Fluor je zelo koroziven, reaktiven plin. V svoji elementarni obliki je fluor zelo strupen in z njim je treba skrbno ravnati. Fluor je nujna sestavina številnih farmacevtskih izdelkov, finih kemikalij in polimerov. Fluoracijske reakcije so zasnovane tako, da molekulam substrata dodajo fluor. Za fluoriranje so na voljo številni reagenti. Običajen fluoracijski reagent je fluorovodikova kislina, vendar je tudi jedka, reaktivna in jo je treba uporabljati zelo previdno. Druga težava pri fluoriranju z elementarnim fluorom ali HF je specifičnost. Ponavadi so tako učinkoviti pri reakciji z organskimi snovmi, da je težko nadzorovati položaj, na katerem se atom fluora vstavi v molekulo substrata. Razviti so bili številni reagenti, ki so učinkovitejši pri zagotavljanju nadzorovanih fluorinacij. Na primer, DAST (dietilaminožveplov trifluorid) se običajno uporablja za pretvorbo karbonila in alkoholov v njihove analogne fluoro derivate. Še bolj benigni reagent je SelectFluor [(1-klorometil-4-fluoro-1,4-diazonijabiciklo[2.2.2] oktan bis (tetrafluoroborat)], ki je elektrofilni fluoracijski reagent, ki je lažji za uporabo, saj je nehlapen in stabilen na zrak / vlago.
Kaj so fluor in fluorinacije?
Zakaj so fluor in fluoracijske reakcije pomembne?
Fluor se pogosto uporablja v industrijskih izdelkih; Obseg izdelkov in spojin, ki vsebujejo fluor, je izjemen. Atomi fluora se nahajajo v:
- Potrošniški izdelki, kot so zobna pasta in pitna voda
- Zdravila, antibiotiki in anestetiki
- Hladilna sredstva za klimatske naprave
- Polprevodniške aplikacije za plazemsko jedkanje
- Visoko zmogljiva, inženirska plastika in polimeri
V farmacevtskih izdelkih lahko dodajanje atomov fluora molekulam substrata poveča potencial za terapevtsko aktivnost. Obstaja več kot 150 aktivnih farmacevtskih sestavin (API), ki vsebujejo atome fluora. Dodajanje fluora terapevtski entiteti lahko poveča presnovno stabilnost, lipofilnost in s tem izboljša biološko uporabnost. Posledično se v farmacevtskih raziskavah, razvoju in proizvodnji pogosto uporabljajo dobro nadzorovane fluoracijske reakcije z visoko specifičnostjo.
V industrijskih polimerizacijskih reakcijah dodajanje fluora v ogljiko-ogljično hrbtenico ustvari polimer z lastnostmi, kot so trdnost, vzdržljivost, inertnost za kemikalije in izboljšane površinske lastnosti. Na molekularni ravni je trdnost vezi C-F ključ do teh prednosti zmogljivosti in ima za posledico široko uporabo fluoropolimerov, ki se uporabljajo pri izdelavi kemično odpornih tesnil, kot so politetrafluoretilen (PTFE) in fluoroelastomeri. V primeru pomembne fluoracijske polimerizacije kloroform reagira s HF, da nastane klorodifluorometan, ki se nato segreje, da nastane tetrafluoretilen in polimerizira pod visokim tlakom z uporabo peroksidnega iniciatorja, da se dobi PTFE.
Vrste fluoracijskih reakcij in reagentov
Nukleofilni in elektrofilni reagenti
Fluoracijske reakcije se izvajajo z nukleofilnimi ali elektrofilnimi reagenti. Elementarni fluor je pogost vir elektrofilnega fluora, vendar je zelo reaktiven, jedek in strupen, kar zahteva posebno opremo in veliko pozornosti pri njegovi uporabi. Poleg tega je tako agresiven, da je težko nadzorovati specifičnost reakcije. Zaradi tega so bile sintetizirane številne spojine, ki varno zagotavljajo elektrofilni fluorid in zagotavljajo boljšo reakcijsko specifičnost. SelectFluor [1-klorometil-4-fluoro-1,4-diazonijabiciklo[2.2.2]oktan bis (tetrafluoroborat)] in NFSI [N -fluorobenzensulfonimid] zagotavljata elektrofilni fluor in sta stabilni trdni snovi, ki omogočajo fluoriranje aril nukleofilov, na primer.
Nukleofilne fluoracije se zlahka izvajajo s spojinami, kot so DAST [dietilaminožveplov trifluorid] ali XtalFluors. DAST se že dolgo uporablja za fluoriranje alkoholov, ketonov in karboksilnih kislin in je v veliki meri nadomestil bolj problematičen reaktant, žveplov tetrafluorid. Novejša nukleofilna fluoracijska sredstva, kot sta XtalFluor-E in XtalFluor-M, so učinkovita pri nadomeščanju hidroksilnih skupin in karbonilov s fluorom in odpravljajo nekatere težave, povezane z DAST (kot je sproščanje HF).
