浅议芳香族含氟化合物的合成及应用

2022-10-05

含氟芳香族化合物主要用于医药、农药等生理活性物质, 同时也可以用作染料、助剂、试剂等。与不含氟芳香族化合物相比, 含氟芳香族化合物不仅有更强的稳定性和生理活性, 还具有较高的脂溶性和疏水性, 其用在药物上具有用量少、毒性低、药效高、代谢能力强等特点;用于染料, 可使被染物色泽更鲜艳、更耐晒、耐烟熏、不易褪色等优点;用作助剂、试剂时, 其活性、稳定性光泽性也得到了一定的增强[1,2]。因此, 含氟芳香族化合物的合成和应用越来越受到国内外一些科学界甚至工业界的广泛关注。本文就针对这类化合物的合成以及应用作以下的论述。

1 合成方法

由于化学反应中F+的形成极其困难, 因此大多数芳香族氟化物都是通过间接方法制得。其合成方法主要有以下三类:卤素交换法、重氮化氟化法及特殊氟化剂氟化法。

(1) 卤素交换法这种方法是工业生产过程中比较常见的一种方法, 这种方法制得的氟化物通常是由卤化物制得的, 因此被称作为卤素交换。其中, 氟元素取代芳香化合物内的卤素表现出的活性:I>Br>Cl。卤原子的取代难易程度在很大程度上取决于芳环是否含带有吸电性的基团, 这些基团包括CN, NO2等[3]。上述提到的两种基团具有非常强的吸电性, 因此比较容易被氟原子取代。

生产中常采用KF作为氟化剂, 可以提升氟化反应的效率。在生产药物诺氟沙星的中间体——3-氯-4-氟硝基苯和杀虫药物氟虫脲中间体——2, 6-二氟苯腈时经常会用到这种氟化剂, 具体反应方程式如下:

(2) 重氮化氟化法重氮法是以芳基伯胺为原料, 经亚硝酸盐重氮化, 再与氟硼酸反应生成沉淀, 最后经过滤、洗涤、除杂后加热分解得到相应的含氟化合物。具体过程如下:

该方法由于使用到氟硼酸而使成本增加, 产物中会生成有害气体三氟化硼, 同时也由于反应本身的一些特性, 使该方法在实际应用中受到极大的限制。工业上对以上路线进行改进, 以氟化氢代替亚硝酸盐和氟硼酸与芳香族伯胺重氮化反应, 然后直接加热分解, 避免了有害气体的产生, 减少了环境污染, 且降低了成本, 简化了生产步骤[4]。

(3) 特殊氟化剂法特殊氟化剂主要是指单质氟、氟化氢、二氟化氙、三氟甲酰氯、四氟化硫、氟化银、吡啶无水氟化氢络合物等不很稳定的化合物, 它们能与芳环反应直接生成含氟芳香族化合物。但由于它们本身稳定性较差, 从而限制了其大规模工业化应用的可能。

2 具体化合物的合成和应用

(1) 四氟邻苯二甲酸该物质主要在医药领域, 在含氟喹诺酮类药物中表现的尤为突出。随着氧氟沙星、斯帕沙星以及莫西沙星等喹诺酮类抗菌药的相继上市, 作为起始原料的2, 3, 4, 5-四氟邻苯甲酸的合成越来越受到人们的关注。因而, 其关键中间体四氟邻苯二甲酸的制备难度大, 反应条件苛刻且收率低, 影响了2, 3, 4, 5-四氟邻苯甲酸的合成及此类药物的推广。温新民等[5]在前人研究基础上对难以工业化的有关过程进行了简化和改进, 提供了一种以四氯苯酐为原料, 经酰亚胺化、氟化、水解得到了四氟邻苯二甲酸, 大大提高了产品总收率。

(2) 3, 5—二氟苯胺该物质主要应用于抗菌消炎药、氨基腙类除草剂和植物生长调节剂的合成, 该物质在芳香环上有一个氨基和两个氟原子这三个官能团, 其中两个氟原子位于硝基或氨基的间位, 这种位置结构的物质在合成起来非常困难。工业上通常以间苯二胺为原料, 经氟化、溴化和硝化和还原脱溴得到目标产物[6]。此方法虽然在反应上看起来步骤多, 十分繁琐, 但是大部分的原料易得且对设备要求较低, 因此绝大多数的化工合成企业都会采用这种方法。

3 结语

以上就是芳香族氟化物的主要合成反应机理以及在一些具体化合物中的应用, 这一类物质在医药和农药等领域的化工生产中非常重要, 直接决定着反应的效果和工厂本身的生产资产投入, 同时, 任何工艺的调整都是在这些基本反应机理上实现的。从实际的生产中可以看出这些工艺和方法还存在一定的提升空间, 这就需要技术人员能够在已有基础上不断尝试和创新, 以期能够寻求出一种更为先进、高效的合成工艺和方法。

摘要：含有氟元素的化合物成为了近些年来在精细化工这一领域内增长速度最快的化学药品之一, 在农药、材料、医学等领域有着非常广泛的应用。文章首先对芳香族氟化物的基本合成工艺进行了叙述, 进而在此基础上介绍了几种具体氟化物的实际生产合成和应用。

关键词：芳香族,含氟化合物,合成,应用