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在芳香親核取代反應中,氟原子與sp2碳的p-π排斥作用使氟代芳香化合物易被親核試劑進攻,芳環上滷素系列被取代的容易性順序為F>Cl>Br>I。氟代芳香化合物的製備最常用Balz-Schiemann反應的方法,是由芳胺化合物通過重氮鹽熱解得到相應的氟化物。一般情況下將重氮鹽轉變為不溶於水的硼氟酸鹽ArN2BF4,或直接在硼氟酸存在下重氮化,再加熱分解重氮鹽,便得到氟化物。但有時硼氟酸鹽ArN2BF4不太穩定,容易分解,其製備和分離比較困難,反應的重複性較差。
在查閱文獻中,我們發現在極性非質子(通常是DMSO)中硝基芳香化合物與四甲基氟化銨加熱,可製備氟代芳香化合物,不同的底物其反應時間及收率有很大差別。以下是一些典型的氟代芳香化合物的製備:
從表可以看出當硝基鄰位有吸電子取代基(如三氟甲基或腈基等)將有利於硝基的氟取代,並可得到很高的收率。但當兩個硝基存在時,對於不同的R基團,會發生雙取代或只進行單取代。例如,2,4-二硝基苯甲腈能夠得到等當量的雙氟代產物,而3,5-二硝基三氟甲基苯只能得到單氟代產物。
與無機氟試劑比較,此法反應溫度低,反應時間短,不需要催化劑,操作簡便等優點。尤其是所製備氟代芳香化合物作為親核取代反應中的中間體,可以不用分離出直接與親核試劑在原反應體系中進行,可以得到很好收率。
操作示例:
氮氣保護下,向鄰硝基三氟甲苯(19.1 g, 0.1 mol)的DMSO 溶液裡加入無水四甲基氟化銨(14.8 g, 0.15 mol),溶液變為紫色混合物,然後加熱到80℃維持0.3 小時,TLC 檢測原料反應完全後,冷卻到室溫。將反應液倒入水(1.0 L)中,然後用二氯甲烷(500 ml×2)萃取,萃取液用食鹽水(300 ml)洗滌,乾燥後得到產物。
參考文獻:
J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1993, 921-922