Flo là một loại khí có tính ăn mòn cao, phản ứng. Ở dạng nguyên tố, flo rất độc và phải được xử lý cẩn thận. Flo là một thành phần cần thiết của nhiều dược phẩm, hóa chất tốt và polyme. Phản ứng flo hóa được thiết kế để thêm flo vào các phân tử chất nền. Có một số thuốc thử có sẵn để thực hiện huỳnh quang. Một thuốc thử flo hóa phổ biến là axit flohydric, nhưng nó cũng có tính ăn mòn, phản ứng và phải được sử dụng hết sức cẩn thận. Một vấn đề khác với flo hóa với flo nguyên tố hoặc HF là tính đặc hiệu. Chúng có xu hướng phản ứng hiệu quả với các chất hữu cơ đến mức khó kiểm soát vị trí mà nguyên tử flo chèn vào phân tử chất nền. Một số thuốc thử đã được phát triển hiệu quả hơn trong việc cung cấp huỳnh quang có kiểm soát. Ví dụ, DAST (diethylaminosulfur trifluoride) thường được sử dụng để chuyển đổi cacbonyl và rượu thành các dẫn xuất fluoro tương tự của chúng. Một thuốc thử thậm chí còn lành tính hơn là SelectFluor [(1-chloromethyl-4-fluoro-1,4-diazoniabicyclo[2.2.2] octane bis (tetrafluoroborate)], là một thuốc thử flo hóa ưa điện dễ sử dụng hơn, vì nó không bay hơi và ổn định không khí / độ ẩm.
Flo và fluor là gì?
Tại sao phản ứng flo và flo hóa lại quan trọng?
Flo được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm công nghiệp; Phạm vi của các sản phẩm và hợp chất có chứa flo là đáng chú ý. Các nguyên tử flo được tìm thấy trong:
- Các sản phẩm tiêu dùng, chẳng hạn như kem đánh răng và nước uống
- Thuốc, kháng sinh và thuốc gây mê
- Chất làm lạnh điều hòa không khí
- Ứng dụng bán dẫn để khắc plasma
- Nhựa và polyme kỹ thuật hiệu suất cao
Trong dược phẩm, việc thêm nguyên tử flo vào các phân tử chất nền có thể làm tăng tiềm năng hoạt động điều trị. Có hơn 150 thành phần dược phẩm hoạt tính (API) có chứa nguyên tử flo. Thêm flo vào một thực thể điều trị có thể làm tăng tính ổn định trao đổi chất, tính ưa mỡ và do đó cải thiện sinh khả dụng. Do đó, các phản ứng flo hóa được kiểm soát tốt có độ đặc hiệu cao thường được sử dụng trong nghiên cứu, phát triển và sản xuất dược phẩm.
Trong các phản ứng trùng hợp công nghiệp, thêm flo vào xương sống cacbon-cacbon tạo ra một polyme có các đặc tính như độ bền, độ bền, trơ với hóa chất và cải thiện tính chất bề mặt. Ở cấp độ phân tử, độ bền của liên kết CF là chìa khóa cho những lợi thế về hiệu suất này và dẫn đến việc sử dụng rộng rãi fluoropolymer được sử dụng để sản xuất các miếng đệm chịu hóa chất, chẳng hạn như polytetrafluoroethylene (PTFE) và fluoroelastomers. Trong một ví dụ về quá trình trùng hợp flo hóa quan trọng, chloroform được phản ứng với HF để tạo thành chlorodifluoromethane, sau đó được nung nóng để tạo thành tetrafluoroethylene và trùng hợp dưới áp suất cao bằng cách sử dụng chất khởi tạo peroxide để tạo ra PTFE.
