实用干货之有机氟化反应

氟元素的发现绝对称得上是化学史上最“悲壮”的元素发现过程。整个氟元素的发现过程前后长达六七十年，许多化学家为此付出了身体健康情况恶化的惨重代价，包括最终成功利用电解法制得单质氟的亨利•莫瓦桑（Henri Moissan），1907年去世时年仅54岁。不过，莫瓦桑在去世前一年因与氟有关的贡献获得了诺贝尔化学奖，总算是没有留下又一个遗憾。当然，在人类掌握了这个元素的性质后，氟元素也为我们的生活带来了不少福利。比如，日用化工领域的含氟牙膏，耐酸、耐碱、耐有机溶剂的聚四氟乙烯材料，医学影像中的正电子发射断层扫描（PET-CT）用到的含有18F的PET探针，各种功效的含氟药物（如下图所示）也在我们的生活中默默发挥着神奇的作用。

常见的含有氟元素的药物。图片来源：Org. Process Res. Dev.

因此，有机氟化物和氟化反应对有机化学和药物化学工作者都具有重要的意义。今天本君要跟大家分享的是前不久美国辉瑞（Pfizer）制药公司的科学家Stéphane Caron在有机化学知名期刊Org. Process Res. Dev.发表的综述文章“Where Does the Fluorine Come From? A Review on the Challenges Associated with the Synthesis of Organofluorine Compounds”。

咱们直接上干货，作者先是总结了常见的有机官能团的各种氟化方法。下面这个表格，清晰明了，一目了然。

图片来源：Org. Process Res. Dev.

从氟化机理上分类又可分为：亲核氟化、亲电氟化和自由基氟化。其中，亲核氟化是使用最为广泛的氟化反应。常见的氟化试剂包括各种无机氟化盐比如氟化钾、氟化铯、氟化银，各种氢氟酸试剂，四丁基氟化铵，Ishikawa试剂等，详见下表。

图片来源：Org. Process Res. Dev.

这些氟化试剂在具体反应中的应用如下图所示。这些方法各有千秋，也有相对局限。比如，无机氟化物大多需要较高的反应温度；卤素交换反应大多在缺电子底物上发生反应；DASF对热不稳定且具有潜在的爆炸风险等等。

图片来源：Org. Process Res. Dev.

相比亲核氟化过程，亲电氟化和自由基氟化就没有那么常用。目前用的比较多的亲电氟化试剂主要有NFSI、XeF2、Selectfluor和N-氟代吡啶盐类，NFAS在亲电氟化和自由基氟化中均可使用。这些试剂的结构如下表所示。

图片来源：Org. Process Res. Dev.

这其中许多氟化试剂的制备都需要氟气提供氟源。氟气又是毒性极强、腐蚀性极强的气体（回想一下本文开头那些科学家的遭遇……），这在很大程度限制了这类试剂的应用。其制备和使用实例见下图。

图片来源：Org. Process Res. Dev.

最后再给新人们安利两本氟化学相关的书。一本是中科院上海有机所卿凤翎等老师编著的《有机氟化学》，该书2007年出版，可以算得上是非常好的氟化学入门教材了，本君当年也是仔细拜读过的。

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另一本是《Modern Fluroorganic Chemistry—Synthesis, Reactivity, Applications》的中文译本，由中科院上海有机所的吴永明等老师翻译校对。当然，如果朋友们对自己的英文阅读能力有信息，看原版也是很好的选择。

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氟化学因其极大的应用前景在化学中占有一席之地，国内外有很多优秀的课题组都曾做出了许多突出的工作。欢迎各位读者朋友留言，把你知道的优秀课题组、优秀书籍分享出来，让更多的小伙伴在驯“氟”的过程中少走弯路，多出成果，让更多高效环保的氟化方法被开发出来。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Where Does the Fluorine Come From? A Review on the Challenges Associated with the Synthesis of Organofluorine Compounds

Stéphane Caron*

Org. Process Res. Dev., 2020, 24, 470-480, DOI: 10.1021/acs.oprd.0c00030

（本文由乐只君子供稿）

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