CN115038692A - 三氟唑及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了生产三氟唑或其相关衍生物的方法，以及所得到的产物。例如，可以通过三氟甲基磺酰氟与唑或唑盐反应来制备三氟唑。产率达78％。可以通过三氟甲基磺酰氟与N‑甲硅烷基唑在碱性催化剂的存在下反应来制备三氟唑。产率达97％。
Description
优先权与交叉引用
本申请要求于2020年1月31日提交的美国临时申请序列号62/968,243的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开一般涉及唑衍生物的化学合成。更具体地说，本公开的主题涉及生产三氟唑或其相关衍生物的方法，以及所得的三氟唑和/或其衍生物。
背景技术
在精细化学工业中苯酚或烯醇化物官能团转化成三氟甲基磺酰基醚(“三氟甲磺酸盐”)是已知的。最常用的试剂有两种：三氟甲基磺酸酐(Tf2O)和芳香族三氟酰亚胺，例如N,N-双(三氟甲基磺酰基)苯胺(PhNTf2)和N,N-双(三氟甲基磺酰基)-5-氯-2-氨基吡啶(“科明斯试剂”)。这两种试剂组都来自工业原料三氟甲基磺酰氟(CF3SO2F)。CF3SO2F是使用Simons电化学工艺从CH3SO2F或CH3SO2Cl规模化生产得到，而CH3SO2Cl又由甲烷和硫酰氯制成。CF3SO2F本身是一种剧毒气体，虽然它作为酚类化合物的三氟甲磺酸化试剂被熟知，但目前被认为不适用于精细化学品的生产。Tf2O比CF3SO2F有一些优势，因为它在室温下是液体，并且毒性较小。然而，Tf2O本身是由CF3SO2F在昂贵的多步骤过程中制备。Tf2O有毒，易水解，并且会与一些常见的溶剂如THF发生反应。三氟甲磺酸化试剂优选三氟甲磺酰亚胺类。它们是由Tf2O制备的桌上稳定的化合物，在室温下与酚类反应，并在低温下与烯醇化物反应。此种三氟甲磺酸化试剂的主要缺陷是它们的成本。生产1摩尔的三氟甲磺酰亚胺要消耗4摩尔的CF3SO2F并采用多个步骤，尽管近期的一项中国专利(CN110627691)声称将其减少到2摩尔和一个步骤。
然而，这两类三氟甲磺酸化试剂并不是仅有的选项。1970年，由咪唑和Tf2O制备了试剂l-(三氟甲基磺酰基)咪唑(“CF3SO2Im”)，并显示在20-90℃下与酚类反应以良好的产率生成酚类三氟甲磺酸酯(Effenberger,F.；Mack,K.E.Tetrahedron Letters 1970,11,3947-3948)。CF3SO2Im在该专利文献中被提及约三十次：作为质子型胺和酚类化合物的三氟甲磺酸化试剂，作为偶联剂，作为石墨烯掺杂剂，以及在锂电池电解质的生产中。在非专利文献中，自1970年以来，CF3SO2Im作为一个成功的反应物仅被提及六次。
发明内容
本公开提供了生产三氟唑或其相关衍生物的方法，以及所得到的产物。
根据一些实施方式，本公开提供通过三氟甲基磺酰氟(CF3SO2F)与唑、唑阴离子化合物(“唑盐(azolate)”)、N-甲硅烷基唑、或其组合反应获得三氟唑的方法。合适的唑、唑阴离子化合物、或N-甲硅烷基唑的实例在具体实施方式中给出。
本文描述的一个或多个反应任选地可在非质子型溶剂的存在下进行。合适的非质子型溶剂的实例在具体实施方式中给出。在一些实施方式中，反应物可以悬浮或溶解在溶剂中。
在一些实施方式中，唑阴离子化合物或唑盐具有金属阳离子。合适的金属的实例包括在具体实施方式中。
在一些实施方式中，唑盐分别来自游离唑和质子型或非质子型碱，或原位来自游离唑和非质子型碱。术语“质子型”和“非质子型”在具体实施方式中定义。合适的碱的实例在具体实施方式中给出。