Các loại phản ứng flo hóa và thuốc thử
Thuốc thử ưa hạt nhân và ưa điện
Phản ứng flo hóa được thực hiện với thuốc thử ưa nucleic hoặc electrophilic. Khí flo nguyên tố là một nguồn phổ biến cho flo ưa điện, nhưng nó có khả năng phản ứng cao, ăn mòn và độc hại, đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và cẩn thận trong việc sử dụng. Hơn nữa, nó hung hăng đến mức khó kiểm soát tính đặc hiệu của phản ứng. Vì lý do này, một số hợp chất đã được tổng hợp cung cấp florua ưa điện một cách an toàn và cung cấp độ đặc hiệu phản ứng tốt hơn. SelectFluor [1-Chloromethyl-4-fluoro-1,4-diazoniabicyclo [2.2.2] octane bis (tetrafluoroborate)] và NFSI [N –Fluorobenzenesulfonimide] cung cấp flo ưa điện và cả hai đều là chất rắn ổn định cho phép flo hóa các nucleophile aryl chẳng hạn.
Quá trình florua nucleophilic được thực hiện dễ dàng với các hợp chất như DAST [diethylaminosulfur trifluoride] hoặc XtalFluors. DAST từ lâu đã được sử dụng để flo hóa rượu, xeton và axit cacboxylic, và phần lớn đã thay thế chất phản ứng có vấn đề hơn, khí lưu huỳnh tetrafluoride. Các chất flo hóa nucleophilic mới hơn, chẳng hạn như XtalFluor-E và XtalFluor-M, có hiệu quả trong việc thay thế các nhóm hydroxyl và cacbonyl bằng flo và loại bỏ một số vấn đề liên quan đến DAST (chẳng hạn như giải phóng HF).
Fluoropolymer
Phản ứng flo và flo hóa đã cách mạng hóa ngành công nghiệp polyme bằng cách tạo ra các dòng sản phẩm có đặc tính hiệu suất vượt trội. Những ưu điểm vốn có của fluoropolymer, bao gồm khả năng chống lại sự tấn công hóa học của axit và bazơ, phát sinh từ độ bền của liên kết CC và độ bền thậm chí còn lớn hơn của liên kết CF. Ví dụ, trong PTFE, vị trí của các nguyên tử flo về cơ bản tạo thành một vỏ bọc xung quanh xương sống carbon, bảo vệ các liên kết CC khỏi bị tấn công. Fluoropolymer thường được sử dụng trong các ứng dụng hóa học khắc nghiệt và nhiệt độ cao. Chất đàn hồi fluoro là vật liệu ưa thích cho các miếng đệm được sử dụng trong cả ngành công nghiệp hóa chất và hàng không vũ trụ. Hệ số ma sát thấp của fluoropolymer làm cho chúng có giá trị như chất bôi trơn đặc biệt và trong lớp phủ.
Fluorpolymer thường được sử dụng bao gồm:
- PTFE (Polytetrafluoroethylene) làm cách điện dây
- PFA (perfluoroalkoxy ankane) trong đường ống và phụ kiện trong ngành công nghiệp hóa chất
- FEP (ethylene propylene flo hóa) dưới dạng nhựa phòng thí nghiệm và màng nhả trong sản xuất composite
- ETFE (ethylene tetrafluoroethylene) cho các ứng dụng nhiệt độ cao trong hàng không vũ trụ và hàng không
- PVDF (polyvinylidene florua) làm vật liệu đường ống trong ngành công nghiệp hóa chất và dược phẩm
- ECTFE (ethylene chlorotrifluoroethylene) cho sơn tĩnh điện kim loại
Công nghệ phản ứng flo hóa & hóa học flo
Hiểu được động học và nhiệt động lực học của fluor hóa là rất quan trọng để đạt được các mục tiêu phản ứng và đảm bảo an toàn quá trình phản ứng / hóa học. Tùy thuộc vào chất nền, chất flo hóa và điều kiện phản ứng, huỳnh quang có thể khá năng lượng và yêu cầu giám sát và kiểm soát cẩn thận; Điều này đặc biệt đúng trong quá trình mở rộng quy mô phản ứng. Lò phản ứng tổng hợp hóa học và nhiệt lượng kế phản ứng cung cấp khả năng điều khiển lò phản ứng chính xác, đo năng lượng phản ứng và mô hình hóa ảnh hưởng của các biến đối với hiệu suất phản ứng. FTIR và Quang phổ Raman theo dõi và giám sát các loài phản ứng chính để cung cấp dữ liệu động học, hỗ trợ cho các cơ chế được đề xuất và hiểu rõ hơn về cách các biến ảnh hưởng đến tiến trình và hiệu suất phản ứng tổng thể. Khi cần lấy mẫu phản ứng để phân tích ngoại tuyến, EasySampler thực hiện lấy mẫu tự động, an toàn và không cần giám sát. Các nhà nghiên cứu thường sử dụng lò phản ứng tổng hợp hóa học kết hợp với quang phổ và / hoặc EasySampler tại chỗ lấy mẫu để có được thông tin cần thiết để hiểu thấu đáo về các phản ứng và quá trình flo hóa.
