불소는 부식성이 강한 반응성 가스입니다. 원소 형태의 불소는 독성이 강하므로 조심스럽게 취급해야 합니다. 불소는 많은 의약품, 정밀 화학 물질 및 폴리머에 필요한 구성 요소입니다. 불소화 반응은 기질 분자에 불소를 추가하도록 설계되었습니다. 불소화를 수행하는 데 사용할 수 있는 시약이 많이 있습니다. 일반적인 불소화 시약은 불화수소산이지만 부식성, 반응성도 있어 각별한 주의를 기울여 사용해야 합니다. 원소 불소 또는 HF로 불소화할 때의 또 다른 문제는 특이성입니다. 그들은 유기물과 반응하는 데 매우 효과적인 경향이 있어 불소 원자가 기질 분자에 삽입되는 위치를 제어하기 어렵습니다. 제어된 불소화를 제공하는 데 더 효과적인 많은 시약이 개발되었습니다. 예를 들어, DAST(디에틸아미노황 삼불화)는 일반적으로 카르보닐과 알코올을 유사한 불소 유도체로 전환하는 데 사용됩니다. 훨씬 더 양성 시약은 SelectFluor[(1-클로로메틸-4-플루오로-1,4-디아조니아비시클로[2.2.2] 옥탄가 비스(테트라플루오로붕산염)]로, 비휘발성이고 공기/수분에 안정적이기 때문에 사용하기 쉬운 친전자성 불소화 시약입니다.
불소와 불소화란 무엇입니까?
불소 및 불소화 반응이 중요한 이유는 무엇입니까?
불소는 산업 제품에 널리 사용됩니다. 불소를 함유한 제품 및 화합물의 범위는 놀랍습니다. 불소 원자는 다음에서 발견됩니다.
- 치약 및 식수와 같은 소비재
- 의약품, 항생제 및 마취제
- 에어컨 냉매
- 플라즈마 에칭을 위한 반도체 응용
- 고성능 엔지니어링 플라스틱 및 폴리머
의약품에서 기질 분자에 불소 원자를 첨가하면 치료 활성의 잠재력이 높아질 수 있습니다. 불소 원자를 포함하는 활성 제약 성분(API)은 150개 이상 있습니다. 치료 물질에 불소를 첨가하면 대사 안정성, 친유성을 증가시켜 생체이용률을 향상시킬 수 있습니다. 결과적으로 높은 특이성을 갖는 잘 제어된 불소화 반응이 제약 연구, 개발 및 생산에 자주 사용됩니다.
산업용 중합 반응에서 탄소-탄소 백본에 불소를 첨가하면 강도, 내구성, 화학 물질에 대한 불활성 및 향상된 표면 특성과 같은 특성을 가진 폴리머가 생성됩니다. 분자 수준에서 CF 결합의 강도는 이러한 성능 이점의 핵심이며 내화학성 개스킷 생산에 사용되는 불소 중합체의 광범위한 사용으로 이어집니다. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 플루오로엘라스토머와 같은. 중요한 불소화 중합의 예로, 클로로포름은 HF와 반응하여 클로로디플루오로메탄을 형성한 다음 가열하여 테트라플루오로에틸렌을 형성하고 과산화물 개시제를 사용하여 고압에서 중합하여 PTFE를 생성합니다.
불소화 반응 및 시약의 종류
친핵성 및 친전자성 시약
불소화 반응은 친핵성 또는 친전자성 시약으로 수행됩니다. 원소 불소 가스는 친전자성 불소의 일반적인 공급원이지만 반응성이 높고 부식성이 있으며 독성이 있어 특수 장비와 사용 시 세심한 주의가 필요합니다. 또한 매우 공격적이어서 반응 특이성을 제어하기 어렵습니다. 이러한 이유로 친전자성 불소를 안전하게 제공하고 더 나은 반응 특이성을 제공하는 많은 화합물이 합성되었습니다. SelectFluor [1-클로로메틸-4-플루오로-1,4-디아조니아비시클로[2.2.2]옥탄 비스(테트라플루오로붕산염)] 및 NFSI[N –플루오로벤젠설포니미드]는 친전자성 불소를 제공하며 둘 다 예를 들어 아릴 친핵체의 불소화를 가능하게 하는 안정적인 고체입니다.
