亚磺化脱卤反应是有机氟化学领域应用很广的一类反应,可以在较为温和的条件下一步将全氟卤代烃转化为相应全氟亚磺酸盐,具备实验室和工业上的应用价值。经过数十年深入研究,已经形成了一个完整的反应体系。
反应介绍:
反应底物包括:全氟碘代烷、全氟溴代烷以及多卤代烷亚磺化脱卤试剂:连二亚硫酸钠(保险粉)、羟甲基亚磺酸钠、二氧化硫脲、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、偏重亚硫酸钠等氟化学介绍:
含氟化合物之所以具有独特的生物活性,现在一般认为这是由于氟原子的独特性质决定的:
1.氟原子作为第三小的原子(排在氢和氦之后),其范德华半径与氢原子非常接近(rF=1.35埃,rH=1.20埃),所以有机化合物中的氢原子被氟原子取代后,体积大小变化不大,因而不易被生物体内的酶所识别,能很容易地替代非氟母体进入生物体的代谢过程。2.C.F键能,(--KJ/m01)远大于C.H键能(.KJ/m01)。因此,含氟基团能够经受新陈代谢中的许多转化而不被破坏。3.氟原子的电负性最大,分子中引入氟原子之后,使得整个分子的电子分布、偶极距以及含氟基团邻位基团的酸碱性都发生了显著变化,进而影响有机分子的化学反应性质和物理性质。4.含氟基团的引入通常会增加分子的脂溶性,这有助药物在生物体内的吸收、传递和扩散。有研究表明,由于含氟基团独特的亲脂性,当在生物大分子,如蛋白质中引入含氟基团后会影响蛋白质的折叠以及蛋白质与蛋白质之间的相互作用,从而改变蛋白质的生理活性。合成含氟有机小分子主要有两种途径:
一种是氟原子直接引入法。这种方法主要是通过各种亲电或亲核的氟化试剂将氟原子直接引入到有机分子的特定位置中。
常用的氟化试剂有:F2,KF,HF,(HF)n.Py,SF4,SbF3,DAST,TBAF,Selectorfluor,BrF3,XeF2等,这些氟化试剂为分子中直接引入氟原子提供了很好的选择。
另一种是含氟砌块法。即利用一些含氟的中间体或者试剂作为合成砌块,通过适当的反应途径来合成含氟目标分子。
反应机理:
这个反应中,暴露出了一些局限性。例如,反应需要一定浓度的过氧化合物,致使反应条件不好控制。该反应经历了由三氧化硫阴离子自由基参与的单电子转移的自由基过程
连二亚硫酸钠(俗称保险粉)能够很好地引发亚磺化脱碘反应。反应过程中为了减缓连二亚硫酸钠的分解,使反应平稳进行,应使反应液呈碱性,往体系中加入碳酸氢钠比较合适。由于连二亚硫酸钠不溶于有机溶剂,因而反应需要在水中进行,但是含氟碘代烷水溶性比较差,在反应体系中加入二乙二醇或乙腈等共溶剂可促使反应顺利进行。
反应案例
黄维垣等人利用亚磺化脱卤体系引发全氟和多氟烷基卤化物(RFX)对一系列化合物进行烷基化反应,如烯烃、炔烃、烯醇醚、芳环等,并用于合成一系列有用的含氟中间体或含氟化合物。为有机化合物的氟烷基化提供了一个非常温和、方便、用途广泛的新方法。
DMSO为溶剂的改良的亚磺化脱卤反应不再局限于全氟烷基碘、溴,全氟烷基氯也能发生类似的反应。