Xem Live eDemo từ cơ quan hoặc văn phòng tại nhà theo lịch trình của bạn.
Các Ứng dụng
Sự phân tách liên kết CF dẫn đến quá trình florin hóa nucleophilic của electrophile hữu cơ
Các tác giả mô tả một phản ứng trong đó flo từ phối tử perfluorinated chuyển sang electrophile, dẫn đến sự tổng hợp của một hợp chất flo hóa mới và một phiên bản lưỡng phân của phức hợp organorhodium monodefluorinated. Sự chuyển giao này phát sinh từ việc kích hoạt liên kết CF, trước đây được coi là khó thực hiện do sức mạnh của liên kết. Cắt đứt liên kết CF trong phối tử của phức hợp rhodium [(η5 , κ2C− C5Me4CH2C6F5CH2NC3H2NMe) −RhCl] giải phóng florua ưa nucleophilic và chuyển đổi phần acyl của toluyl clorua đông lạnh thành acyl florua, và dẫn đến sự hình thành hợp chất kim loại.
Các nhà nghiên cứu đã điều tra sự chuyển fluoride sang các chất nền khác bao gồm anhydrua. Trong một thí nghiệm, sự chuyển fluoride sang anhydride axetic đã được theo dõi bởi ReactIR. Họ báo cáo rằng cường độ của dải C-O anhydride (1268cm-1) và phức hợp rhodium [(η5,κ2C−C5Me4CH2 C 6F5CH2NC3H2NMe) −RhCl] Dải C-F (1386 cm-1) giảm đi, trong khi đồng thời một dải mới phát sinh từ liên kết acyl florua CF (1346 cm-1) tăng cường độ tương ứng. Điều này hỗ trợ việc quan sát sự chuyển florua từ một chất nền sang cái kia.
Patrick J. Morgan, Magnus WD Hanson-Heine, Hayden P. Thomas, Graham C. Saunders, Andrew C. Marr, Peter Licence, "Kích hoạt liên kết C−F của phối tử perfluorinated dẫn đến quá trình florin hóa nucleophilic của một electrophile hữu cơ", Organometallics, 2020, https://dx.doi.org/10.1021/acs.organomet.0c00176
Tổng hợp N-alkyl / aryl và N-CF3 carbamoyl florua từ amin thứ cấp và isothiocyanide
Các tác giả mô tả một phương pháp để điều chế AgOCF3 ở nhiệt độ phòng và chứng minh khả năng của nó trong trifluoromethoxylation và như một nguồn cung cấp carbonyl florua (O = CF2). Điều này cho phép tổng hợp N-alkyl / aryl và N-CF3 carbamoyl fluoride từ các amin thứ cấp và isothiocyanide.
Để hiểu rõ hơn về cơ chế mà muối giải phóng O = CF2, một số thí nghiệm đã được bắt đầu. Các phép đo ReactIR cho thấy muối không giải phóng O = CF2 khi đun nóng và dung dịch muối ổn định trong vài giờ ở 50o C. Khi isothiocyanate được đưa vào, các phép đo ReactIR cho thấy sự giảm trong dải 974 cm-1 liên quan đến AgOCF3 và sự gia tăng nhanh chóng của a dải ở 1245 cm-1 từ khi hình thành O = CF2. Các nhà nghiên cứu đã thực hiện các phản ứng của các isothiocyanate khác nhau với AgOCF3 để xác định xem phần carbamoyl N-CF3 có thể được xác định hay không. Họ quan sát thấy hai dải hồng ngoại mới phát sinh: ở 1641 cm-1 từ sản phẩm khử lưu huỳnh R-N-C = CF2 và ở 1848 cm-1 từn-CF3 carbamoyl.
