C-F键未必稳定:烯基氟的C-F键活化

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有机氟化学的研究一直是个比较热门的领域,在分子中引入氟原子能显著改变分子的理化性质,含氟化合物在生物医药、农用化学品、材料化学以及电子化学品等领域有着广泛的应用。相对C-F键形成而言,C-F键活化的研究相当少,最近一段时间C-F键官能团化反应吸引了许多研究人员的关注。C-F键活化在合成化学中具有一定的意义,可以实现多氟化合物到少氟化合物的转化,在某些情况下,能实现传统C-X键官能团化难以实现的反应。

众所周知,C-F键是最强的化学键之一,在有机分子中引入氟原子能增强其稳定性,但笔者认为是相对而言,由于氟的强电负性,C-F键键能特别强,氟上的孤对电子也能反馈到缺电子中心稳定α碳正离子和卡宾等中间体,但对于α-碳上电子云密集的化合物,反而会发生电子排斥,使分子不稳定,例如偕二氟烯烃、全氟芳烃等物质反应活性较高,β位有氟原子的碳负离子也容易发生β-氟消除,因此含有机氟化合物稳定的说法未必全对,要视情况稳定。基于以上分析,C-F键官能团化反应是可行的。

本文主要从三个方面进行介绍:芳基氟化合物的C-F键活化、烯基氟的C-F键活化、烷基氟的C-F键活化。

今天将介绍第二部分烯基氟化合物的C-F键活化,主要从烯基氟化合物的结构特点和反应性、烯基氟的反应两个方面进行介绍。


1烯基氟化合物的结构特点和反应性

烯基氟sp2杂化的C-F的活化多经历加成-消除机理,氟代烯烃特别是偕二氟烯烃对亲核试剂的反应性十分强。反应的驱动力主要有三个:①偕二氟烯烃的高电子云密度;②和氟化烷烃相比,sp2杂化的偕二氟烯烃热力学更不稳定;③亲核试剂进攻形成的碳负离子在氟的β-位,氟对β-碳负离子具有稳定作用。

亲核试剂进攻偕二氟烯烃后主要有三种反应模式:①加成消除机理,碳负离子在非质子溶剂中发生β-氟消除得到C-F键亲核取代化合物;②加成机理,碳负离子在被质子或亲电试剂捕获得到双键加成产物;③SN2’取代机理,如果γ-C上有离去基团,则会发生SN2’反应得到烯丙基二氟化物。


2、烯基氟的反应

1,1-二氟乙烯在合成中有很多应用,在OSiCPN等亲核试剂作用下,可以发生各种官能团转化。

而在Heck反应中,1,1-二氟乙烯与碘苯反应得到的是β-氟消除产物而非β-氢消除产物。

烯基氟可以发生分子内关环反应,偕二氟烯烃的反应活性高于单氟烯烃,远远高于非氟卤代烯烃。

全氟环戊烯的反应活性很好,可以通过加成消除机理得到各种脱氟产物。

值得注意的是,由于多氟烯烃的高反应性,许多多氟烯烃毒性十分大,会与人体细胞组分发生反应,在使用时应特备注意。


3、总结

含氟烯烃化合物的C-F键活化大多涉及加成-消除机理,而加成所形成的碳负离子可以发生β-氟消除、SN2’、质子化等反应,最近比较热门的过渡金属催化的偕二氟烯烃C-F键官能团化反应也大多涉及这些原理。


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