氟化烃的合成方法

本发明涉及在烷基链的一个碳上被氟化的烃化合物的合成方 法，通过采用至少部分地呈配合物盐形式的含氟反应物置换非氟 卤素完成该方法。更具体地说，本发明涉及获得在带有通过诱导效 应吸电子基团的碳原子上被氟化衍生物的方法。

氟化合物通常难以获得。氟的反应活性使得难以或者甚至无法 直接获得氟衍生物。

最常用的氟衍生物制备工艺之一是使卤素衍生物、通常为氯衍 生物反应以便与无机氟、通常为碱金属氟化物(通常具备高原子量) 交换卤素。

一般情况下，所用的氟化物为氟化钾，它的经济效果令人满 意。

在此条件下，已经披露了许多方法如，举例来说，在 Certificate of Addition No.2353516和Article Chem.Ind.( 1978)-56中所述的方法，它们已被工业化应用以便获得其中芳 基吸电子基被接枝的芳基氟。

除了基质特别适用于这类合成的情况以外，该技术存在缺点， 下面分析其主要不足之处。

该反应要求为了适合该类型合成必须满足一定规格从而导致 其制备费用相对地昂贵的反应物如碱金属氟化物如氟化钾，它们 必须是非常纯、干燥并且呈适宜的物理形态。

此外，该反应不适用于全部产品，尤其不适用于载卤素碳(即 带有有待与氟交换的卤素的碳)上带有取代基的产物。

还可以采用诸如液体形式或被偶极非质子传递溶剂稀释的氢 氟酸之类反应物。

在此情况下，尤其是在有必要在吸电子型基团存在下获取在 贫电子烷基型(包括芳烷基在内)的碳上被氟化衍生物的情况下， 本领域专业人员面临一种几乎闻所未闻的可供选择的替代方式； 要么选择非常苛刻的条件并且尤其是得到焦油，要么采用温和反 应条件、最好的结果是基质未发生变化。最后，应该指出的是，一 些作者已经提议在呈氧化物或氟化物形式的重质元素存在下采用 作为反应物的氢氟酸盐进行置换。在所用的元素中，应该被提及的 有锑和诸如银和汞之类的重金属。

另一个问题存在于反应的选择性：当在同一个碳上存在多个 待置换的卤素时，通常难以仅仅置换其中某一个或某几个卤素。

因此，本发明的目的之一是提供在明显提高反应选择性的同 时能够在一方面重卤素如氯与另一方面氟之间进行置换的方法。本 发明的另一目的是提供采用特别温和的反应条件便能够在一方面 重卤素如氯与另一方面氟之间进行置换的方法。

本发明的另一目的是提供一种能够利用其形态不甚至关重要 的氟化物源的方法。

本发明的另一目的是提供一种能够仅仅置换二或三个可能的 卤素原子中一个的方法。

本发明的另一目的是提供一种能够仅仅置换三个可能的卤素 原子中二个的方法。

本发明的另一目的是提供一种能够置换分子或原子仅仅达到 能够获得带有仅仅一个氟原子并且同时带有一个或两个其它卤素 的碳原子的程度的方法。

本发明的另一目的是提供一种能够置换分子或原子仅仅达到 能够获得带有仅仅两个氟原子并且同时带有一个其它卤素的碳原 子的程度的方法。

本发明的另一目的是提供一种能够避免使用大量被视为昂贵 或有毒的金属如汞和/或银的方法。

本发明的另一目的是提供一种能够减少昂贵或有毒金属如汞 和/或银用量从而使金属与其中卤原子有待被置换的基质之间摩尔 比最多等于0.5，有利地为0.2，以0.1为佳的方法。

本发明的另一目的是提供一种能够完全避免使用昂贵或有毒 金属如汞和/或银从而不向反应混合物中添加任何上述元素，换言 之，上述金属的各自浓度不超过10-3M、有利地10-4M、优选地 10-5M的方法。

这些目的与下述其它目的可以借助适用于合成氟衍生物的方 法实现，该方法包括使包含带有至少二个卤原子、其中至少一个原 子数大于氟原子数的并且与至少一个硫属连接的至少一个SP3杂 化载卤碳的基质与含有至少一个选自由Bronstedt碱与规定数目n 个氢氟酸组合而成的规定化合物的反应物相互作用这一步骤，其中 n至少等于3，最多等于20，以10为佳。

的确，在完成本发明的研究过程中，人们发现带有借助诱导效 应吸电子基的特定碳原子能够与上述类型反应物反应，条件是至少 一个吸电子基为硫属。

反应温度范围为反应混合物的熔点至其分解温度或沸点，通常 为0-150℃，有利地为20-100℃。

该方法通常在常压下操作，不过可以在20×105帕的压力下进 行。

可被提及的优选碱为VB族元素，有利地选自至少为第2族、 但通常小于第6列元素(Supplement to the Bulletin de la societe Chimique de France January 1966 No.1)的三价烃衍生物。除了 下文详述的种类以外，这些化合物的实例还可以是当其被三取代 时，事实上为有机磷族元素化物的三价衍生物。这些有机磷族元素 化物构成了下文详述内容的主题。

在优选的第V列元素的所述烃衍生物中，通过用烃残基全部 或部分取代氢由磷族元素化氢衍生的物质可以通过双键(如亚胺之 中)或三键(如腈之中)与VB族原子连接。

不过，V族元素的烃衍生物有利地由磷族元素化氢通过被单价 烃残基、有利地被烷基全部或部分取代氢而衍生得到[在本文中， 烷基取其词源学含义，为去除醇官能团(ol)后醇的烃残基]；这些烷 基化合物，为磷族元素化物的同义语。

