2013-7-氮氟化合物
氟化试剂的研究进展及Selectfluor在有机合成中的应用
氟化试剂的研究进展及Selectfluor在有机合成中的应用刘园园;赵翊晓;陈焱锋;杨先金【摘要】在化合物分子结构中引入氟原子常常会引起其物理、化学性能的变化,以及药理生理活性的改变,因此,含氟化合物在医药、农药及功能材料等领域的作用备受关注.Selectfluor不仅是最有效和最受欢迎的亲电氟化试剂之一,而且作为强氧化剂也是几种有机化合物“无氟”官能化的方便介质或催化剂.综述了近年来常见的亲核、亲电氟化试剂的研究进展,重点对选择性氟试剂Selectfluor在有机合成中的应用进行了概述.【期刊名称】《有机氟工业》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】11页(P54-64)【关键词】氟化试剂;Selectfluor【作者】刘园园;赵翊晓;陈焱锋;杨先金【作者单位】华东理工大学化学与分子工程学院,上海200237;华东理工大学化学与分子工程学院,上海200237;上海三爱富新材料科技有限公司,上海200025;华东理工大学化学与分子工程学院,上海200237【正文语种】中文0 前言氟是自然界中电负性最大的元素,碳氟单键比碳与其他元素原子结合形成的单键都要强,故C—F键很难断裂[1]。
同时,由于氟原子半径最小,恰好能把碳链骨架紧紧包住,起到了良好的屏蔽保护作用,使之不易受其他原子的进攻而发生化学反应。
而其原子半径又与氢原子最接近,因此,有机化合物的C—H键变为 C—F键不会影响分子的大小。
研究发现,在药物分子中引入氟原子常常可以提高药效[2]。
但由于氟元素本身活性高、电负性大,使其在特定的位置上引入氟原子难度增大,所以含氟有机化合物的合成研究具有极大的挑战性。
1 氟化试剂概况近年来,有机氟化学的研究越来越受到多个学科领域科研工作者的关注。
化合物分子结构中引入氟原子常常会引起其物理、化学性能的变化,以及药理生理活性的改变,见图1[3]。
氟原子一旦连接到有机分子上,往往不能像Cl、Br、I那样成为分子进一步转变的“把手”,使分子成为反应中间体。
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).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:。
三氟化氮气体的制备及纯化方法综述
三氟化氮气体的制备及纯化方法综述三氟化氮(NF3)是一种无色气体,其化学名称为氮氟化物。
三氟化氮具有强烈的不稳定性,可在常温下分解为氮气和二氟化氮。
由于其具有低熔点、低沸点、高电负性等特性,三氟化氮广泛应用于半导体工业中作为清洗剂和气相沉积前驱体。
三氟化氮的制备有多种方法,包括直接反应法、间接反应法和其他一些特殊方法。
直接反应法主要是通过将氮气和氟气在高温高压条件下直接反应得到三氟化氮。
反应温度通常在300-450°C,压力在1-3MPa之间。
反应可以使用金属催化剂(如铝、钛等)来加速反应速率。
间接反应法主要是通过氮气和氟化氢(HF)反应得到三氟化氮。
最常用的方法是将氮气和氟化氢在活性炭或玻璃棉等载体上进行脱水分解反应,生成三氟化氮和水。
该反应可以在较低的温度下进行,通常在室温下即可。
但反应速率较慢,可以使用光照或紫外线照射来提高反应速率。
此外,还有一些特殊的制备方法,比如在高温电弧等离子体中加入氮气和氟气,以及使用离子束、放电等方法。
三氟化氮的纯化方法主要包括冷凝法和吸附法。
冷凝法是将三氟化氮在低温下冷凝,去除其中的杂质。
冷凝温度通常在-100°C以下,可以使用液氮或液氩来达到低温。
冷凝后的气体会被分离出来,去除其中的水分、杂质气体等。
吸附法是将三氟化氮通过吸附剂来去除其中的杂质。
常用的吸附剂有活性炭、分子筛等。
通过将三氟化氮通过吸附剂层,吸附剂会吸附其中的水分、氧气等杂质气体,从而得到纯净的三氟化氮。
在实际应用中,为了得到更高纯度的三氟化氮,通常还会使用多级复合纯化方法。
比如先通过冷凝法去除大部分杂质,然后通过吸附法进一步去除其中的微量杂质。
综上所述,三氟化氮的制备方法包括直接反应法和间接反应法,纯化方法主要包括冷凝法和吸附法。
在实际应用中,可以根据需要采用多种方法的组合,以得到所需纯度的三氟化氮。
课程论文全氟化合物的环境问题
