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氟芳杂环精细化学品的合成原理与生产工艺(三)

发布时间:2018-06-13 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1223

3.侧链的氟化

向芳环上引进含氟烷基侧链有多种方法,如在铜催化剂存在下卤代芳烃与全氟烷基碘化物的偶合,卤代芳烃与全氟羧酸钠-碘化亚铜的反应方程式如下:

可选用全氟烷基(芳基)碘的三氟甲烷磺酸盐(FITS)对芳环进行亲电全氟烃基化反应,反应式如下:

由于实用产品都是以-CF3基为侧链,因此工业上以容易得到的三氯甲基苯为原料,采用卤素交换法生产三氟甲基苯,所需氟化剂是单纯的无水氢氟酸,反应式如下:

反应在压力釜中进行,按摩尔比为1:4投料,于80~110℃, 1.2~1.4 MPa条件下加热3~4h,产率为70%。如设计成连续生产工艺,可采用串联的压力釜或镍管反应器,于90~130℃、3~5MPa条件下,反应物滞留时间为1h,三氟甲基苯的产率可高达90%以上。也有专利报道添加六亚甲基四胺或过渡金属-氧化铝催化剂使产率提高,以及降低反应温度和添加铁或铁化学品以减轻对设备的腐蚀。

更加先进的生产方法是采用傅-克反应,将芳烃与四氯化碳氢氟酸共混加热,一步完成氯化和氟化。例如:

三氟甲基苯出发,可以制得一系列含氟染料和含氟农药。

含三氟甲基侧链的杂环,如吡啶类有机化学品也可由相应的含氯化物与无水氟化氢在200~300℃加热30h而得。
在全氟芳杂环上引入全氟烷基,还可采用类似傅-克反应的亲核型烃基化来完成反应(RF-+ArFF→ArFRF+F-)。例如:

4.选择性氟化

随着氟的引入对生物活性物质所产生的特殊作用日益受到重视,对于专一性强的氟化方法研究也非常活跃,并取得不少进展,其中尤以元素氟和由元素氟演变来的一些新的氟化试剂最为突出,有不少已应用于含氟芳杂环精细化学品的合成上。最成功的实例是用元素氟合成抗癌药物5-氟尿嘧啶

直接由元素氟制得的这类试剂主要有下列几种:

这些氟化剂被看做能形成“F+”的“亲电性”氟化剂,反应机理还未完全清楚,但在芳杂环上特定位置的氟化已有许多报道,反应式如下:


元素氟或CF3OF对芳基锡化学品的氟化,专一性很高,CH3COOF对芳基汞有机化学品的氟化,反应迅速,条件温和,例如下列合成于室温下在5min内即可完成,反应式如下:

CsSO4F的反应性能与CH3COOF相似,其优点是可以分离并存放。

虽然除元素氟外,这些氟化剂尚未能大量用于工业生产,但作为合成手段是非常重要的。医学上发展迅速的正电子射线层面摄影术(PET)中需用寿命很短的同位素18F(t1/2为110min)的有机物进行无损伤性诊断,例如6-氟[18F]-3,4-二羟基-苯基-L-丙氨酸(6-F[18F]-L-DOPA),一种用于在体内研究脑化学的放射性药剂,必须应用这种快速合成的方法(包括将加速器产出的含18F同位素氟气转化成氟化剂和有机分子氟化两步反应)。例如:

四氟化硫类氟化剂可将芳环上的羧酸基转化为-CF3,醛基转化为-CHF2,伯醇基转为-CH2F。选用二乙基氨基硫的三氟化物(DAST)、液态的三氟化苯基硫或固态的二氟化二苯基硫进行醛基氟化比用SF4更为安全和方便。例如:

还有三氟乙酸铊作为氟化剂,与氟化钾氟化硼联合使用,也可在芳烃环上直接引入氟原子,典型的反应方程式如下:

较为特别的是一类称作去硝基氟化反应,例如3-氯-2-氟硝基苯在邻苯二甲酰氯中与KF-氯化四烷基铵反应,在硝基原位上代之以氟而得到1-氯-2,3-二氟苯。采用无水氟化四丁铵(TBAF)试剂,反应条件非常温和,而且产率极好,例如:

利用裂解法生成活性中间体二氟卡宾,与环戊二烯加成,再脱HF异构化可制得氟苯,反应式如下:

此外,在非质子极性溶剂中对芳杂环烃类进行阳极电化氟化制取单氟或二氟代衍生物也是值得注意的合成途径。例如苯和萘于乙腈-R4NF·3HF体系中用铂阳极在1.8~2.4V电压下电解主要产物分别是单取代的氟苯和a-氟萘。吡啶用银作阳极,在2~5V电压下电解可得到产率为22%的2-氟吡啶

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