Tóm tắt: Các phép đo ReactIR chỉ ra rằng AgOCF3 không giải phóng O = CF2 cho đến khi nó được kích hoạt bởi một thuốc thử thân nhân, hỗ trợ các quan sát của các nhà nghiên cứu về sự ổn định của muối. Điều này cho phép tổng hợp một số carbamoyl fluoride từ amin thứ cấp và isothiocyanide.
Abdurrahman Turksoy, Thomas Scattolin, Samir Bouayad ‐ Gervais, "Tiếp cận dễ dàng với AgOCF3 và các ứng dụng mới của nó như một bể chứa OCF2 để tổng hợp trực tiếp N-CF3, Aryl hoặc Alkyl Carbamoyl Fluorides" Chem. Euro. J., 2020, https://doi.org/10.1002/chem.202000116
Ấn phẩm
Các ấn phẩm gần đây liên quan đến flo và hóa học flo hóa
- Masafumi Sugiyama, Midori Akiyama, Kohei Nishiyama, Takashi Okazoe, Kyoko Nozak, "Tổng hợp dialkyl cacbonat flo hóa từ carbon dioxide làm nguồn carbonyl", ChemSusChem, 2020, https://doi.org/10.1002/cssc.202000090
- Abdurrahman Turksoy, Thomas Scattolin, Samir Bouayad ‐ Gervais, "Tiếp cận dễ dàng với AgOCF3 và các ứng dụng mới của nó như một bể chứa OCF2 để tổng hợp trực tiếp N-CF3, Aryl hoặc Alkyl Carbamoyl Fluorides" 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, "Kích hoạt liên kết C−F của phối tử perfluorinated dẫn đến flo hóa nucleophilic của chất ưa điện hữu cơ", Organometallics, 2020, https://dx.doi.org/10.1021/acs.organomet.0c00176
- Lara Amini-Rentsch, Ennio Vanoli, Sylvia Richard-Bildstein, Roger Marti, Gianvito Vilé, "Một lộ trình dòng chảy liên tục mới và hiệu quả để chuẩn bị các dị chu hợp n-nung chảy Trifluoromethylated để khám phá thuốc và sản xuất dược phẩm", Ind. Eng. Chem. Res. 2019 , 58, 24, 10164-10171
- Daniel W. Widlicka, Alexander Gontcharov, Ruchi Mehta, Dylan J. Pedro và Robert North "Tổng hợp đặc hiệu đối kháng của (3R, 4R)-1-benzyl-4-fluoropyrrolidin-3- amine sử dụng biến đổi kiểu Burgess", Org. Process Res. Dev. 2019, 23, 1970−1978
- Alyssa M. Hua, Samantha L. Bidwell, Sarah I. Baker, Hrant P. Hratchian, Ryan D. Baxter, "Bằng chứng thực nghiệm và lý thuyết về liên kết halogen nitơ - flo trong huỳnh quang gốc bắt đầu bằng bạc", ACS Catal. 2019, 9, 3322−3326
- Biagia Musio, Elena Gala, Steven V. Ley, "Phân tích quang phổ thời gian thực cho phép tiêu thụ định lượng và an toàn Fluoroform trong quá trình Trifluoromethyl hóa nucleophilic trong dòng chảy", ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6 (1), 1489-1495
- Qiang Yang, Pablo J. Cabrera, Xiaoyong Li, Min Sheng, Nick X. Wang, "Đánh giá an toàn của khớp nối chéo qua trung gian đồng của 2-Bromopyridines với Ethyl Bromodifluoroacetate",Org. Quy trình Res. Dev. 2018 , 22(10) 1441-1447 RC-1
- Thomas Scattolin, Maoping Pu và Franziska Schoenebeck, "Điều tra (Me4N) SCF3 như một bể chứa ổn định, rắn và an toàn cho S = CF2 như một chất thay thế cho Thiophosgene", Chem. Eur. J., 2017, https://doi.org/10.1002/chem.201705240