因此，在氮的情况下，氮化氢(氨)被取代后形成胺，在磷的情况 下，磷化氢被取代后产生膦，对于砷来说，砷化氢被取代成为胂，而 关于锑，锑化氢经取代生成_。它们有利地选自磷的烃衍生物如 膦。

此外，碱越弱和越柔和，置换进行的越好和越完全。因此，伯胺、 仲胺和优选叔胺导致反应物几乎不合HF基(不多于5个，一般情 况下更少)，使其碱性弱于其中杂原子或者至少一个杂原子选自V 族的芳族杂环型碱。

这些由碱和数目可观的HF单元形成的化合物在下文被定义 为“HF碱”或“碱HF”配合物。

本发明并不涉及与金属氟化物(尤其是碱金属氟化物如KF、 CsF等)进行的置换，这可以通过下列事实表明：[(碱金属、铵)阳 离子的(以当量表示的)]数量必须至少等于一倍于(有利地至少4/ 3倍于、优选地约2倍于)呈游离质子形式的氢、游离氢卤酸或包括 “F-(HF)”在内的“碱-HF”配合物的数量。

可以采纳下列经验：如果碱形成相对于每个碱官能团具有5个 以上HF的规定化合物，那么这是一种能够在非常温和的条件下在 同一碳原子上置换2个、在略微苛刻的条件(温度和压力)下甚至可 以置换3个重卤素的高活性反应物。另外，作为更具有选择性的反 应物，通常在温和条件下置换后在一个碳原子上仅产生一个氟原子 而在较为苛刻的条件下在所谓的载卤碳上仅形成2个氟。本发明特 别适用于用氟置换氯。

因此，置换反应基本上是相继进行的(事实上载卤碳的每一个 附加的氟原子都会降低比氟重的卤原子与氟置换的速度)，这样便 可以通过改变反应条件和选择反应物来完成选择性或完全置换过 程。由于通常可以确定在全部比氟重的卤原子被氟置换之前终止置 换反应的条件，所以，达到双倍的选择性是可能的。一方面，可以置 换仅仅有限数目比氟重的卤素，另一方面又可以处理已被部分地氟 化的混合物以及明显地仅仅触及尚未达到氟原子预期数目的分子。

一般情况下，借助氟置换比氟重的卤原子的过程的简易程度随 着原子数增大而提高。

很明显，为了限制每个分子中被置换卤原子的数目即可以选择 化学计量又可以选择化学过量。

每个分子中可以有多个载卤碳原子。优选地，两个载卤原子不 彼此干扰。下文给出在上述反应物的作用下最有可能借助氟置换重 卤素的碳原子或者甚至分子的种类。下列特征强调了对于所述碳来 说本发明的价值。

因此，对于载卤碳的可能的残余键来说特别有意义的情况是有 利地成为与通过诱导效应吸电子基连接的键。所述选自吸电子基的 基团有利地为卤素。

为了获得良好的反应活性，所述硫属原子总数优选至少为10。 换言之，若只有一个硫属，以选自比氧重的硫属为佳。当至少一个硫 属为硫时，本发明是特别有利的。

当所述载卤碳带有至少2个原子数大于氟原子数的卤素时，本 发明特别适用。

因此，正如下文将要提及的那样，本发明在所述载卤碳为三卤 代甲基时，也就是说当它带有3个有利地选自氯和氟的卤素时特别 有利。

至于所述的硫属，应该注意的是当其单独存在时以二价(氧化 数＝-2)为佳，而当其成对存在时，由于举例来说，在所述硫属(条 件当然是它不得为氧，否则这在化学上毫无意义)与氧之间的给体 -受体型键(例如砜或亚砜)至少其中之一为二价，而另一个则可能 是简单的吸电子基。

因此，综合上述内容，一言以蔽之，基质的分子式可以是

           R-CXX′-Y(O)r-R5    (I)

其中R选自烃残基、卤素、吸电子基和烃基硫属基如烷氧基和芳氧 基及其硫、硒和碲对应物；

X和X’可以相同或不同，选自卤素，以氯为佳(条件当然是R、X和 X’不得同时为氟，而且至少其中之一为有待被氟置换的比氟重的 卤素)；

Y选自硫属，有利地选自原子排布高于氧的元素，当R不是烃基硫 属基时尤为如此，条件是当Y为氧时，r＝0；

r代表0或整数1或2，有利地小于2；

R5可以是任何基团，有利地为烃基。

当基团R不带有二价硫属时(也就是说其中有两个电子对 时)，r以小于2为佳，优选地等于0。

当R5尤其是通过中介效应吸电子时，应该注意的是置换过程 更加难以进行，对于同一碳上的第三个氟原子来说尤为如此。

因此，为了进行彻底的置换反应，需要通过第二键将所述硫属 与通过诱导或中介效应给电子的原子连接在一起。所述给电子原子 可以是另一硫属(通过中介效应的给电子体)、有利地选自原子排布 高于氧的元素。

所述给电子原子还可以是烷基碳或富电子芳基碳。在此情况 下，所述烷基有利地为芳烷基、优选地选自苄基，所述的富电子芳基 有利地为五员杂环基或六员碳环基。

因此，对于导致在同一载卤碳上存在3个氟原子的置换反应来 说，R5以烷基为佳，即其连接键由SP3杂化碳持有；有利地，所述 SP3杂化碳带有构成非吸电子或弱吸电子本体(也就是说与二氯苯 基相比吸电子能力较弱)的取代基；优选地，所述SP3杂化碳带有至 少一个、有利地二个氢。