Fluoropolimeri
Fluor in fluoracijske reakcije so revolucionirale polimerno industrijo z ustvarjanjem družin izdelkov z izjemnimi lastnostmi. Inherentne prednosti fluoropolimerov, vključno z odpornostjo na kemične napade kislin in baz, izhajajo iz moči vezi C-C in še večje moči vezi C-F. Na primer, pri PTFE položaj atomov fluora v bistvu tvori ovojnico okoli ogljikove hrbtenice, ki ščiti vezi C-C pred napadom. Fluoropolimeri se običajno uporabljajo v ostrih kemičnih in visokotemperaturnih aplikacijah. Fluoroelastomeri so prednostni material za tesnila, ki se uporabljajo v kemični in vesoljski industriji. Zaradi nizkega koeficienta trenja so fluoropolimeri dragoceni kot posebna maziva in premazi.
Pogosto uporabljeni fluorpolimeri vključujejo:
- PTFE (politetrafluoroetilen) kot izolacija žice
- PFA (perfluoroalkoksi alkan) v cevovodi in fitingu v kemični industriji
- FEP (fluorirani etilen propilen) kot plastična laboratorijska oblačila in folija za odvajanje v proizvodnji kompozitov
- ETFE (etilen tetrafluoroetilen) za visokotemperaturne aplikacije v vesoljskem in letalskem prometu
- PVDF (poliviniliden fluorid) kot cevni materiali v kemični in farmacevtski industriji
- ECTFE (etilen klorotrifluoroetilen) za elektrostatične prašne premaze kovin
Tehnologija za fluoracijske reakcije in kemija fluora
Razumevanje kinetike in termodinamike fluorinacij je pomembno za doseganje reakcijskih ciljev in zagotavljanje varnosti reakcijskega/kemijskega procesa. Odvisno od substrata, fluorirajočega sredstva in reakcijskih pogojev so lahko fluoracije precej energične in zahtevajo skrbno spremljanje in nadzor; To še posebej velja med povečanjem reakcije. Reaktorji za kemično sintezo in reakcijski kalorimetri zagotavljajo natančno krmiljenje reaktorja, merijo reakcijsko energijo in modelirajo učinek spremenljivk na reakcijsko zmogljivost. FTIR in Ramanova spektroskopija spremljata in spremljata ključne reakcijske vrste, da zagotovita kinetične podatke, podporo predlaganim mehanizmom in boljše razumevanje, kako spremenljivke vplivajo na celoten napredek in uspešnost reakcije. Ko je potrebno pridobiti reakcijski vzorec za analizo brez povezave, EasySampler izvaja avtomatizirano, varno in nenadzorovano vzorčenje. Raziskovalci pogosto uporabljajo reaktorje za kemično sintezo v povezavi s spektroskopijo in / ali EasySampler in situ vzorčenje za pridobitev informacij, potrebnih za temeljito razumevanje fluoracijskih reakcij in procesov.
Oglejte si e-predstavitev v živo iz službe ali domače pisarne po urniku.
Aplikacije
Cepitev vezi C-F vodi do nukleofilne fluoracije organskega elektrofila
Avtorji opisujejo reakcijo, pri kateri se fluor iz perfluoriranega liganda prenese v elektrofil, kar vodi do sinteze nove fluorirane spojine in dimerizirane različice monodefluoriranega organorhodijskega kompleksa. Ta prenos izhaja iz aktivacije vezi C-F, ki je bila prej težko izvedljiva zaradi moči vezi. Prekinitev vezi C-F v ligandu rodijevega kompleksa [(η5 , κ2C− C5Me4CH2C6F5CH2NC3H2NMe)−RhCl] sprosti nukleofilni fluorid in pretvori acilni del toluilklorida elektrofila v acilfluorid in povzroči nastanek metalociklične spojine.
Raziskovalci so raziskali prenos fluorida na druge substrate, vključno z anhidridi. V enem poskusu je prenos fluorida v anhidrid ocetne kisline sledil ReactIR. Poročajo, da se intenzivnost anhidridnega C-O pasu (1268 cm-1) in rodijevega kompleksa [(η5,κ2C−C5Me4CH2C6F5CH2NC3H2NMe)−RhCl] C-F pasu (1386 cm-1) zmanjša, medtem ko se hkrati nov pas, ki izhaja iz acilfluoridne C-F vezi (1346 cm-1), sorazmerno poveča v intenzivnosti. To podpira opazovanje prenosa fluorida iz enega substrata v drugi.