在一些实施方式中，唑盐原位来自作为碱的质子型唑，其中质子型唑与自身反应生成唑鎓(azolium)唑盐。
在一些实施方式中，唑盐原位来自具有唑类结构的N-甲硅烷基唑。例如，在一些实施方式中，N-甲硅烷基唑是N-(三甲基甲硅烷基)唑。
在一些实施方式中，在催化剂的存在下，唑盐原位来自具有唑类结构的N-甲硅烷基唑。合适的催化剂的实例在具体实施方式中给出。
根据一些实施方式，一种示例的方法包括使CF3SO2F与N-甲硅烷基唑反应，并分离三氟唑，其中N-甲硅烷基唑具有唑类结构。唑类结构在游离态时是质子型的。
唑类结构或唑的实例包括但不限于咪唑、吡唑、1,2,4-三唑、苯并咪唑、苯并三唑、吲唑、2-甲基咪唑、2-甲基苯并咪唑、3,5-二甲基吡唑、及其经取代的衍生物。
N-甲硅烷基唑可以是N-(三烷基甲硅烷基)唑，例如N-(三甲基甲硅烷基)唑。
在催化剂的存在下和/或任选地如本文描述的非质子型溶剂的存在下，CF3SO2F可以与N-甲硅烷基唑反应。催化剂可以是碱性催化剂。催化剂或碱性催化剂如本文所述。在一些实施方式中，催化剂或碱性催化剂包括如本文所述的含有反应性氟化物的化合物。在一些实施方式中，催化剂是质子型唑或其唑阴离子化合物。
在一些实施方式中，催化剂是碱性的并且包括非质子型有机碱，其可以选自叔胺、脒如双环脒、异硫脲、磷腈、胍、及其组合。
在一些实施方式中，催化剂是碱性的并且包括选自金属碳酸盐、金属氟化物、金属氢化物、烷基锂、格氏试剂、氢氧化物、醇盐阴离子化合物、及其组合的化合物。
在一些实施方式中，催化剂含有反应性氟化物。具体实施方式中给出含有反应性氟化物的合适的催化剂的实例。
根据一些实施方式，示例方法包括使CF3SO2F与唑或唑的唑盐反应，其中唑在游离态时是质子型的；并分离出三氟唑。唑类结构是如本文所述的合适的唑。
在一些实施方式中，唑盐具有选自锂、钠、钾、铯、镁、及其组合的金属阳离子。在一些实施方式中，唑盐来自唑和选自金属氢化物、金属醇盐、金属氢氧化物、金属碳酸盐、金属氟化物、烷基锂、格氏试剂、及其组合的金属碱。例如，唑盐可以来自唑和金属碳酸盐，金属选自锂、钠、钾、铯、镁、及其组合。唑盐也可以来自唑和金属氟化物，并且金属氟化物中的金属可以是钠、钾、铯、或其组合。在一些实施方式中，唑盐来自唑和非质子型碱，或作为碱的唑本身。唑盐可以来自唑和如本文所述的非质子型有机碱。
在一些实施方式中，在大气压或低于大气压下，使CF3SO2F与唑反应。
所得化合物的实例包括但不限于：1-(三氟甲基磺酰基)-1,2,4-三唑、1-(三氟甲基磺酰基)苯并咪唑、1-(三氟甲基磺酰基)苯并三唑、1-(三氟甲基磺酰基)吡唑、1-(三氟甲基磺酰基)-2-甲基咪唑、1-(三氟甲基磺酰基)-3,5-二甲基吡唑。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下具体实施方式中可以最好地理解本公开。需要强调的是，按照惯例，附图的各种特征不一定按比例绘制。相反的，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意扩大或者缩小。在整个说明书和附图中，相同的附图标记表示相同的特征。
图1示出根据一些实施方式制备三氟唑的示例方法。
图2示出根据一些实施方式制备三氟唑的示例方法。
具体实施方式
出于下文描述的目的，应当理解，下文描述的实施方式可以采用替代的变型和实施方式。还应理解，本文所述的具体制品、组合物和/或方法是示例性的，不应被视为限制。