全氟化合物的环境问题XX(XX大学环境学院XX省XX市)摘要:全氟化合物是一类新型有机污染物, 它具有疏油、疏水特性, 在环境中可以长期稳定存在, 其环境污染问题已经引起了人们的广泛关注, 其研究也已成为近年环境科学和分析化学的热点。
但我国的研究还较少, 并缺乏环境污染方面的系统性数据。
本文介绍了全氟化合物的环境分布、生物积累、人体暴露、迁移转化、分析方法和毒理效应,讨论了目前存在的问题, 为我国全氟化合物环境污染研究提供相应参考。
关键词:全氟化合物:环境问题;人体暴露;毒理Abstract:Perfluorinated chemicals (PFCs) are new emerging organic pollutants that can repel both water (hydrophobic) and oils (oleophobic), and very stable and difficult to be degraded in environment conditions .PFCsrelated environmental problems have attracted a great attention from many scientists and have become research hotspots in the field of environmental and analytical chemistry .However , few studies of PFCs pollution status have been reported in China. This paper reviews the environmental distribution, biological accumulation,human exposure, migration and transformation,analytical method and toxicological effects of PFCs .The currently existing problems and trends are also discussed .Key words:perfluorinated chemicals; environmental problem; human exposure; toxicological effects1.引言全氟化合物(Perfluorinated compounds,PFCs)就是指碳氢化合物及其衍生物中的氢原子全部被氟原子取代后所形成的一类有机化合物。
浅析纺织品全氟化合物(PFAS)标准
26纺织报告| Textile Reports全氟化合物(Perfluorinated Compounds ,PFAS )自1951年被美国3M 公司制备出来后,就迅速扩散到地球的每个角落,残留在环境中时很难被降解。
但由于全氟化合物的氟碳链的高化学稳定性、高热稳定性以及具有特殊的低表面能及疏油疏水性,PFAS 在许多领域成为不可替代的材料[1],包括航空航天、农药、化妆品、皮革、食品包装、纺织品等领域[2-4]。
研究发现,有些PFAS 会干扰荷尔蒙分泌、容易致癌以及损害生殖系统[5-6]。
该类化合物中的主要检出物为全氟辛烷磺酸(Perfluorooctane Sulfonate ,PFOS )和全氟辛烷羧酸。
在直链全氟烷基的结构中,通常有8个碳原子,因为氟原子所处的饱和及富集效应可以使化合物的表面能最大限度地降低。
全氟辛酸(Perfluoro Octanoic Acid ,PFOA )浅析纺织品全氟化合物(PFAS)标准刘凯祥(福建省纤维检验中心,福建 福州 350026)Analysis of textile perfluorinated compounds (PFAS) standardLiu Kaixiang(Fujian Fiber Inspection Center, Fuzhou 350026, China)Abstract Perfluorinated compounds (PFAS) have high thermal and chemical stability, as well as oil and water repellency and low surface energy. Therefore, PFAS plays an