- Jordan D. Galloway, Duy N. Mai, Ryan D. Baxter, "Phản ứng Minisci xúc tác bạc bằng cách sử dụng Selectfluor như một chất oxy hóa nhẹ", Org. Lett. 2017, 19, 5772−5775
- Zsombor Gonda, Ferenc Béke, Orsolya Tischler, Milán Petró, Zoltán Novák, Balázs L. Tóth, "Erythrosine B xúc tác ánh sáng nhìn thấy - Aryl hóa quang hóa khử - chu kỳ hóa n-alkyl-n-aryl-2 -(trifluoromethyl)acrylamides thành 3-(Trifluoromethyl)indolin-2-một dẫn xuất", Eur. J. Org. Chem. 2017, 2112–2117
- Thomas Scattolin, Kristina Deckers, Franziska Schoenebeck, "Tổng hợp trực tiếp acyl florua từ axit cacboxylic với thuốc thử rắn ổn định (Me4N) SCF3", Org. Lett. 2017, 19, 5740−5743
- Alyssa M. Hua, Duy N. Mai, Ramon Martinez, Ryan D. Baxter, "Flo hóa C-H gốc bằng cách sử dụng các axit amin không được bảo vệ làm tiền chất gốc ", 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, " Phát triển dược phẩm của các công thức 6-fluoro-L-DOPA dựa trên lactate mới", Tạp chí Khoa học Dược phẩm Châu Âu 2017, 99, 361–368
- Tao Xu, Yichen Wu, Zheliang Yuan, Hairong Guan, Guosheng Liu, "Điều tra cơ học về quá trình aminofluorination nội phân tử oxy hóa xúc tác bạc của alkyne", Organometallics, 2016, 35(10), 1347-1349
- Antal Harsanyi và Graham Sandford, "Khí flo cho tổng hợp khoa học đời sống: số liệu xanh để đánh giá quá trình flo hóa trực tiếp có chọn lọc để tổng hợp các este 2-fluoromalonate", Green Chem., 2015, 17, 3000–3009
- Peng Zhang, Tiến sĩ Christian Wolf, "Difluoroalkyl hóa chất chống đối chất xúc tác của aldehyde", Angew. Hóa học, 2013, https://doi.org/10.1002/anie.201303551
Các Sản phẩm liên quan
Hệ thống lấy mẫu tự động
Lấy các mẫu phân tích đáng tin cậy nội tuyến, làm nguội tại chỗ và pha loãng để lấy các mẫu phân tích có thể tái tạo từ hầu hết mọi phản ứng hóa học.
Chemical Synthesis Reactors
Increase productivity in your lab with chemical synthesis reactors featuring built-in automation tools.
Máy quang phổ FTIR và Raman
Máy quang phổ FTIR và Raman tại chỗ cho phép giám sát thời gian thực để cung cấp thông tin quan trọng nhằm tối ưu hóa các hợp chất hóa học.
Nhiệt lượng kế phản ứng
Nhiệt lượng kế phản ứng đo lượng năng lượng được giải phóng hoặc hấp thụ bởi phản ứng hóa học hoặc vật lý trong quá trình phát triển hóa học và dược phẩm.
Hệ thống điều khiển lò phản ứng
Hệ thống điều khiển lò phản ứng cho phép tự động hóa JLR với hệ thống sưởi ấm và làm mát của bên thứ ba, bổ sung chất lỏng, máy khuấy và các công cụ PAT.
Bộ mở rộng quy mô
Phần mềm phát triển quy trình và mở rộng quy trình hàng đầu thế giới dành cho các nhà khoa học và kỹ sư.