该反应可以在R＝H时，在满足下列两个条件中至少一个的情 况下进行：

反应物具备活性(即如果碱形成相对于每个碱官能团含有多于5个 HF的特定化合物)；

所述硫属的原子数之和优选至少为10。

然而，一般情况下即便如此，R＝H也不是优选的。

R5可以有利地，尤其是：

视需要而被取代芳基，特别是杂芳基；烷基并且特别是：

-CR′R”-Ar；其中R′和R”可以相同或不同，选自氢、芳基和轻 质烷基(即C1-4)，优选地，其中之一或二者均有利地为氢；Ar为具 有至少一个双键的化合物，其中带有开键的碳为SP1碳并且以SP2碳为佳。Ar有利地为轻质芳基、以具有不多于10个碳原子为佳并 且有利地为碳环基；

-CR’R”-CR1R2-EWG；其中R′和R”如上限定；EWG代表吸电 子基，它能够稳定双键或离去基团；R1和R2可以相同或不同，选自 氢、卤素、烃残基、特别是烷基、炔、链烯和芳基；其中之一或二者均 有利地为氢。

基团R和R5通常均含有不多于30(其中不多于20个为碳原 子)、有利地20(其中不多于15个为碳原子)、优选15个碳和/或 氮原子(其中不多于12个为碳原子)。基质分子中碳的总数几乎不 超过50，有利地不多于30。

当R5为芳基时，在特别提及的化合物中：

-R为轻质烷基(可视需要而定是否被取代，尤其是被卤代(包括全 卤代，尤其是全氟代在内))、卤素、芳基或Ar′O-和Ar′S-，其中 Ar′代表轻质芳基(即含有不多于10个碳原子)；

-R5代表可视需要而被取代的苯环，视需要而被取代的杂环，有 利地为5员环，优选地含有2个杂原子(希望具有2个氮原子)；因 此，举例来说，基团-Y(O)r-R5有利地对应于式(X)

其中n可以与r数值相同，等于0、1或2；

R11和R12可以相同或不同，有利地在邻位代表氢或卤素；

R13有利地处在对位，代表卤素、视需要被一个或多个卤素取代的 烷基(包括全氟烷基在内)、视需要被一个或多个卤素取代的烷氧基 (包括全氟烷氧基在内)、或SF5；

X’代表腈官能团或卤素；

R15可以是视需要而被选自下列基团单取代或二取代(可以相同或 不同)的氨基：视需要被一个或多个卤素取代的烷基(包括全氟烷基 在内)、视需要被一个或多个卤素取代的酰基(包括全氟代酰基)和 烷氧羰基。

烷基、烷氧基和酰基以轻质烃为佳，也就是说含有不多于4个 碳原子。

应该注意的是当R13代表视需要可被多个卤素取代的烷氧基 以及当至少一个所述卤素源于原子数大于氟的元素时，有两个可能 的置换碳中心。

残基R5和R可以构成一个并且相同的基团，不过该基为二 价。举例来说，它们可以构成芳基，连接点可以由同一环上彼此相 邻的二个碳，或不同环(但是这两个环被稠合和缩合，例如二个α位 的萘或等同物)上彼此呈β位的二个碳，或被第三个环分隔开的环 上彼此呈γ位的两个碳(如菲)所持有。

为了举例说明该式，给出下列实例：

作为同一环上的相邻碳：

Y′可以是单键或硫属(与Y的优选释义相同)，或者可视需要 被卤素单取代或二取代的亚甲基，或二价基-Y”-CZZ′-或 -CZZ′-Y”-，Y”可以如Y所限定，Z和Z’分别与X和X′相同 (Z和Z′可以同时为氟)。

R6和R7可以独立地为氢、卤素、硝基、腈基、碳基、有利地含有 不多于5个碳原子、视需要可被一个或多个卤素取代的烷基(包括 全氟烷基在内)、视需要可被一个或多个卤素取代的烷氧基(包括全 氟烷氧基在内)或SF5。

尤其是：

作为处在其中R8与R6或R7相同的两个相分离的环上的碳：

按照本发明特别优选的释义，可以进行断键(或溶解)以便形成特别 适用于有机合成和合成载硫属酸(其中硫属来源于原子数至少等于 硫的行)的化合物。本发明化合物的氧化可以借助过氧化物、尤其是 借助氢的过氧化物(氢过氧化物水溶液和各种过氧化氢，例如酰基 过氧化氢和烷基过氧化氢)在已知条件下进行，或者借助卤素，尤其 是氯进行。为此，通常有利的情况是这些硫属为硫并且包括所述硫 原子的后续氧化步骤。该氧化步骤有利地产生以砜形式存在的所述 硫原子。所述氧化可得到呈亚砜、次磺酸盐形式或等价氧化态的所 述硫原子。

这一变通方法可以随后包括有利地在碱性介质中进行的水解 步骤以便获得相应的亚磺酸或磺酸盐。

按照这些条件，这类反应可以导致氧硫基或亚砜的形成或者， 最后地，如上所述，导致溶解生成磺酸或亚磺酸或当硫属为硒或碲 而不是硫时导致生成它们的等同物。

此外，出人意料地，业已表明如果仅采用化学计量或略微超过 化学计量(卤素用量范围为0.5-1.5SA，有利地为0.8-1.3，以 0.9-1.2SA为佳)，当其中与硫相邻的碳被全氟化的次磺酸盐被 卤素(有利地为氯)氧化时，形成亚磺酰卤。