irreplaceable role in aerospace, pesticides, cosmetics, leather, food packaging, textiles and other fields. However, PFAS can also interfere with hormone secretion, easily damage the reproductive system and cause cancer. All countries have issued relevant regulations and standards to limit the application of PFAS. This paper introduces the relevant regulations and standards of textile PFAS, interprets the standards, and looks forward to the next development of PFAS standards and perfluorinated industry.Key words perfluorinated compounds; textiles; standard interpretation摘 要 全氟化合物(PFAS )具有高热稳定性及化学稳定性,同时具有疏油疏水及低表面能的性质,因此,PFAS 在航空航天、农药、化妆品、皮革、食品包装、纺织品等领域都有不可替代的作用。
氮元素和氟元素形成的化合物
氮元素和氟元素形成的化合物氮元素和氟元素在自然界中存在着许多化合物,其中最为常见的就是 NF3 和 NH3。
这两种化合物在日常使用中都有着广泛的应用,同时也有着一定的科学价值。
下面我们就来分步骤阐述这两种化合物的形成和化学性质。
一、NF3 的形成和化学性质NF3 是氮和氟元素形成的一种化合物,它的形成过程可以用以下反应式表示:N2 + 3 F2 → 2 NF3在这个反应式中,氮和氟元素按照一定的摩尔比例进行反应,生成了 NF3。
而且,在这个反应中还释放出了一定的热量。
NF3 的化学性质主要有以下几个方面:1. NF3 是一种无色无味的气体,具有较强的毒性。
2. NF3 的气态密度比空气小,容易升腾上升。
3. NF3 在漏电情况下非常稳定,不易被氧化或还原。
4. NF3 可以与碱金属组成强烈的盐类,如钾和钠。
二、NH3 的形成和化学性质NH3 也是氮和氟元素形成的一种化合物,它的形成过程可以用以下反应式表示:N2 + 3 H2 → 2 NH3在这个反应式中,氮和氢元素按照一定的摩尔比例进行反应,生成了 NH3。
而且,在这个反应中需要加热。
NH3 的化学性质主要有以下几个方面:1. NH3 是一种无色有刺激性气味的气体,具有较强的腐蚀性。
2. NH3 在常温常压下是一种气态物质,但在高压下可以转变为液态和固态。
3. NH3 可以作为碱,与酸发生酸碱反应。
4. NH3 可以与金属离子组成络合物,如Cu(NH3)4²+、Fe(NH3)6³+。
总之,氮元素和氟元素形成的化合物不仅在日常生活中有着广泛的应用,而且也在科学研究中有着重要的地位。
因此,我们应该加强对于这些化合物的研究和应用,探索它们在更多领域中的潜在价值。
氮氟化合物生成焓的理论预测
氮氟化合物生成焓的理论预测左怀远;孔璐璐;俞帅;刘恩良;杜洪臣【期刊名称】《火炸药学报》【年(卷),期】2014(000)004【摘要】利用原子化反应法和生成反应法在 G3、G3X (X=B3,MP2,MP2B3)、B3LYP/CC-PVTZ 和 CBS-4M 水平下对 NF3、NF5、NFO、NFO2、NF3 O、N2 F2、N2 F4、N3 F、NF3 BF3、NFOBF3、NFO2 BF3和 NF3 OBF3的生成焓进行了量子化学计算,在 G3水平下计算了这些物质的热力学性质。
结果表明,G3方法结合生成反应法能准确预测此类物质的生成焓,热力学性质计算值与实验值均非常接近,证明 G3方法适用于计算此类物质的热力学性质。