在本公开中，除非上下文另有明确所指，单数形式“a”,“an”和“the”包括复数引用，以及对特定数值的引用至少包括该特定值。因此，例如，对“环结构”的提及是对本领域技术人员已知的一种或多种此类结构及其对应物的提及，等等。当通过使用先行词“约”表示近似值的值时，将理解该特定值形成了另一个实施方式。如本文所用，“约X”(其中X是数值)优选地是指所述值的±10％，包括端点。例如，短语“约8”优选是指7.2到8.8的值，包含7.2和8.8；作为另一示例，短语“约8％”优选(但不总是)是指7.2％至8.8％的值，包括7.2％和8.8％。所有范围在出现之处均包含端点并且可组合。例如，当以范围“1到5”列举时，所列举的范围应该理解为包括“1至4”，“1至3”，“1至2”，“1至2和4至5”，“1至3和5”，“2至5”等的范围。此外，当正向地提供了替代品列表时，这种列表可以被解释为比如，意味着通过权利要求中的反向限制可以排除任何替代品。例如，当以范围“1到5”列举时，所列举的范围可以理解为包括反向排除1、2、3、4或5中的任何一个的情况；因此，“1至5”的列举可以理解为“1和3至5，但排除2”，或者简单地理解为“其中不包括2”。意在明确地在权利要求中排除在此明确引用的任何组件、元素、属性或步骤，无论这些组件、元素、属性或步骤是否作为替代物列出，或者它们是否被单独引用。
尽管CF3SO2Im可从多个商家处获得，但目前十分昂贵。发明人期望如果CF3SO2Im可以由CF3SO2F与1摩尔当量气体一步制备得到，CF3SO2Im的成本将会降低。
没有已知的CF3SO2F与任何质子型唑的环氮的反应，质子型唑为例如咪唑、吡唑、1,2,4-三唑、吲唑、苯并咪唑或苯并三唑。没有已知的CF3SO2F与任何N-甲硅烷基咪唑、N-甲硅烷基吡唑、或N-甲硅烷基-1,2,4-三唑、N-甲硅烷基吲唑、N-甲硅烷基苯并咪唑、或N-甲硅烷基苯并三唑的环氮的反应。
本发明提供了用于生产三氟唑或其相关衍生物的方法，以及所得的三氟唑和/或其衍生物。
本文使用的术语“质子型”和“非质子型”分别指分子中存在或不存在不稳定的氢原子。使用术语“质子型”是因为不稳定的氢原子通常作为质子移动，但它不一定是酸性的才能成为质子型。例如，二乙胺既是质子型的又是非常弱的酸。它的N-H氢只能用丁基锂等去除，但其N-H氢在许多溶剂中高度不稳定。质子氢主要与氮或氧原子结合，非质子氢主要与碳原子结合。术语“非质子型溶剂”是众所周知的，并且泛指不具有-OH或-NH部分的溶剂。例如，乙醚和二甲基甲酰胺是非质子溶剂，而乙醇和甲酰胺是质子型溶剂。
碱可以是质子型的或者非质子型的。三乙胺是非质子型碱，而二乙胺是质子型碱。四甲基胍是质子型碱，而五甲基胍是非质子型碱。一些氟化物(NaF、KF、CsF)可以作为非质子型碱。阴离子(和阳离子)可以是质子型的或非质子型的。二氟化物是质子型的。碳酸盐是非质子型的。碳酸氢盐是质子型的。氢氧化物是质子型的。醇盐是非质子型的。
唑可以是质子型的或者非质子型的。非质子型唑的例子有噻唑和恶唑。质子型唑的例子包括但不限于咪唑、吡唑、1,2,4-三唑、苯并咪唑、苯并三唑、吲唑、2-甲基咪唑、2-甲基苯并咪唑和3,5-二甲基吡唑。质子型唑可以用碱处理得到非质子型唑盐。质子型唑通常被称为“游离唑”，这些术语可以互换。例如，“质子型咪唑”和“游离咪唑”都是指同一种化学物质，正式名称为1H-咪唑。除非另有说明，本文提及的“唑”将被理解为包括质子型唑，而不是非质子型唑。
后缀“Im”、“Pz”、“Tz”、“BzIm”、“BzTz”和“Me2Pz”分别是指咪唑、吡唑、1,2,4-三唑、苯并咪唑、苯并三唑和3,5-二甲基吡唑的自由基结构，并附加在三氟甲基磺酰基和甲硅烷基自由基的前缀后而给出的缩写词，如下文所述。