通过使有利地被稀释于非极性(即无法溶解5％(质量)以上 水)、基本上无水(即水中含量最多为1/3(摩尔)基质、有利地最多 为1/5、以最多1/10为佳)和对氯不敏感的溶剂之中的所述次磺酸 盐与至少大体上化学计量的氯在最高100℃、有利地在0-50℃之 间相互作用来完成所述的卤化反应。

该反应进行如下：

R5-O-S-CF2-R+Cl2→R2-Cl+Cl-(O)-S-CF2-R

该反应对于含有不多于10个碳原子的基团R特别感兴趣。碳 阳离子R5+越稳定，该反应效果越佳；因此，对于该反应来说，R5有 利地为苄基、烯丙基或叔烷基。可被提及的适宜基质为式II所示 物质，其中Y为硫或更高的硫属，r＝1，氧有利地被嵌在Y和 CR′R″之间。

应该注意的是卤代物，尤其是亚磺酰氯(R-CF2-SO-类型) 是特别重要的合成中间体。

特别适用于该反应的分子尤其有如由式I衍生的式II所示：

     R-CFX-Y(O)r-CR′R″-Ar     (II)

其中R选自卤素、吸电子基、烃基如烷基、芳基和烃基硫属基如烷 氧基、芳氧基及其硫、硒和碲的对应物，

X选自卤素、优选氯并且尤其是氟；

Y选自硫属，有利地选自高于氧的原子行，条件是当Y为氧时，r＝ 0；

r为0或1或2；

R′与R″可以相同或不同，选自芳基和轻质烷基，优选地，二者之一 或二者均为氢。

Ar为具有至少一个双键的化合物，其中带有开键的碳为SP1碳并且优选地为SP2碳。Ar有利地为轻质芳基、优选地具有不多于 10个碳原子并且有利地为碳环基。

按照本发明的有利的变通方式，可以使下式所示化合物经受β -消除反应，

       R-CFX-Y(O)r-CR′R″-CR1R2-EWG

                      α           β

其中基团R′、R″、R1或R2之一、有利地至少二者为氢(期望在α和 β碳上各有一个基团为氢)；

EWG为能够稳定双键或离去基团的吸电子基(在希望通过在β碳 与EWG之间发生断键完成β-消除反应从而形成式 CFX-Y(O)r-CR′R″＝CR1R2所示衍生物的情况下)。

吸电子基可以选自卤素、含羰基官能团的基团(如酰胺、酯、酮 和醛)、由羰基衍生的基团(如亚胺、肟、硫酮、脒、硫酯、硫代酰胺和 硫羟酸酯)、腈、磷族元素鎓(尤其是鏻和铵)、硝基、原酸酯、其中至 少与自由键(或开键)相邻的原子被全卤化、尤其是被全氟化的基团 (也就是说使该基团与所述分子其余部分连接的键)；可以指出的是 全氟烷基如三氟甲基和五氟乙基，与1，1-二氟和1，1，2，2-四氟 烷基如1，1-二氟乙基、1，1-二氟和1，1，2，2-四氟丙基一样，也 是适宜的。

同样可以提及的吸电子基由氧化硫属(如亚砜和砜)衍生而成 或者由元素周期表中VB族元素衍生而成如氧膦和膦酸或次膦酸 酯，自由键有利地由准金属(硫属或VB族元素)持有。

同样在β-消除反应的情况下，作为离去基团，除了上面已经 提到的卤素以外，还可以有在下述意义上的假卤素。在该说明书中， 假卤素被视作一旦离去便会形成一种其缔合酸的酸度(通过 Hammett常数测定)至少等于乙酸的阴离子的基团(一般情况下， 该基团带有轻质硫属(硫或优选地氧)，通过该硫属该基团被连接在 分子的其余部分上)。在可被提及的典型假卤素中有与其中酰氧基 官能团的α位被全卤化的酸对应的酰氧基如三氟乙酸基( CF3-COO-)，并且尤其是磺酰氧基，尤其是其中带有硫的碳被全氟代 的基团，其实例之一为三氟甲磺酰氧基(CF3-SO2-O-)。

对本发明来说，优选那些一旦离去其酸度至少等于磺酸酸性的 假卤素如甲苯磺酰基(例如芳磺酸)或甲磺酰基(例如烷基磺酸)。

在本发明中，磷族元素鎓为被烃基(如芳基或烷基、包括芳烷 基在内)季化的有机叔磷族元素化物。

所述的有机磷族元素化物为VB族元素的三价烃衍生物。它们 借助可以与VB族原子通过双键(如亚胺)或三键(如腈)相连的烃 残基全部或部分取代氢由磷族元素化氢衍生而成。

然而，V族元素的烃衍生物有利地借助一价烃残基、有利地烷 基(在本文中，烷基取其词源学意义为脱除醇(或-ol)官能团后的 醇烃残基)全部或部分取代氢由磷族元素化氢衍生而成，这些由磷 族元素化物衍生的化合物被称作有机磷族元素化物。

因此，在氮的情况下，氨被取代后形成胺，在磷的情况下，磷化 氢被取代成为膦，在砷的情况下，砷化氢被取代形成胂，在锑的情况 下，锑化氢被取代为_。有利地选自磷烃衍生物如膦。

