试剂：近几年来，Me 3SiCF 3及其全氟同系物Me 3SiR f 已经成为最常用的亲核全氟烷基化试剂。
被称为Ruppert 试剂的Me 3SiCF 3由Ruppert 合成于1984年,作为有活性的亲核三氟甲基化试剂则是由Prakash 及其同事们系统发展起来的。
它可用CF 3I 或CF 3Br 在各种还原剂如TADE 、P(NMe 2)3或Al 存在下，用CF 3Br 与Me 3SiCl 反应制备CF 3SiMe 3.在氟离子催化下，如Bu t NF 或甚至是路易斯碱，Me 3SiCF 3可高产率地转化为CF 3-并与众多亲电底物（如羰基化合物）反应。
反应机理是生成一个类似于碳阳离子的烷基三甲基三氟甲基硅酯阴离子物种，它随后在一个自活化链反应过程中将CF 3-转移至羰基，这一反应可由少量的氟离子引发。
一些硅酯中间体物种已被成功的分离并用NMR 及X 晶体衍射证实。
它与许多其他一些有机硅试剂明显的不同是Me 3SiCF 3的加成反应不被许多路易斯酸催化引发。
三氟甲基对醛酮和其他一些羰基化合物的亲核加成反应首先生成相应的三甲基硅醚，随后被水解成相应的醇，反应条件温和，因此这一方法被广泛应用，对一些敏感底物同样也适用。
与其他一些方法相比，利用硅试剂进行氟离子引发的三氟甲基化反应对一些烯醇化物也能发生。
对一些α，β-不饱和底物，则优先发生羰基上的1，2-加成，若氟原子配位了一个较大的路易斯酸如ATPH ，则得到选择性的1，4-加成产物。
这一试剂药物化学中最新的应用是青藁素化合物的三氟甲基化，三氟甲基的引入提高了它的药理性质。
在较低的反应温度下利用手性氟离子源可以实现对前手性羰基化合物对映选择性的三氟甲基化。
但是，ee 值不高。
用非极性溶剂如甲苯、戊烷或二氯甲烷代替极性溶剂作为此类反应的介质，可以将各种各样的酯（芳酯、脂肪类酯、烯醇化的或非烯醇化的）全部转化成相应的三氟甲基酮。
许多羰基化合物有足够的亲电活性可与Me 3SiCF 3进行反应，而许多的含氮亲电试剂必须用一种方法予以活化。
亚硝基苯这一简单的羰基化合物的杂原子类似物很容易与Me 3SiCF 3反应生成一个类似于羰基化合物的加成产物。
在同样条件下的亚胺却没有足够的活性，它们需要被如氮杂环丙烯化的立体张力或连有吸电子基的氮原子如硝酮或连在亲电的碳原子所活化。
非活化的亚胺在N-三甲基硅咪唑作为活化剂存在下，方可与Me 3SiCF 3反应，但是产率仅仅中等。
利用对甲苯磺酰基可对亚胺进行活化，该基团在完成了三氟甲基化加成反应后可被除去，最后生成α-三氟甲基胺。
N-亚磺酰基也可顺利活化亚胺。
因此，借助于手性的N-亚酰基亚胺就可以完成高立体选择性的三氟甲基化，生成的亚磺酰基胺很容易被水解转化为带三氟甲基的手性胺，这些化合物在药物化学中是颇受重视的中间体。
运用类似的操作方法，Me 3SiCF 3也可用于许多硫亲电试剂的亲核三氟甲基化反应。
有一些方法如Prakash 及其同事所发现的那样三甲基砜用醇盐处理时也可作为亲核的CF 3-的等价物。
一当量的四甲基氟化胺和三倍量的R f SiMe 3或其同系物均可作为有效的全氟烷基化试剂与脂肪族的三氟磺酸酯发生亲核的全氟烷基化反应。
三甲基三氟甲基硅烷还可应用于全氟芳香化合物的亲核取代或加成，从而可制备一些缺电子的三氟甲基取代的氟化芳香化合物。
‘亲电的’全氟烷基化：全氟烷基卤化物与相应的卤代烷烃不同，并不能作为有效的亲电全氟烷基化试剂。
氟碳正离子的稳定性是由正电荷的诱导去稳定化作用以及其中介的稳定作用之间的微妙的平衡关系决定的。
α-氟取代能通过其孤对电子的π-供电作用（+R ）来稳定带部分正电荷的碳原子。
另一方面，由于α-氟原子自身的吸电子诱导效应（-I ）也能使该电荷去稳定化。
碳正离子的β-位的氟取代只产生强的去稳定诱导效应（-I ）。
碳正离子的α-氟原子较强的稳定效应可以通过exo-二氟亚甲基环己烷在三氟甲磺酸作用下的反应来说明。
首先，双键发生质子化，它只生成了环己基二氟甲基正离子，而非通常观测到的高稳定的三烷基正离子。
由于强的诱导去稳定化作用，很少含α-或β-氟碳正离子能被分离出来。
CF 3+至今还仅仅是理论上的研究对象。
Me 2CF +AsF 6-已经制得。
虽然含游离的三氟甲基正离子的盐还没被分离以及表征，但是仍可能通过四氯化碳和强路易斯酸的作用现场生成氯氟甲基正离子的混合物，这些体系可被应用于富电子芳环底物的亲电三卤甲基化反应。
余留的氯可与70%的HF –吡啶反应而被氟化。
Tetrahedron Lett.2003,44,1747-1750;2004,45,21-23芳基全氟烷基碘盐：由于全氟烷基较强的基团电负性，它们并不能期望经由真正的亲电反应机理将相应的全氟烷基卤转变成不可氧化的亲核试剂。
另一方面，如果潜在的全氟烷基试剂RF X的离去基团电负性能增加至匹配甚至超过Rf的电负性，那么至少类似的亲电全氟烷基化反应就能发生了。
Yagupolskii及其同事们运用了这一基本概念，利用氯化芳基全氟烷基碘作为试剂与各种不同的亲核底物首次获得了亲电全氟烷基化结果。
后来报道的相应的四氟硼酸盐是更为活泼的全氟烷基化试剂。
由T.Umemoto小组引入的三氟甲磺酸盐（FITS试剂）也能发生类似的反应。
所有合成全氟烷基碘盐试剂的起始原料是全氟烷基碘化物。
该化合物作为合成因子在有机氟化学中起着重要的作用。