本文中的前缀“CF3SO2”是指三氟甲基磺酰基自由基。因此，“CF3SO2F”是指三氟甲基磺酰氟，“CF3SO2Im”是指1-(三氟甲基磺酰基)咪唑，等等。
本文中的前缀“Me3Si”是指三甲基甲硅烷基自由基。例如，“Me3SiIm”是指1-(三甲基甲硅烷基)咪唑，“Me3SiF”是指氟三甲基硅烷，等等。
本文中的术语“三氟唑”通常是指N-(三氟甲基磺酰基)唑。
除非另有说明，本文提及的“容器”是指烧瓶、高压釜或其他用于进行反应或容纳转移内容物的容器。
本文中的术语“反应性氟化物”是指化合物中的氟原子或离子，其可以与N-甲硅烷基唑反应生成氟硅烷和唑阴离子化合物。
除非另有说明，本文提及的“低压”是指处于或低于大气压的条件。除非另有说明，本文提及的“高压”是指高于大气压的条件。术语“压力下”可用于描述未指定的高压。
除非另有说明，本文使用的术语“冷藏”是指将容器在冰和水的混合物中冷却至温度范围为0至+5℃的过程。
本文使用的术语“GCMS”是指气相色谱-质谱分析方法。质荷比值用术语“m/e”后跟一个整数来提供。质量检测是通过电子撞击。
根据一些实施方式，本发明提供了生产三氟唑及其相关衍生物的方法，以及所得的产品。
在更广泛的方面，发明人发现了至少两种用于生产三氟唑或其相关衍生物的示例方法。
在第一示例方法中，如图1所示，CF3SO2F与唑或唑盐反应生成三氟唑。这种反应任选在非质子型溶剂的存在下进行。容器温度优选低于50℃。CF3SO2F在任何压力下与唑或唑盐反应。在一些实施方式中，CF3SO2F与唑在等于或低于大气压的压力下反应。可以分离出三氟唑。
可以使用任何合适的质子型唑。实施例包括但不限于咪唑、苯并咪唑、吡唑、1,2,4-三唑、苯并三唑、吲唑、2-甲基咪唑、2-甲基苯并咪唑和3,5-二甲基吡唑。这些描述适用于本文描述的每个示例方法中的所有唑。
本文所述的一个或多个反应可任选在非质子型溶剂的存在下进行。合适的非质子型溶剂的实例包括但不限于乙腈、二氯甲烷、乙醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、甲基环戊醚、甲基叔丁基醚、丙腈、丁腈、甲苯、饱和烃溶剂如己烷、庚烷、戊烷、环己烷、萘烷等、及其任何组合。在一些实施方式中，反应物可以悬浮或溶解在溶剂中。
在一些实施方式中，唑盐具有金属阳离子。合适金属的实例包括但不限于锂、钠、钾、铯、镁、及其组合。
在一些实施方式中，唑盐来自质子型唑和金属碱，例如金属氢化物、金属醇盐、金属氢氧化物、金属碳酸盐、金属氟化物、烷基锂、格氏试剂、及其组合。
在一些实施方式中，唑盐来自质子型唑和金属碳酸盐。金属碳酸盐中的金属的实例包括但不限于锂、钠、钾、铯和镁。衍生物可以单独或者原位制得。
在一些实施方式中，唑盐来自质子型唑和金属氟化物。金属氟化物中的金属的实例包括钠、钾和铯。衍生物可以单独或者原位制得。
在一些实施方式中，唑盐来自质子型唑和非质子型有机碱，或作为碱的质子型唑。合适的非质子型有机碱的实例包括但不限于烷基胺例如三乙胺等，1,8-二氮杂双环(5.4.0)十一碳-7-烯(DBU)，杂芳族胺例如吡啶、4-(二甲氨基)吡啶等，非质子型胍如五甲基胍、四甲基-叔-丁基胍、1-甲基-1,3,4,6,7,8-六氢-2H-嘧啶并[1,2-a]嘧啶、1-甲基-2,3,5,6-四氢-1H-咪唑并[1,2-a]咪唑等，磷腈、及其组合。
在第二个示例方法中，如图2所示，三氟唑来自N-甲硅烷基唑。在一些实施方式中，N-甲硅烷基唑是N-(三烷基甲硅烷基)唑。在一些实施方式中，N-(三烷基甲硅烷基)唑是N-(三甲基甲硅烷基)唑。唑类结构可以来自任何合适的唑。实例包括但不限于咪唑、苯并咪唑、吡唑、1,2,4-三唑、苯并三唑、吲唑、2-甲基咪唑、2-甲基苯并咪唑、和3,5-二甲基吡唑、及其经取代的衍生物。这些描述适用于本文描述的每个示例方法中的所有唑。