一般情况下，希望伴随着β-消除反应的发生出现Y(O)r与 CR′R″之间的断裂，其中至少R1和R2二者之一为氢，优选地 EWG为能够稳定双键的基团或吸电子基。应该被提及的可以稳定 双键的基团具备能够与α和β碳之间可以有的双键共轭的键；除了 上述含有双键的吸电子基以外还可以被提及的有如炔、烯和芳基。

同样希望EWG具备足够的吸电子性以便稳定β-位上碳阳离 子，当EGW为芳基并且尤其是视需要被取代的苯基时，希望R1和 /或R2选自适宜的含EWG基团并且尤其是选自炔、烯和芳基。

最后，同样是在Y(O)r与CR′R″之间断裂发生β-消除反应 的情况下，希望EWG是一个普通的离去基团并且有利地并非与 R-CFX-Y(O)r离去团一样好。同样有利的是r至少为1，优选地 至少为2。

该反应按照已知工艺在其缔合酸的pKα值有利地至少为14 的强碱存在下进行。

为了有助于本领域专业人员确定根据具体情况所选用的条件， 下文给出适用于大多数情况下的经验规则。

“烃基硫属基”的结构为R6-Y″-，其中R6-为烃基，即至少 含有氢和碳，其中持有键的原子为碳，Y″为硫属(氧、硫、硒或碲)。 R6有利地为烷基(视需要被取代，尤其被卤代，包括全卤代并且特 别地被全氟化)或者视需要被取代的芳基。

有关这些基团的内容与式(I)有关：

           R-CXX′-Y(O)r-R5        (I)

给电子与弱吸电子应该被理解为象二氯苯基一样吸电子或较 其吸电子性更弱(这一定义同样适用于非吸电子芳基)。相反地，定 义“吸电子”或具有相同含义的“强吸电子”可以由上述“给电子和 弱吸电子”定义得出相反的意义，即比二氯苯基的吸电子能力更 强。

弱反应物(见上述经验规则)的实例(更确切地说为范例)为被 定义为三乙胺.3HF的化合物。

强反应物为被定义为吡啶.10HF。

温和条件：θ＝熔点，不高于50℃；

苛刻条件：50-100℃(或沸点，若低于预期压力)；

非常苛刻条件：θ＝100-150℃，适宜情况下，高于大气压；

在式(I)中的X和X’代表比氟重的卤素时，导致在载卤碳上 存在一个氟的反应方程式可被表示为：

R-OXX′-Y(O)r-R5 HF-碱R-CFX′-Y(O)r-R5

导致在载卤碳上存在二个氟的反应：

R-OXX′-Y(O)rR5 HF-碱R-CFX′-Y(O)r-R5

R-CFX′-Y(O)r-R5 HF-碱R-CF2-Y(O)r-R5

其中R代表比氟重的卤素

导致在载卤碳上存在三个氟的反应：

R-OXX′-Y(O)r-R5 HF-碱R-CFX′-Y(O)r-R5

R-CFX′-Y(O)r-R5 HF-碱R-CF2-Y(O)r-R5

R-CF2-Y(O)R-R5 HF-碱CF3-Y(O)r-R5

                  基质分子结构 置换后(即经过各种试剂处理后)，依据所采用的试剂处 在载卤原子上氟原子的数目          R            R5   r  弱反应物  温和条件  弱反应物  苛刻条件  强反应物  温和条件  强反应物  苛刻条件  强反应物  非常苛刻    条件     吸电子芳基     给电子或弱吸电子   0     0-1     1     1     1-2     2     吸电子芳基     强吸电子   0     0-1     1     1     1-2     2     吸电子芳基     种类不限   1     0-1     0-1     0-1     1-2     1-2     非吸电子芳基     给电子或弱吸电子   0     1     1-2     1-2     2     2     非吸电子芳基     强吸电子   0     1     1-2     1-2     2     2     非吸电子芳基     种类不限   1     0-1     0-1     1-2     1-2     2     烷基     给电子或弱吸电子   0     1-2     2     2     2     2     烷基     强吸电子   0     1     1-2     1-2     1-2     2     烷基     任意   1     0-1     1-2     1-2     1-2     2     烃基硫属基     给电子或弱吸电子   0     1-2     2     2     2     2

烃基硫属基     强吸电子   0     1     1-2     1-2     1-2     2 烃基硫属基     任意   1     1     1-2     1-2     1-2     2 比氟重的卤素     给电子或弱吸电子   0     1-2     2     2-3     3     3 比氟重的卤素     强吸电子   0     1     1-2     1-2     2-3     2-3 比氟重的卤素     任意   1     1     1-2     1-2     2-3     2-3

下列非限制性实施例描述本发明。

实施例1  制备HF-碱溶液    一般步骤

按照下列方式合成各种HF-碱介质

边搅拌(可视需要冷却至-20℃)向x摩尔有机碱(吡啶、三乙 胺、二噁烷等)或无机碱(KF、Bu4NF等)中滴加Y摩尔无水氢氟 酸。待添加无水氢氟酸之后，将反应介质加热至室温并且在不加任 何处理的条件下使用。这样HF-碱配合物的结构为(HF)y-碱x。