Patrick J. Morgan, Magnus W. D. Hanson-Heine, Hayden P. Thomas, Graham C. Saunders, Andrew C. Marr, Peter Licence, "C−F Bond Activation of a Perfluorinated ligand Leading to Nucleophilic Fluorination of an Organic Electrophile", Organometallics, 2020, https://dx.doi.org/10.1021/acs.organomet.0c00176
Sinteza N-alkil/arilnih in N-CF3 karbamoil fluoridov iz sekundarnih aminov in izotiocianidov
Avtorji opisujejo metodo za pripravo AgOCF3 pri sobni temperaturi in dokazujejo njegove sposobnosti pri trifluorometoksilacijah in kot vir karbonil fluorida (O = CF2). To je omogočilo sintezo N-alkil / arilnih in N-CF3 karbamoil fluoridov iz sekundarnih aminov in izotiocianida.
Da bi bolje razumeli mehanizem, s katerim sol sprošča O = CF2, so se začeli številni poskusi. Meritve ReactIR so pokazale, da sol pri segrevanju ne sprošča O = CF2 in da je bila raztopina soli stabilna več ur pri 50°C. Ko je bil uveden izotiocianat, so meritve ReactIR pokazale zmanjšanje pasu 974 cm-1, povezanega z AgOCF3 , in hitro povečanje pas na 1245 cm-1 od nastanka O = CF2. Raziskovalci so izvedli reakcije različnih izotiocianatov z AgOCF3 , da bi ugotovili, ali je mogoče identificirati N-CF3 karbamoilni del. Opazili so dva nova IR pasova, ki sta nastala: pri 1641 cm-1 iz produkta razžvepljevanja R-N-C = CF2 in pri 1848 cm-1 izN-CF3 karbamoil.
Če povzamemo: Meritve ReactIR kažejo, da AgOCF3 ne sprošča O = CF2 , dokler ga ne aktivira nukleofilni ko-reagent, kar podpira opažanja raziskovalcev o stabilnosti soli. To je omogočilo sintezo številnih karbamoil fluoridov iz sekundarnih aminov in izotiocianidov.
Abdurrahman Turksoy, Thomas Scattolin, Samir Bouayad-Gervais, "Enostaven dostop do AgOCF3 in njegove nove aplikacije kot rezervoar za OCF2 za neposredno sintezo N-CF3, aril ali alkil karbamoil fluoridov" Chem. Euro. J., 2020, https://doi.org/10.1002/chem.202000116
Publikacije
Nedavne publikacije, povezane s fluori in fluoracijsko kemijo
- Masafumi Sugiyama, Midori Akiyama, Kohei Nishiyama, Takashi Okazoe, Kyoko Nozak, "Sinteza fluoriranih dialkil karbonatov iz ogljikovega dioksida kot karbonilnega vira", ChemSusChem, 2020, https://doi.org/10.1002/cssc.202000090
- Abdurrahman Turksoy, Thomas Scattolin, Samir Bouayad-Gervais, "Enostaven dostop do AgOCF3 in njegove nove aplikacije kot rezervoar za OCF2 za neposredno sintezo N-CF3, aril ali alkil karbamoil fluoridov" Chem. Euro. J., 2020, https://doi.org/10.1002/chem.202000116
- Patrick J. Morgan, Magnus W. D. Hanson-Heine, Hayden P. Thomas, Graham C. Saunders, Andrew C. Marr, Peter Licence, "C-F aktivacija vezi perfluoriranega liganda, ki vodi do nukleofilne fluoracije organskega elektrofila", Organometallics, 2020, https://dx.doi.org/10.1021/acs.organomet.0c00176
- Lara Amini-Rentsch, Ennio Vanoli, Sylvia Richard-Bildstein, Roger Marti, Gianvito Vilé, "Nova in učinkovita pot neprekinjenega pretoka za pripravo trifluorometilanih N-fuziranih heterociklov za odkrivanje zdravil in farmacevtsko proizvodnjo", Ind. Eng. Chem. Res. 2019, 58, 24, 10164-10171
- Daniel W. Widlicka, Alexander Gontcharov, Ruchi Mehta, Dylan J. Pedro in Robert North "Enantiospecifična sinteza (3R,4R)-1-benzil-4-fluoropirolidin-3-amina z uporabo transformacije tipa Burgess", Org. Proces Res. Dev. 2019, 23, 1970−1978
- Alyssa M. Hua, Samantha L. Bidwell, Sarah I. Baker, Hrant P. Hratchian, Ryan D. Baxter, "Eksperimentalni in teoretični dokazi za dušik-fluor halogensko vez pri radikalnih fluorinacijah, ki jih je sprožilo srebro", ACS Catal. 2019, 9, 3322−3326