在一些实施方式中，通过CF3SO2F与N-甲硅烷基唑在催化剂存在下的反应获得三氟唑。
在一些实施方式中，通过CF3SO2F与N-甲硅烷基唑在碱性催化剂存在下的反应获得三氟唑。
在一些实施方式中，这种碱性催化剂是质子型唑本身，或其唑阴离子化合物。
在一些实施方式中，这种碱性催化剂是非质子型碱。合适的碱性催化剂的实例包括但不限于非质子型有机碱、及其组合。
在一些实施方式中，用作催化剂的合适的非质子型有机碱的实例包括但不限于叔胺，例如三乙胺等。
在一些实施方式中，用作催化剂的合适的非质子型有机碱的实例包括但不限于双环脒和异硫脲，例如1,8-二氮杂双环(5.4.0)十一烷基-7-烯(DBU)、2,3,5,6,7,8-六氢-咪唑[1,2-a]吡啶(DBN)、2,3,6,7-四氢-5H-噻唑并[3,2-a]嘧啶(THTP)等。Birman等人(Birman,V.B.；Li,X.；Han,Z.Organic Letters 2007,9,37-40)给出了此类双环脒和异硫脲的部分清单，其全文以引用方式并入本文。
在一些实施方式中，用作催化剂的合适的非质子型有机碱的实例包括但不限于杂芳族胺，例如吡啶、4-(二甲基氨基)吡啶、1-甲基咪唑等。
在一些实施方式中，用作催化剂的合适的非质子型有机碱的实例包括但不限于磷腈碱，例如N"'-叔-丁基-N,N,N',N',N",N"-六甲基亚磷三酰胺(即t-BuN＝P[NMe2]3)、N,N,N',N',N",N",N"'-七甲基亚磷三酰胺(即MeN＝P[NMe2]3)，等等。
在一些实施方式中，用作催化剂的合适的非质子型有机碱的实例包括但不限于非质子型胍，例如五甲基胍、四甲基-叔-丁基胍、1-甲基-1,3,4,6,7,8-六氢-2H-嘧啶并[1,2-a]嘧啶(MeTBD)、1-甲基-2,3,5,6-四氢-1H-咪唑并[1,2-a]咪唑等。
合适的碱性催化剂的进一步实例包括但不限于锂、钠、钾、镁和铯的碳酸盐。
合适的碱性催化剂的进一步实例包括但不限于金属氢化物、烷基锂、格氏试剂、及其组合。
合适的碱性催化剂的进一步实例包括但不限于氢氧化物或醇盐阴离子化合物。这些包括但不限于氢氧化钾、叔丁醇钾、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵等。
合适的碱性催化剂的进一步实例包括但不限于三烷基甲硅烷氧基阴离子化合物。这些包括但不限于三甲基甲硅烷氧基氧化钾(KOSiMe3)、三甲基甲硅烷氧基氧化四甲基铵、三甲基甲硅烷氧基氧化四乙基铵等。
合适催化剂的进一步实例包括但不限于含有反应性氟化物的化合物。
在一些实施方式中，含有反应性氟化物的合适的催化剂的实例是钠、钾、铯和四烷基铵的氟化物或二氟化物，例如二氟化四乙基铵、氟化四乙基铵等。
在一些实施方式中，含有反应性氟化物的合适的催化剂的实例是含有未结合的或“裸露的”氟化物作为阴离子的某类阴离子化合物。裸氟阴离子化合物的实例包括氟化四甲基铵、氟化四丁基铵、氟化磷腈例如[P(NMe2)4]+F-(即三(二甲基氨基)-N,N-二甲基-λ5-磷胺氟化物)等。
在一些实施方式中，含有反应性氟化物的合适的催化剂的实例是含有五价或六价硅、硫、锡或其他主族阴离子络合物，阴离子中具有至少一个氟原子的阴离子化合物，例如三(二甲基氨基)锍二氟三甲基硅酸盐、三(二甲基氨基)甲基二氟三甲基硅酸盐、四丁基铵二氟三苯基硅酸盐、四丁基铵二氟三苯锡酸盐等。