反应之后，当采用可以与上述HF-碱介质互混、但溶解所形 成的产物的无水有机相(例如仅有CH2Cl2而没有冰或水)处理氟化 粗品时，得到2相：含有置换产物的极性较弱的相(例如CH2Cl2)和 在视需要将其返回到初始(HF)滴定度并且(例如通过蒸馏)脱除通 过反应被释放出的氢卤酸之后可被循环使用的极性较强的相“HF-碱”。这一循环过程属于本发明方法所特有并且是该法的一个附 带优点。

实施例2  采用苄基三氯甲基硫醚完成Cl-F置换

合成基质

反应方程式

_-CH2-S-CN+HCCl3 NaOH相转移催化剂_-CH2-S-CCl3

应用步骤

按照M.Makosza(Synthesis(1974)，274)的著作制备苄基三 氯甲基硫醚1。

2a)置换3个氯

反应方程式

应用步骤

将90.1克(0.374摩尔)硫醚1加至297克被冷却至0℃的吡 啶-[HF]11配合物(由77.3克吡啶和219.7克无水氢氟酸制成)。

随后将反应介质加热至室温并且搅拌18小时。

随后将反应粗品倾入CH2Cl2(5200毫升)与冰(500克)的混合 物中。

用100毫升水洗涤有机相4次并且在硫酸镁上干燥。蒸除溶剂 (CH2Cl2)得到68克可以通过蒸馏(bp＝77/30毫米汞柱)纯化的硫 醚2(相对于1为95％)。

19F NMR＝35.9ppm(参照物：TFA-三氟乙酸)。

当将氟化粗品倾入CH2Cl2自身(无冰或水)时，得到2相：含有 硫醚2的CH2Cl2相和可被循环使用的吡啶-HF相。

2b)反应方程式

应用步骤

将2克(8.3×10-3摩尔)硫醚1于室温下加入20毫升Et3N- (HF)3配合物中。在20℃将反应介质搅拌4小时，随后倾入由100 毫升CH2Cl2、25克冰和50毫升水组成的混合物中。用水(50毫升) 洗涤有机相3次，随后用MgSO4干燥。蒸除溶剂得到1.7克硫醚3 (91.5％)。

2c)反应方程式

应用步骤

反应条件与上述相同，不同的是反应介质在75℃被搅拌18小 时。按照上述试验进行相同的处理过程，得到1.64克硫醚4(相对 于1为95％)。

19F NMR＝50.8ppm(参照物：TFA)

实施例3  对2-氯环己基三氯甲基硫醚进行置换反应

反应方程式

应用步骤

通过将CCl3SCl反式加成到环己烯之上获得初始硫醚5(2-氯 环乙基三氯甲基硫醚)。

将1克(3.73×10-3摩尔)硫醚5加至被冷却至0℃的吡啶- [HF]10配合物(5克)中。随后在室温下将反应介质搅拌6小时，随 后将其倾入由CH2Cl2(50毫升)与冰水(50克)组成的混合物中。

用50毫升水洗涤有机相3次并且用MgSO4干燥。蒸除溶剂得 到0.73克硫醚6(相对于5为90％)。19F NMR＝167ppm(参照 物TFA-三氟乙酸)。

3b)部分置换

将1克(3.73×10-3摩尔)硫醚5在室温下加至10毫升Et3N -[HF]3配合物中。在室温下将反应介质搅拌5小时。按照上述试 验进行相同的处理过程，得到0.85克伴随硫醚8产生的硫醚7(相 对于5为91％)。

实施例4  合成三氟甲亚磺酸

反应方程式

CCl3-S-(CH2)2-COO-C2H5 吡啶-HF配合物CF3-S-C2H4-COO-C2H5

CF3-S-C2H4-COOC2H5 氧气CF3-SO2-C2H4-COOC2H5

CF3-SO2-C2H4-COOC2H5 碱CH2=CH2-CO-O-C2H5+CF3SO2-

4a)对CCl3S(CH2)2CO2Et(9)进行置换

应用步骤

将100毫克硫醚9在0℃加至1毫升吡啶-[HF]10配合物中。 随后在室温下搅拌反应介质24小时，将其倾入由CH2Cl2(20毫升) 和冰水(20克)的混合物中。

用10毫升水洗涤CH2Cl2相3次，用MgSO4干燥，随后蒸除 CH2Cl2溶剂得到含有约50％硫醚10的黄色油状物(80毫克)。 硫醚10的19F NMR：-41.93ppm(％CFCl3)

实施例5

5)对吡唑衍生物进行置换

R-CXX′-Y(O)r-R5(I)→R-CFX′-Y(O)r-R5+R-CF2- Y(O)r-R5+FCF2-Y(O)rR-R5

其中R＝卤素(此时为氯)；X＝ X′＝氯；Y＝S ；r＝0并且

R5＝            

X″＝腈；R11＝R12＝邻氯，R13＝对三氟甲基

通用步骤

将三氯甲基吡唑11加至HFx-碱x混合物(x、y为已知)中。 在给定温度下在给定时间内搅拌该反应混合物。

待返回室温后，将反应粗品倾入CH2Cl2/冰水混合物中。用水 洗涤CH2Cl2有机相三次并且用MgSO4干燥，随后蒸除溶剂。

借助HPLC分析所得到的粗产物。

所完成的主要试验的结果汇总于下表。

                                                 R5-SCCl3     →R5 SCFnCl3-n

                                                           n＝1～3 配合物的性质   相对于R-CXX’-   -SR5的配合物碱-   -HF的当量数     T°     时间   置换产物的   产率，其中   X＝X′＝R＝F     置换产物的     产率，其中     X＝X′＝F     R＝C    置换产物的    产率，其中    X＝F    X′＝R＝Cl [HF]10，吡定1     13   100℃     4小时     7,2％      61％      17,5％ [HF]10，吡啶1     26   100℃     5小时     2,3％      88％      7,0％ [HF]5，吡啶1     24   100℃     10小时     0,5％      54,6％      8,5％ [HF]5，吡啶1     48   100℃     24小时     1,3％      80,4％      1,3％ [HF]16，吡啶1     9   100℃     4小时     18％      37％      - [HF]3，Et3N1     30   80℃     6小时     -      3,5％      85％