【总页数】5页(P30-34)【作者】左怀远;孔璐璐;俞帅;刘恩良;杜洪臣【作者单位】浙江农林大学理学院,浙江省林业生物质化学利用重点实验室,浙江杭州311300;浙江农林大学工程学院,浙江杭州311300;浙江农林大学工程学院,浙江杭州 311300;内蒙动力机械研究所,内蒙古呼和浩特 010010;浙江农林大学理学院,浙江省林业生物质化学利用重点实验室,浙江杭州 311300【正文语种】中文【中图分类】TJ55;O645【相关文献】1.全氮材料基础性能理论研究:Ⅱ.生成焓预测 [J], 刘英哲;来蔚鹏;尉涛;葛忠学;骆艳娇;徐涛;尹世伟2.四苯基卟啉及其衍生物的结构与性质的研究()——摩尔标准升华焓、摩尔标准生成焓、张力焓及共振能 [J], 李良超3.饱和一元酸嘧霉胺盐燃烧热测定及其标准摩尔生成焓和反应焓 [J], 王美涵;陈昀4.物理化学的科学探究式教学研究——以标准生成热(焓)和标准燃烧热(焓)为例 [J], 杨喜平;张玉军5.二级键加和法估算含氮,硫,卤素有机物标准生成焓 [J], 邓韬奇;凌仲池因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
nf3结构式
nf3结构式
标题:NF3结构式:氮氟化合物的重要代表简介:
NF3是一种重要的氮氟化合物,由一个氮原子和三个氟原子组成。
其结构式为NF3,是氮氟化合物中最简单的一种。
本文将介绍NF3的结构特点、物理性质以及广泛应用的重要性。
正文:
NF3的结构式显示了氮原子与三个氟原子之间的化学键。
氮原子与每个氟原子之间都有一个共价键连接,形成了一个稳定的分子结构。
这种结构使得NF3具有较高的稳定性和低的反应性,不易被分解。
NF3是一种无色、无臭的气体,具有较低的沸点和较高的蒸汽压。
它在常温下为气态,但可以被压缩为液态或固态。
由于其较低的沸点,NF3易于蒸发,形成气体状态。
NF3在工业上有着广泛的应用。
它是一种重要的电子工业材料。
它被广泛用作半导体制造过程中的清洗剂,能够有效去除制造过程中产生的杂质和残留物。
NF3也被用作液晶显示屏制造过程中的蚀刻剂,可以精确地去除不需要的区域。
NF3还被用作火箭推进剂和高能燃料的成分。
总结:
NF3是一种重要的氮氟化合物,具有特殊的分子结构和物理性质。
它在电子工业和液晶显示屏制造等领域有着广泛应用,发挥着重要的作用。
通过研究和应用NF3,我们可以更好地理解氮氟化合物的性质,并推动科技的发展。
nf3的温室效应
nf3的温室效应NF3(氮氟化物)是一种人工合成的温室气体,它对地球的温室效应有着重要影响。
温室效应是指大气中温室气体的存在导致地球表面温度升高的现象。
NF3作为一种强大的温室气体,其温室效应引起了人们的关注和担忧。
让我们了解一下NF3的特性。
NF3是一种无色、无味的气体,主要用于电子和半导体行业中的清洗和蚀刻过程。
它具有高度的化学稳定性和热稳定性,能够在大气中长时间存在,因此其对地球的温室效应也相对较长。
NF3的温室效应主要是由于它能够吸收和重新辐射地球表面的红外辐射。
红外辐射是地球表面向大气中释放的热量,而温室气体能够吸收这些红外辐射并将其重新辐射到地球表面,导致地球表面温度升高。
NF3的温室效应比二氧化碳(CO2)高几倍,虽然它的浓度较低,但是它的影响不能被忽视。
NF3的温室效应不仅仅是因为它能够吸收红外辐射,还因为它的持久性。
NF3在大气中的寿命可以达到100多年,远远超过其他温室气体。
这意味着即使我们停止了NF3的排放,它仍然会继续对地球的温室效应产生影响。
NF3的温室效应对气候变化产生了重要影响。
气候变化是当今全球最重要的环境问题之一,它影响着人类的生活和生态系统的平衡。
NF3的温室效应加剧了气候变化的速度和严重性,导致全球气温升高、极端天气事件增多等问题。
为了减少NF3对地球的温室效应,我们需要采取措施来减少NF3的排放。
首先,我们可以提高电子和半导体行业的生产效率,减少NF3的使用量。
其次,我们可以开发和推广更环保的清洗和蚀刻技术,减少NF3的排放。
此外,加强国际合作,制定更严格的环保政策和标准也是降低NF3排放的重要途径。
除了减少NF3的排放,我们还可以通过增加温室气体的吸收和存储来减少NF3的温室效应。
例如,可以增加森林覆盖率,通过光合作用吸收大量的二氧化碳。
此外,我们还可以开发和应用碳捕集技术,将NF3等温室气体从大气中捕集并储存起来。
NF3作为一种人工合成的温室气体,其温室效应对地球的气候变化产生了重要影响。
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N H C
CH3
CH3 C
CH2
4?