在一些实施方式中，含有反应性氟化物的合适的催化剂的实例是含有反应性硫-氟或磷-氟键的化合物，例如四氟化硫、甲基三氟化硫、二甲基二氟化硫、(二乙基氨基)三氟化硫、三氟化苯基硫、五氟化苯基硫，三氟化磷、五氟化磷等。
在一些实施方式中，含有反应性氟化物的合适的催化剂的实例是在阳离子中含有硫-氟键的阳离子化合物，例如(二乙氨基)二氟锍四氟硼酸盐、(4-吗啉基)二氟锍四氟硼酸盐等。
在一些实施方式中，含有反应性氟化物的合适的催化剂的实例是活化的偕二氟化物，例如2,2-二氟-1,3-二甲基咪唑烷、1,1-二氟-N,N,N',N'-四甲基甲二胺等。
在一些实施方式中，可以将四价有机硅化合物例如氟代三甲基硅烷(Me3SiF)、四甲基硅烷(Me4Si)、乙基三甲基硅烷(EtSiMe3)、二氟二乙基硅烷(Et2SiF2)等加入到容器中。这些有机硅烷可以可逆地与氟化物结合，将其作为配位络合物溶解，并提高其反应性。
在一些实施方式中，当使用金属阳离子化合物作为催化剂时，可以将一种冠醚如18-冠-6、15-冠-5等加入到容器中使催化剂相比单独的金属阳离子化合物更有效。
在另一个方面，本发明提供了三氟唑。唑来自选自吡唑、1,2,4-三唑、苯并咪唑、苯并三唑、吲唑、2-甲基咪唑、2-甲基苯并咪唑和3,5-二甲基吡唑的质子型唑类。所得化合物的实例包括但不限于1-(三氟甲基磺酰基)-1,2,4-三唑、1-(三氟甲基磺酰基)苯并咪唑、1-(三氟甲基磺酰基)苯并三唑、1-(三氟甲基磺酰基)吡唑、1-(三氟甲基磺酰基)-2-甲基咪唑和1-(三氟甲基磺酰基)-3,5-二甲基吡唑。
CF3SO2F与质子型唑的反应。
在一些实施方式中，在低压下将CF3SO2F引入无水条件的含有咪唑的乙腈溶液和金属碱例如金属碳酸盐或氟化物的悬浮液的密封容器中。溶解的咪唑与其阴离子平衡存在，可能在固体表面处或附近。也可能存在一些自由溶解的咪唑盐。向容器中加入CF3SO2F会导致放热反应。理论上，咪唑:碳酸盐和咪唑:氟化物的摩尔比分别为1:1和1:2。在实践中，优选碳酸盐或氟化物过量。该反应可以优选在-10℃至+50℃的温度下进行。容器可以装填高达2摩尔或更高的咪唑量。然而，2摩尔咪唑仅在约20℃以上时才完全溶解在乙腈中。反应结束时，分离不溶性盐，除去溶剂，蒸馏产物。如果容器冷却良好，可以使用高压；然而，使用低压意味着更好的安全性，并且还能够使用与小得多的高压釜具有相同资金成本的大型反应器。此外，使用低压可以实现更好的温度控制和更精确的终点，从而最小化加入CF3SO2F的任何过量。
在一些实施方式中，咪唑在加入CF3SO2F之前被完全去质子化，并且使用所得咪唑盐。适用于咪唑酸根阴离子的阳离子包括锂、钠、钾、铯和镁。优选咪唑酸钠。它很容易在动态真空下通过加热至200℃和<50Pa由咪唑和氢氧化钠制成无水形式。处理得到松散的容易在乙腈中形成细悬浮液的固体。当容器在加入CF3SO2F之前抽真空时，在低压下快速进行加料。容器通过冷却保持在工艺温度。在一些实施方式中，在低压下进行，当使用完全去质子化的金属咪唑盐并且在添加CF3SO2F之前适当地对容器进行排气时，在端点附近的容器压力可以降至低于纯溶剂的蒸气压。
在允许咪唑与CF3SO2F反应的一些实施方式中，以化学计量方式使用非质子型有机碱。
在一些实施方式中，其中允许咪唑与CF3SO2F反应，CF3SO2Im是目标产物，并且使用非质子型有机碱，过量的咪唑可能是有益的。
在一些实施方式中，其中允许咪唑与CF3SO2F反应，CF3SO2Im是目标产物，并且使用非质子型有机碱，优选DBU或非质子型胍。这些强碱可以在低压下使用。与DBU不同，非质子型胍可以通过用氢氧化物水溶液处理来回收，而DBU不能如此回收并且是一次性试剂。