친핵성 불소화는 DAST[디에틸아미노황 삼불화] 또는 XtalFluors와 같은 화합물로 쉽게 수행됩니다. DAST는 오랫동안 알코올, 케톤 및 카르복실산을 불소화하는 데 사용되어 왔으며 더 문제가 되는 반응물인 사불화황 가스를 대체했습니다. XtalFluor-E 및 XtalFluor-M과 같은 최신 친핵성 불소화제는 수산기 및 카르보닐을 불소로 대체하는 데 효과적이며 DAST와 관련된 일부 문제(예: HF 방출)를 제거합니다.
불소 중합체
불소 및 불소화 반응은 탁월한 성능 특성을 가진 제품군을 만들어 폴리머 산업에 혁명을 일으켰습니다. 산과 염기의 화학적 공격에 대한 저항성을 포함하여 불소중합체의 고유한 장점은 C-C 결합의 강도와 C-F 결합의 훨씬 더 큰 강도에서 비롯됩니다. 예를 들어, PTFE에서 불소 원자의 위치는 본질적으로 탄소 백본 주위에 피복을 형성하여 CC 결합을 공격으로부터 보호합니다. 불소중합체는 일반적으로 가혹한 화학 및 고온 응용 분야에 사용됩니다. 플루오로엘라스토머는 화학 및 항공우주 산업 모두에서 사용되는 개스킷에 선호되는 소재입니다. 불소 중합체의 마찰 계수가 낮기 때문에 특수 윤활제 및 코팅으로 가치가 있습니다.
일반적으로 사용되는 불소 중합체는 다음과 같습니다.
- 전선 절연체로서의 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)
- 화학 산업의 배관 및 피팅에 사용되는 PFA(퍼플루오로알콕시 알칸)
- 플라스틱 실험실웨어 및 복합재 제조의 이형 필름으로서의 FEP(불소화 에틸렌 프로필렌)
- 항공우주 및 항공의 고온 응용 분야를 위한 ETFE(에틸렌 테트라플루오로에틸렌)
- PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드)는 화학 및 제약 산업의 배관 재료입니다.
- 금속의 정전기 분말 코팅을 위한 ECTFE(에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌)
불소화 반응 및 불소 화학 기술
불소화의 동역학과 열역학을 이해하는 것은 반응 목표를 달성하고 반응/화학 공정 안전을 보장하는 데 중요합니다. 기질, 불소화제 및 반응 조건에 따라 불소화는 매우 활력이 넘칠 수 있으며 세심한 모니터링과 제어가 필요합니다. 이는 반응 스케일업 중에 특히 그렇습니다. 화학 합성 반응기 및 반응 열량계는 정밀한 반응기 제어를 제공하고 반응 에너지를 측정하며 반응 성능에 대한 변수의 영향을 모델링합니다. FTIR 및 라만 분광법 은 주요 반응 종을 추적 및 모니터링하여 동역학 데이터, 제안된 메커니즘에 대한 지원, 변수가 전체 반응 진행 및 성능에 미치는 영향에 대한 더 나은 이해를 제공합니다. 오프라인 분석을 위해 반응 샘플을 얻어야 하는 경우 EasySampler 는 자동화된 안전한 무인 샘플링을 수행합니다. 연구자들은 종종 분광학 및/또는 EasySampler in situ와 함께 화학 합성 반응기를 사용합니다 불소화 반응 및 공정을 철저히 이해하는 데 필요한 정보를 얻기 위한 샘플링.
일정에 따라 직장이나 홈 오피스에서 라이브 eDemo를 볼 수 있습니다.
어플리케이션
CF 결합 절단은 유기 친전자체의 친핵 불소화로 이어집니다.
저자는 과불화 리간드의 불소가 친전자체로 전달되는 반응을 설명하며, 이는 새로운 불소화 화합물과 모노데플루오로화 유기로듐 복합체의 이량체화 버전을 합성합니다. 이러한 전달은 이전에는 결합의 강도로 인해 달성하기 어려운 것으로 간주되었던 C-F 결합 활성화로 인해 발생합니다. 로듐 복합체의 리간드에서 C-F 결합을 절단하는 [(η5 , κ2C−C 5Me4CH2C6F5CH2NC3H2NMe)−RhCl]은 친핵성 불화물을 방출하고 톨루일 염화물 친전자체의 아실 부분을 아실 불화물로 전환하여 금속 환 화합물의 형성을 유도합니다.
