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1.与金属精细化学品的反应
氟碳精细化学品与金属精细化学品有关的反应包括两方面内容:其一是氟碳精细化学品作为底物与其他金属精细化学品反应;其二是氟取代的金属有机试剂与其他精细化学品反应。其中,以格氏试剂和有机锂反应最为重要。
1.1与格氏试剂反应
含氟羰基精细化学品与格氏试剂的反应与温度高低有关。温度较低时,格氏试剂只与羰基反应;温度较高时,氟原子被取代,反应式如下:
1.2与有机锂反应
含氟有机锂精细化学品在制备和反应方面均与格氏试剂相似,只是活性更高一些。同样可以通过有机锂试剂与含氟底物的亲核反应制备醇和酮等精细化学品。典型反应式如下:
2.加成反应
2.1亲电加成
全氟或多氟烯烃中,由于氟原子强烈的吸电子作用,双键上的电子云密度大大降低,不大容易受到亲电试剂的进攻,反应活性较未氟代精细化学品低。但在一定条件下,反应仍能发生,例如:
2.2亲核加成
由于氟原子的极性电子效应,多氟代烯容易受到亲核试剂的进攻,发生亲核加成。通常,亲核试剂选择进攻有两个氟原子的碳原子,例如:
对于多氟或全氟烯烃来说,由于氟原子上的孤对电子与碳碳双键的π电子之间的P-π排斥作用,使得π电子云发生极化,呈歪电子云状态。P-π排斥作用的直接结果是导致亲核试剂几乎毫不例外地进攻二氟亚甲基位置,因而有很好的定位选择性,但其前提是基团Y没有比氟更强的p-π排斥作用。对于CF3C1F=C2FRF(RF=C2F5,n-C3F7,i-C3F7),由于RF的位阻比CF3大,加上RF的吸电子诱导效应比CF3稍大,因此亲核试剂总是进攻C1位,例如:
如果Y是如OR,NR2等强供电子对基团,它们的p-π排斥又大于氟,则亲核试剂进攻时可能会进攻含氟少的那个碳原子,其定位选择性也可能会比较高。如果Y是如OCF3、OCH2RF等与氟原子的p-π排斥能力相近的基团,则亲核试剂可能进攻两个碳原子,其定位选择性就比较差。
发生加成反应时也有可能发生亲核取代的副反应,其机理实际为加成一消去过程,例如:
2.3自由基加成
多氟或全氟代烯烃的自由基加成是实用性很强的一类反应,通过它可以合成许多广泛应用的氟塑料、氟橡胶、含氟表面活性剂等。
p-π排斥作用除了前文提到的使二电子发生极化外,还能使π键特别容易均裂,这就是四氟乙烯的π键均裂能Dπ要比乙烯的小得多的原因。这也导致四氟乙烯极易聚合,是一个很好的聚合单体。相比之下,偏二氟乙烯(CH2=CF2)的π键均裂能Dπ却异常得高,这是因为CH2=CF2的P-π排斥作用使其π电子云大部分集中在CH2上,要使之均裂的话,首先必须将电子对放在中间,这需要额外的能量,而像四氟乙烯这样的对称烯烃的电子云已经在中间,不需要额外的能量。
除了四氟乙烯以外,其他极化度很小的氟烯π键同样具有容易均裂的特性。如取代的三氟苯乙烯在接近室温时就发生二聚反应,而无副反应,反应式如下:
蒋锡夔等人正是利用这一特性和19F NMR数值直接反映出的π键极化度,运用动力学和
谱学两种数据通过下式建立了σ*JJ自旋离域参数:
ln(kY/kH)=ρmbσmb+ρ*σ*JJ
σmb是代表取代基与重键相互作用体系的取代基参数,表3-7所列的σ*JJ可以说是当今最可靠的一套σ*参数。
表3-7取代基自旋离域效应参数σ*JJ
多卤代烷或醇与多氟代烯的加成反应是合成许多含氟中间体常用的方法,如前面所述的调聚反应就属此类,例如:
CF3I+nCF2=CF2→CF3(CF2CF2)nI (n=1~10)
CH3OH+nCF2=CF2→H(CF2CF2)nCH2OH (n=1~6)
二氟卡宾与烯烃加成生成氟代环丙烷,氟代烯烃也可以发生Diels-Alder反应,反应式如下:
三氟甲基因为三个氟碳键的偶极矩加合在一起,是一个强吸电子基团,使与之相连的碳正离子的稳定性有所下降。例如在2-氯-1,1,1-三氟丙烷和3-氯-1,1,1-三氟丙烷与苯的傅-克反应中,生成的产物都是3,3,3-三氟正丙基苯。这说明由于三氟甲基的影响,由2-氯-1,1,1-三氟丙烷形成的仲碳离子的稳定性不高,会发生氢转移重排为伯碳离子,这与未氟代的丙基正离子正好是相反的反应,例如:
3.热分解
多氟或全氟代有机物相比一般碳氢有机化学品具有较高的热稳定性,但是在高温下也会发生分解。全氟精细高分子的热解产生小分子全氟烯烃,反应式如下:
4.分子重排
与碳氢精细化学品一样,脂肪族氟碳精细化学品也经常发生分子重排反应。氟原子的重排反应如下:
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