在一些实施方式中，其中允许咪唑与CF3SO2F反应，CF3SO2Im是目标产物，优选作为碱的三乙胺。在一些实施方式中，其中允许咪唑与CF3SO2F反应，优选在高压下使用二氯甲烷和三乙胺。
在一些实施方式中，使用除咪唑之外的其他唑，在上述对咪唑描述的条件下唑或唑盐可以与CF3SO2F反应生成其他三氟唑。例如，吡唑、1,2,4-三唑、苯并咪唑和苯并三唑的金属盐可分别用于生产TfPz、TfTz、TfBzIm和TfBzTz。如果是无水的，可以使用这些和其他唑的金属盐。一些唑可以很容易地用氢氧化钠或氢氧化钾去质子化得到无水唑盐。其他无水唑盐不易通过唑与氢氧化钠或氢氧化钾的简单反应获得。在这种情况下，可以使用更强的碱，例如叔丁醇钠或叔丁醇钾、格氏试剂、金属氢化物或烷基锂。
在一些实施方式中，金属或塑料制成的反应器优于玻璃，玻璃在氟化物存在下会腐蚀。
CF3SO2F与N-甲硅烷基唑的反应。
在一些实施方式中，CF3SO2F可以与N-甲硅烷基唑反应。该反应可以在没有溶剂或催化剂的情况下进行，但可以优选溶剂和/或催化剂。
在一些实施方式中，CF3SO2F可以与N-甲硅烷基唑反应，N-甲硅烷基唑优选N-(三甲基甲硅烷基)唑。当N-甲硅烷基唑为Me3SiIm时，产物为CF3SO2Im和Me3SiF。
在一些实施方式中，CF3SO2F与N-甲硅烷基唑反应，可以使用碱性催化剂，产生催化循环，如图2所示。强碱可在低压下使用。优选的催化剂为非质子型强碱DBU。DBU成本相当低，可与极性溶剂和目前测试的所有N-甲硅烷基唑纯液体混溶。DBU在CF3SO2F与N-甲硅烷基唑的反应中是一种非常有效的催化剂。DBU:唑的摩尔比可以低至0.001:1或更低，这取决于唑和容器的冷却能力。也可优选非质子型胍。非质子型胍的成本高于DBU，但它们也是有效的催化剂，比DBU更耐热，并且如有必要，可以通过氢氧化物水溶液处理进行回收，这与DBU不同。
在一些实施方式中，使用如三乙胺的弱碱。在这些实施方式中，高压、提高温度或两者都是有益的。
尚不清楚DBU或非质子型胍是否直接与N-甲硅烷基唑反应，还是只是将痕量的游离唑去质子化。容器中可以加入少量的游离唑。目前这不是必需的。
在一些实施方式中，最优选无溶剂反应。例如，CF3SO2F与纯Me3SiTz/DBU(实施例1)或Me3SiIm/DBU(实施例2)的低压反应生成产率97％的产物。
在一些实施方式中，当允许纯Me3Si-唑与CF3SO2F在低压下反应时，保持容器温度较低以使副产物Me3SiF的蒸气压(bp＝16.4℃)不会导致容器内高于大气压。
在一些实施方式中，通过使用非质子型反应物和催化剂获得最佳产率。
在所有实施方式中，通过在整个过程中使用无水反应物、催化剂和溶剂获得最佳产率。
实验
所有反应均在通风橱中进行。调节容器压力的压力门进行低压的加入。当容器压力降至设定压力以下时，加入更多的气体直至达到设定压力。也用流体压力计作为压力门显示器。通常用GCMS监测反应过程，GCMS对鉴别痕量中的每个峰，但仅对其在容器中的相对量是最可靠的。当获得液体产物时，从实施例中省略了反应中更易挥发的组分的去除，并且仅提供了产物沸点。N-甲硅烷基唑通过唑与六甲基二硅氮烷的反应制备得到。