实施例6  对二氯-MDB进行Cl-F置换

6a)借助吡啶-[HF]10进行置换

半定量地测定产率(GC分析)。

将191毫克(1毫摩尔)DCMDB在0℃下加至2毫升吡啶- [HF]10中。在室温下将反应介质搅拌2小时，随后将其倾入 CH2Cl2/冰水混合物中。待洗涤有机相之后，GC分析结果给出

DFMDB-95％(GC面积)

DCMDB-难以定量(最多等于1％)

氯氟-MDB-1％

6b)借助Et3N-[HF]3置换

半定量地测定产率(GC分析)。

将191毫克DCMDB在0℃加至2毫升Et3N-[HF]3中。

室温下的反应时间为3小时。

按照上述试验进行同样的处理过程。

GC分析结果为

DFMDB-90％GC面积

DCMDB-难以定量(最多等于10％)

6c)借助“催化”HF+碱介质进行DCMDB-DFMDB置换

在下列试验中，(有机或无机)碱的用量远远小于上述试验。按 照上述碱-HF配合物所用的方式形成催化碱-HF配合物。

下表表明碱(Et3N和KF)的催化量对在不添加碱的条件下进 行“空白”试验的影响。

借助催化碱-HF进行的试验处理与借助吡啶-[HF]10和 Et3N-[HF]3进行的试验相同。

      HF     DCMB         碱      比值    HF/DCMDB       碱   比值(DCMDB)   测DFMDB   定值(CPV)    测定值   不溶性产      物     48克     2,4摩尔     (4,8当量)    95,6克    0,5摩尔     -      4,8    -     75,5％     2,4％     2,9g       ″      ″     Et3N     4,72.10-2摩尔      4,8    0,095当量     81％     1,1％     1,2g       ″      ″     KF     4,2.10-2摩尔      4,8    0,084当量     80,4％     1,7％     0,4g

实施例7  氧化制备次磺酸盐

反应方程式

_-CH2-S-CF3 H₂O₂/乙酸50℃,18小时_-CH2-O-S-CF3

   Mw=192                                  Mw=208

方法

向被稀释于1毫升乙酸中的192毫克(1当量)苄基三氟甲基 硫醚添加0.11毫升(1.1当量)30％氢过氧化物水溶液。

在50℃加热该介质18小时，将反应粗品溶于二氯甲烷并且用 水洗涤有机相，随后用硫酸钠干燥。蒸除溶剂后，得到与产率90％ 相对应的数量的期望的次磺酸盐白色固体。

实施例8  氧化次磺酸盐

反应方程式

_-CH2-O-S-CF3 Cl₂_-CH2-Cl+Cl-(O)S-CF3

方法

向被稀释于2毫升二氯甲烷CH2Cl2的208毫克(1当量)三氟 甲基苄基次磺酸盐中添加71毫克(1.1当量)氯气。在室温下经过 18小时后，气相色谱(GC)分析表明基质全部转化，苄基氯与三氟 甲亚磺酰氯的产率分别为75％和80％。

实施例9  合成Ph CH2SCCl3

剧烈搅拌硫氰酸苄酯(29.8克，0.2摩尔)、氯仿(76克，0.6摩 尔)和三乙基苄基氯化铵(0.5克，0.002摩尔)。向该溶液中缓慢加 入40毫升50％含水氢氧化钠(温和地放热)。温度升至40℃并且在 有效地搅拌下将此温度保持4小时。

随后用水稀释反应物料并且用氯仿萃取。用水洗涤合并的有机 相，用MgSO4干燥并且在减压下在旋转蒸发器中浓缩。产率为 80％。

实施例10  由PhCH2SCF3合成PhCH2SO2CF3

将12.7毫升30％氢过氧化物水溶液(124.3毫摩尔)滴加至苄 基三氟甲基硫醚(5.95毫克，31.06毫摩尔)与23毫升99％乙酸的 溶液中。在90℃下搅拌2小时后，用水稀释反应物料并且用乙醚(3 ×100毫升)萃取。用3×75毫升水、2×75毫升饱和NaHCO3溶液 和2×75毫升水洗涤有机相。用MgSO4干燥并且用旋转蒸发器减 压浓缩。所得到的固体自CCl4(25-30毫升)中重结晶。得到4.604 克白色固体，通过NMR控制其结构和纯度。分离后产物的产率＝ 66％。

1H NMR(CDCl3)：4.47ppm(S，2H)，7.43ppm(m，5H，芳烃 H)。

19F NMR(CDCl3)：-76.91ppm(S)

实施例11  合成1，2-二苯乙基三氟甲砜(triflone)