- Biagia Musio, Elena Gala, Steven V. Ley, "Spektroskopska analiza v realnem času, ki omogoča kvantitativno in varno porabo fluoroforma med nukleofilno trifluorometilatacijo v toku", ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6(1), 1489-1495
- Qiang Yang, Pablo J. Cabrera, Xiaoyong Li, Min Sheng, Nick X. Wang, "Ocena varnosti navzkrižnega spajanja 2-bromopiridinov z bakrom posredovanim navzkrižnim spajanjem 2-bromopiridinov z etil bromodifluoroacetatom",Org. Proces Res. Dev. 2018, 22(10) 1441-1447 rc-1
- Thomas Scattolin, Maoping Pu, in Franziska Schoenebeck, "Preiskava (Me4N)SCF3 kot stabilnega, trdnega in varnega rezervoarja za S = CF2 kot nadomestek za tiofogen", Chem. Eur. J., 2017, https://doi.org/10.1002/chem.201705240
- Jordan D. Galloway, Duy N. Mai, Ryan D. Baxter, "Srebro katalizirane minisci reakcije z uporabo selektivnega fluora kot blagega oksidanta", Org. Lett. 2017, 19, 5772−5775
- Zsombor Gonda, Ferenc Béke, Orsolya Tischler, Milán Petró, Zoltán Novák, Balázs L. Tóth, "Erythrosine B katalizirana fotoredoks arilacija v vidni svetlobi – ciklizacija N-alkil-N-aril-2-(trifluorometil)akrilamidov v derivate 3-(trifluorometil)indolin-2-ona", Eur. J. Org. Chem. 2017, 2112–2117
- Thomas Scattolin, Kristina Deckers, Franziska Schoenebeck, "Neposredna sinteza acil fluoridov iz karboksilnih kislin s stabilnim trdnim reagentom (Me4N)SCF3", Org. Lett. 2017, 19, 5740−5743
- Alyssa M. Hua, Duy N. Mai, Ramon Martinez, Ryan D. Baxter, "Radikalna fluoracija C−H z uporabo nezaščitenih aminokislin kot radikalnih predhodnikov" Org. Lett. 2017, 19(11) 2949-2952
- Nunzio Denora, Angela Lopedota , Modesto de Candia, Saverio Cellamare, Leonardo Degennaro, Renzo Luisi, Antonietta Mele, Domenico Tricarico, Annalisa Cutrignelli, Valentino Laquintana, Cosimo D. Altomare, Massimo Franco, Vincenzo Dimiccoli, Anna Tolomeo, Antonio Scilimati, "Farmacevtski razvoj novih formulacij 6-fluoro-L-DOPA na osnovi laktata", Evropski časopis za farmacevtske znanosti 2017, 99, 361–368
- Tao Xu, Yichen Wu, Zheliang Yuan, Hairong Guan, Guosheng Liu, "Mehanistična preiskava srebrom katalizirane oksidativne intramolekularne aminofluoracije alkinov", Organometallics, 2016, 35(10), 1347-1349
- Antal Harsanyi in Graham Sandford, "Fluorinski plin za sintezo znanosti o življenju: zelene meritve za oceno selektivne neposredne fluoracije za sintezo 2-fluoromalonatnih estrov", Green Chem., 2015, 17, 3000–3009
- Peng Zhang, dr. Christian Wolf, "Katalitska enantioselektivna difluoroalkilacija aldehidov", Angew. Chem., 2013, https://doi.org/10.1002/anie.201303551
Podobni izdelki
Avtomatizirani sistemi vzorčenja
Vzemite zanesljive analitske vzorce v vrstici, ugasnite in situ in razredčite za ponovljive analitske vzorce iz skoraj vseh kemijskih reakcij.
Reaktorji za kemično sintezo
Povečajte produktivnost v svojem LAB-u z reaktorji za kemično sintezo, ki imajo vgrajena orodja za avtomatizacijo.
FTIR in Ramanovi spektrometri
FTIR in Ramanovi spektrometri na kraju samem omogočajo spremljanje v realnem času za zagotavljanje kritičnih informacij za optimizacijo kemičnih spojin.
Reakcijski kalorimetri
Reakcijski kalorimetri merijo količino energije, ki se sprosti ali absorbira s kemično ali fizikalno reakcijo v kemijskem in farmacevtskem razvoju.
Sistemi za krmiljenje reaktorjev
Sistemi za nadzor reaktorjev omogočajo avtomatizacijo JLR s sistemi ogrevanja in hlajenja tretjih oseb, dodajanjem tekočin, mešalniki in orodji PAT.
Razširjena zbirka
Vodilna svetovna programska oprema za razvoj procesov in povečanje za znanstvenike in inženirje.