N(OH)
Sp2碳上的H
O
N
CH3
H C
CH3
O
H2 C
C
N
N
两个碳信号占据八个质子积分,并且峰形 低矮,推测每个碳信号包含两个碳原子并且 含N,而且有对称结构
H F
C C H N(O)
O
H2 C
H C
CH3
O
H2 C
CH FO来自OOHN O CH3
H
O F
O
OH
N N O
N CH3
H
H3C
H
δ4.35、δ4.39、δ4.24、δ4.27
H2 C O C*
• F核对 C的偶合裂分以及 H谱的偶合裂分
13
1
J=12.6Hz,可以初步断定为I=1/2的非质子核 31 19 如 F、 P 芳香质子邻位偶合J=6~10Hz<12.6Hz 所以初步断定为非质子的邻位偶合 19 文献调研,芳香核上 F 与H质子的邻位偶 合 J=12~13Hz H
含氮化合物
N H3C CH3
H2 C
CH3
HC HC
COOH COOH
羧 酸 盐 上 的 氢 质 子
干 草 堆 式 的 峰 形
H3CO
H3CO
H3CO
H3CO
H3CO
H3CO
J=13.6Hz 由此而产生的可能性有
R H
R R1
H
R1
H
H
13≤J≤19
8≤J≤13
R1 R2 C* R3
H C H R4
F
• δ2.82:如果连在季碳上,则化学位移应在 1.0<δ<2.1左右
• δ2.82:如果连在-OCH3上,则化学位移应 在3.6<δ<4.0左右
• 初步推断质子可能连在N杂原子上
• (CH2)4 ? 积分值8.4 • -CH-CH3
Solvent:CD3OD
此峰是d峰,F的耦合裂分
• ——C=O信号
C
O
H2N
δc:161
O
• F与苯环上的邻、间、对位碳都有偶合裂分 F • 直接相连碳被F取代偶合裂分影响 最大,J值一般为250Hz左右;邻位偶 合影响相对较小。 • 偶合常数的大小与偶合两核的角度以及电子云密 度有关 • 根据α取代基效应 J=24.2 J=15.1 δc102.4为连氢的碳 δc128.3为非连氢碳
H H H
H
H
R?
N、O
C
Solvent:CDCl3
通过分析得到的分子碎片
H3CO N H3C CH3 H3CO
H3CO H H H H2 C
CH3
C H H O
O
H3CO O H3CO C O H2 C C N H3CO H3 C CH3 H2 C CH3
N的四极矩在DMSO中表现得非常显著
补充:13C谱中C-F、及脲、碳酸甲酯、 碳酸的C=O偶合常数参考值
F CH3 O H3C O C O F
J=164
J=294
F
J=171
F
J=245
COOH
J=165
CH3 F HO C O OH F C
J=271
F
碳酸甲酯
H2N NH2 C 脲
δc:161
O
碳酸 δc在156左右
根据以上推导,已知的分子碎片有
DMSO
ClCD3
含氟化合物
Solvent: D2O
• δ 8.26 为sp2碳上的H(活泼H在重水中不出现 );没有 取代时δH( C=C-H)约为5.28<8.26,初步推测为芳 香环质子且邻位不连有供电的杂原子N或者O • δ7.22
?
R H
从谱图上看,没有发现 可以与其裂分的偶合常 数相等的质子,初步断 定为I=1/2的非质子核使 其裂分
H C
CH3
N
N CH3
N
H
N CH3
H F
C O
N(OH)
H F
O N(O)
H F
O N(O)
H F
O N(O)
H F
O N(O)
R1
R2
(O)N
H
H F
O
(O)N
H
H F
O O C R (O)N H
H F
O
O
R(H)?
(O)N
H
H F
O
O
R(H)?
(O)N
H
O C H2
CH CH3
• 酮、醛化学位移在低场,一般δC>195
• 酰氯、酰胺、酯、酸酐羰基δC的明显向高场移动,一 般δ<185。α、β不饱和酮、醛较饱和醛酮的δC减小。 但是不饱和键的高场位移作用较杂原子差。
C C C
O C C
C
O C C
C
O HO C NH2 O C 脲 OH
碳酸 δc在165左右
C X
O X
C
O X