연구원들은 무수물을 포함한 다른 기질로의 불소 이동을 조사했습니다. 한 실험에서 불소가 무수아세트산으로 이동하는 과정을 ReactIR로 추적했습니다. 그들은 무수물 C-O 밴드(1268cm-1)와 로듐 복합체[(η5,κ2C−C5Me4CH2C6F5CH2NC3H2NMe)−RhCl] C-F 밴드(1386 cm-1)의 강도가 감소하는 반면, 동시에 아실 불화물 CF 결합(1346 cm-1)에서 발생하는 새로운 밴드의 강도는 비례적으로 강도가 증가한다고 보고합니다. 이것은 한 기질에서 불소가 다른 하나.
Patrick J. Morgan, Magnus WD Hanson-Heine, Hayden P. Thomas, Graham C. Saunders, Andrew C. Marr, Peter License, "유기 친전자체의 친핵 불소화로 이어지는 과불화 리간드의 C-F 결합 활성화", Organometallics, 2020, https://dx.doi.org/10.1021/acs.organomet.0c00176
2차 아민 및 이소티오시안화물로부터 N-알킬/아릴 및 N-CF3 카르바모일 플루오라이드 합성
저자는 실온에서 AgOCF3 를 제조하는 방법을 설명하고 트리플루오로메톡실화 및 불화카르보닐(O=CF2)의 공급원으로서의 능력을 입증합니다. 이를 통해 2차 아민과 이소티오시안화물로부터 N-알킬/아릴 및 N-CF3 카르바모일 플루오라이드를 합성할 수 있었습니다.
염이 O=CF2를 방출하는 메커니즘을 더 잘 이해하기 위해 여러 실험이 시작되었습니다. ReactIR 측정은 염이 가열 시 O=CF2를 방출하지 않으며 염 용액이 50°C에서 몇 시간 동안 안정적임을 보여주었습니다. 이소티오시아네이트가 도입되었을 때 ReactIR 측정은 AgOCF3와 관련된 974cm-1 밴드의 감소와 O=CF2 형성에서 1245cm-1의 밴드. 연구원들은 N-CF3 카르바모일 부분을 식별할 수 있는지 여부를 결정하기 위해 다양한 이소티오시아네이트와 AgOCF3의 반응을 수행했습니다. 그들은 탈황 생성물 R-N-C=CF2에서 1641cm-1에서와N-CF3 카르바모일에서 1848cm-1에서 발생하는 두 개의 새로운 IR 밴드를 관찰했습니다.
요약: ReactIR 측정은 AgOCF3 가 친핵성 보조 시약에 의해 활성화될 때까지 O=CF2 를 방출하지 않음을 나타내며, 이는 염의 안정성에 대한 연구원의 관찰을 뒷받침합니다. 이를 통해 2차 아민과 이소티오시안화물로부터 다수의 카르바모일 플루오라이드를 합성할 수 있었습니다.
Abdurrahman Turksoy, Thomas Scattolin, Samir Bouayad-Gervais, "AgOCF3 에 대한 쉬운 접근 및 N-CF3, 아릴 또는 알킬 카르바모일 플루오라이드의 직접 합성을 위한 OCF2 저장소로서의 새로운 응용" Chem. Euro. J., 2020, https://doi.org/10.1002/chem.202000116
출판물
불소 및 불소화 화학과 관련된 최근 간행물
- 스기야마 마사후미, 아키야마 미도리, 니시야마 코헤이, 오카조에 타카시, 노작 쿄코, "카르보닐원으로서의 이산화탄소로부터 불소화 디알킬 탄산염의 합성", ChemSusChem, 2020, https://doi.org/10.1002/cssc.202000090
- Abdurrahman Turksoy, Thomas Scattolin, Samir Bouayad-Gervais, "AgOCF3 에 대한 쉬운 접근 및 N-CF3, 아릴 또는 알킬 카르바모일 플루오라이드의 직접 합성을 위한 OCF2 저장소로서의 새로운 응용" Chem. Euro. J., 2020, https://doi.org/10.1002/chem.202000116
- Patrick J. Morgan, Magnus WD Hanson-Heine, Hayden P. Thomas, Graham C. Saunders, Andrew C. Marr, Peter Licence, "유기 친전자체의 친핵 불소화로 이어지는 과불화 리간드의 C-F 결합 활성화", Organometallics, 2020, https://dx.doi.org/10.1021/acs.organomet.0c00176
- Lara Amini-Rentsch, Ennio Vanoli, Sylvia Richard-Bildstein, Roger Marti, Gianvito Vilé, "약물 발견 및 의약품 제조를 위한 트리플루오로메틸화 N-융합 헤테로사이클을 제조하는 새롭고 효율적인 연속 흐름 경로", Ind. Eng. Chem. Res. 2019, 58, 24, 10164-10171