将苄基三氟甲砜(0.673克，3毫摩尔)溶于12毫升无水乙腈。 随后导入K2CO3(0.485克，3.5毫摩尔)，和苄基溴(0.365毫升，3 毫摩尔)。保持反应物料回流(82℃)20小时。随后过滤、用水稀释并 且用乙醚(2×25毫升)萃取。用水(2×20毫升)和饱和的NaCl溶 液(1×20毫升)洗涤合并的有机相。用MgSO4干燥后，在加压旋转 蒸发器中浓缩，得到黄色油状物。用3毫升石油醚重结晶产物。分 离产物的产率＝68-82％(0.637-0.768克白色固体)，其特征通 过NMR表示。1H NMR(CDCl3)：

3.39ppm(dd.1H，2J＝13.6Hz，3J＝3.2Hz，H2 or H3)

3.77ppm(dd.1H，2J＝13.6Hz，3J＝11.6Hz，H3 or H2)

4.54ppm(dd.1H，3J＝3.2Hz，3J＝11.6Hz，H1)

6.92 to 7.35ppm(m，10H，aromatic H)

19F NMR(CDCl3)：-73.80ppm(s)

实施例12  通过对1，2-二苯乙基三氟甲砜进行β-消除反 应合成三氟甲亚磺酸盐

碱：DBU(重氮二环十一碳烯)

将三氟甲砜(186毫克，0.592毫摩尔)、DBU(104毫克，0.655 毫摩尔)和1，4-二噁烷(3，2毫升)在100℃加热67小时。冷却后， 用20毫升二氯甲烷稀释反应物料并且用10毫升水洗涤。用2×20 毫升二氯甲烷萃取水相。

用1×15毫升水(被加至上述水相中)、2×20毫升水和1×20 毫升饱和NaCl溶液洗涤合并有机相。经过MgSO4干燥和减压旋 转蒸发器浓缩后，回收134毫克浅黄色固体，经1H NMR(CDCl3) 分析，该混合物含有：反式1，2-二苯乙烯(与文献20对照物相同 的光谱)，原料(与上述相同的光谱)，尚不了解的杂质。

反式1，2-二苯乙烯相对于原料的比例为70/30(％摩尔)。

通过添加5.9毫升0.1N氢氧化钠溶液碱化水相。然后用4× 30毫升二氯甲烷萃取(DBU萃取)、用0.1N盐酸中和、用4×20毫 升甲苯萃取(萃取有机残渣)并且用减压旋转蒸发器浓缩。借助 NMR(标准CF3CH2OH)评估和表示所获得的油状黄色沉积物 (116毫克)的特征。产率2％。

19F NMR(H2O)：-87.2ppm(S，CF3SO2Na)

碱：NaH

将氢化钠50％油悬浮液(29毫克，0.604毫摩尔)导入10毫 升圆底烧瓶。用氮气吹扫后依次加入3毫升THF和处于1毫升 THF中的1，2-二苯乙基三氟甲砜(188毫克，0.599毫摩尔)溶 液。在室温下于氮气流中搅拌该介质。搅拌6小时后，加入更多氢 化钠(10毫克，0.208毫摩尔)，通过GC监测反应(原料与可能形 成的产物的停留时间可通过样品确定)。

碱：NaOME

在60℃将760毫克1，2-二苯乙基三氟甲砜(2.42毫摩尔)、 408毫克甲醇钠(7.55毫摩尔)和10毫升无水甲醇搅拌24小时。

随后在减压旋转蒸发器中浓缩反应物料并且在45毫升乙醚/ 水混合物(2/1)中稀释，待沉降后出现相分离，用4×25毫升 CH2Cl2萃取水相。用1×25毫升水(将其加入先前的水相)、2×40 毫升水和1×40毫升盐水洗涤合并后的有机相)。用MgSO4干燥 后，用减压旋转蒸发器浓缩，回收0.747克浅黄色固体，借助 1H NMR(CDCl3)分析产物。该混合物含有1.82毫摩尔反式1， 2-二苯乙烯(产率75％)(光谱与文献中的参照内容相同)，0.58 毫摩尔原料(产率24％)(与上述光谱相同)。

移位δ与上述相同。

用6N HCl溶液处理水相直至pH约为5为止，随后在减压旋 转蒸发器中浓缩。得到0.514克白色固体(借助19F NMR分析， 标准CF3CH2OH)。三氟甲亚磺酸钠的产率为72％(光谱与上述相 同)。

实施例13

通过3-苯基-3-(三氟甲磺酰基)丙酸乙酯的β-消除反应 合成三氟甲亚磺酸钾

苄基三氟甲砜(559毫克，2.5毫摩尔)、碳酸钾(1043毫克， 7.55毫摩尔)和10毫升乙腈被放入25毫升圆底烧瓶中。一次性加 入溴代乙酸乙酯(300微升，2.65毫摩尔)。随后密封烧瓶并且边搅 拌边在80℃加热16小时。

冷却后，将反应物料稀释于30毫升水和60毫升Et2O中。通 过相沉降分离混合物。用40毫升Et2O萃取水相。用4×40毫升水 洗涤合并有机相。用MgSO4干燥后，用减压旋转蒸发器浓缩。得到 400毫克黄色液体。借助1H NMR表示产率为88％的产物特征。

合并所有水相，用0.1N HCl溶液中和并且用减压旋转蒸发 器浓缩(t＝65℃)。借助甲苯通过共沸夹带脱除残余水。得到1.156 克白色固体，通过19F NMR(标准：CF3CH2OH)分析产物。产率 ＝68％。用8×10毫升乙酸乙酯萃取三氟甲亚磺酸钾，分离390毫 克白色固体。借助19F NMR表述产率为49％的分离产物的特 征。