- Daniel W. Widlicka, Alexander Gontcharov, Ruchi Mehta, Dylan J. Pedro 및 Robert North "Burgess-Type Transformation을 활용한 (3R,4R)-1-Benzyl-4-fluoropyrrolidin-3-amine의 거울상 특이적 합성", Org. Process Res. Dev. 2019, 23, 1970−1978
- Alyssa M. Hua, Samantha L. Bidwell, Sarah I. Baker, Hrant P. Hratchian, Ryan D. Baxter, "은 개시 라디칼 불소화에서 질소-불소 할로겐 결합에 대한 실험적 및 이론적 증거", ACS Catal. 2019년, 9호, 3322−3326
- Biagia Musio, Elena Gala, Steven V. Ley, "흐름 중 친핵성 트리플루오로메틸화 중 플루오로포름의 정량적이고 안전한 소비를 가능하게 하는 실시간 분광 분석", ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6(1), 1489-1495
- Qiang Yang, Pablo J. Cabrera, Xiaoyong Li, Min Sheng, Nick X. Wang, "2-브로모피리딘과 에틸 브로모디플루오로아세테이트의 구리 매개 교차 커플링의 안전성 평가",Org. Process Res. Dev. 2018, 22(10) 1441-1447 rc-1
- Thomas Scattolin, Maoping Pu 및 Franziska Schoenebeck, "Thiophosgene의 대용물로서 S=CF2에 대한 안정적이고 견고하며 안전한 저장소로서의 (Me4N)SCF3 조사", Chem. Eur. J., 2017, https://doi.org/10.1002/chem.201705240
- Jordan D. Galloway, Duy N. Mai, Ryan D. Baxter, "Selectfluor를 약한 산화제로 사용한 은 촉매 Minisci 반응", Org. Lett. 2017, 19, 5772−5775
- Zsombor Gonda, Ferenc Béke, Orsolya Tischler, Milán Petró, Zoltán Novák, Balázs L. Tóth, "에리스로신 B 촉매 가시광선 광산화환원 아릴화-N-알킬-N-아릴-2-(트리플루오로메틸)아크릴아미드의 3-(트리플루오로메틸)인돌린-2-온 유도체로의 고리화", Eur. J. Org. Chem. 2017, 2112–2117
- Thomas Scattolin, Kristina Deckers, Franziska Schoenebeck, "벤치 안정 고체 시약(Me4N)SCF3를 사용한 카르복실산에서 불화아실 불화물의 직접 합성", Org. Lett. 2017, 19, 5740−5743
- Alyssa M. Hua, Duy N. Mai, Ramon Martinez, Ryan D. Baxter, "보호되지 않은 아미노산을 라디칼 전구체로 사용하는 라디칼 C-H 불소화" Org. Lett. 2017, 19(11) 2949-2952
- 눈치오 데노라, 안젤라 로페도타, 모데스토 데 칸디아, 사베리오 셀라마레, 레오나르도 데젠나로, 렌조 루이지, 안토니에타 멜레, 도메니코 트리카리코, 안나리사 쿠트리넬리, 발렌티노 라퀸타나, 코시모 D. 알토마레, 마시모 프랑코, 빈첸초 디미콜리, 안나 톨로메오, 안토니오 실리마티, "새로운 젖산 기반 6-플루오로-L-도파 제형의 제약 개발", 유럽 제약 과학 저널 2017, 99, 361–368
- Tao Xu, Yichen Wu, Zheliang Yuan, Hairong Guan, Guosheng Liu, "알킨의 은 촉매 산화 분자 내 아미노불화에 대한 기계론적 연구", 유기 금속학, 2016, 35(10), 1347-1349
- Antal Harsanyi 및 Graham Sandford, "생명 과학 합성을 위한 불소 가스: 2-플루오로말로네이트 에스테르 합성을 위한 선택적 직접 불소화를 평가하기 위한 녹색 지표", Green Chem., 2015, 17, 3000–3009
- Peng Zhang, Christian Wolf 박사, "알데히드의 촉매 거울상 선택적 디플루오로알킬화", Angew. 화학, 2013, https://doi.org/10.1002/anie.201303551
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