实施例1：1-(三氟甲基磺酰基)-1,2,4-三唑(CF3SO2Tz)：向配有进气口和温度计的250mL、单口圆底烧瓶中加入1-三甲基甲硅烷基-1,2,4-三唑(Me3SiTz，79克，0.56摩尔)和二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU，0.44克，2.9毫摩尔)。将容器冷藏并抽真空至一定恒定静压力(1.3kPa)。在5-16℃低压搅拌超过1小时下加入三氟甲基磺酰氟(CF3SO2F，92.6克，0.609摩尔)。用40℃水浴在低压下蒸馏出挥发性副产物三甲基氟硅烷(Me3SiF)。剩余物在63℃/2kPa下蒸馏得到产物CF3SO2TZ(109.4克，0.54摩尔，97％)。GCMS m/e 201，单峰。
实施例2：1-(三氟甲基磺酰基)-咪唑(CF3SO2Im)：向配有进气口和温度计的250mL、单口圆底烧瓶中加入1-(三甲基甲硅烷基)咪唑(Me3SiIm，57.9克，0.41摩尔)和DBU(0.26克，1.7毫摩尔)。将容器冷藏并抽真空至一定恒定静压力(1.3kPa)。在3-11℃低压搅拌超过46分钟下加入CF3SO2F(66.4克，0.436摩尔)。用40℃水浴在低压下蒸馏出挥发性副产物Me3SiF。剩余物在40℃/1.3kPa下蒸馏得到产物CF3SO2Im(79.7克，0.4摩尔，97％)。GCMS m/e200，单峰。
实施例3：CF3SO2TZ。在600mL搅拌着的高压釜中加入Me3SiTz(38.9克，0.28摩尔)、DBU(0.6克，0.004摩尔)和乙腈(200mL)，密封、冷藏并抽真空至一定恒定静压力(4kPa)。在压力下超过1分钟加入CF3SO2F(41.9g，0.276摩尔)，容器从2℃升至17℃。容器迅速降至低压并在周围环境温度下搅拌过夜。第二天早上，在8℃/33kPa下将容器抽真空，大部分挥发物(200g)在6℃和低压下蒸馏到干冰捕集器中。然后向容器填充氮气，打开，在54-57℃/2-2.5kPa下蒸馏内容物，得到澄清无色液体产物CF3SO2TZ(43g，0.21摩尔，78％)。GCMS m/e201，有痕量溶剂。
实施例4：CF3SO2Im。在1个1升4口圆底烧瓶上配备具有1个温度计的进气口，并与1个起泡器、1个温度计、1个大号搅拌子、1个粉末漏斗和塞子连接。用氮气流向烧瓶通入新鲜干燥的碳酸钾(K2CO3，138g，1摩尔)中，并用隔膜替换漏斗。搅拌K2CO3并通过套管将咪唑(35g，0.5摩尔)的乙腈(400mL)溶液转移到搅拌容器中。用塞子替换隔膜，并且将起泡器从管线上断开。将容器冷藏并在5℃下抽真空至一定恒定静压力(4kPa)。在5-7℃/40-53kPa下超过30分钟加入CF3SO2F(80g，0.53摩尔)。在反应结束时，向容器填充氮气，在通风橱中过滤内容物，并用乙腈(250mL)洗涤固体。在30℃/1.2kPa下略微蒸馏合并的滤液得到粗产物(64g，0.32mol，63％)，将粗产物与其他反应的合并，再蒸馏得到纯化产物。
实施例5：CF3SO2Im。将在1L单口圆底烧瓶中的1.00N咪唑(34g，0.5摩尔)的NaOH溶液(500mL)浓缩至干，并将剩余物在200℃/13Pa下加热30分钟。将容器在真空下冷却并填充氮气。将松散的内容物从烧瓶壁上刮掉，加入搅拌子，然后迅速用隔膜密封烧瓶。通过套管输入乙腈(250mL)，将容器搅拌几分钟，并用进气口替换隔膜。冷藏容器，抽真空至一定恒定静压力(5kPa)，并在40-93kPa下超过75分钟加入CF3SO2F(80g，0.53摩尔)。加入的最后十五分钟在没有冰且容器温热的情况下进行。容器在室温下搅拌过夜。第二天早上，容器压力已降至36kPa。将容器抽真空，填充氮气，过滤容器中的内容物。过滤过程耗时数小时，并使用了橡胶坝。滤液在38℃/1kPa下蒸馏得到粗产品(78.4g，0.39mol，78％)，粗产品与其他反应的合并，再蒸馏得到纯化产物。
实施例6：1-(三氟甲基磺酰基)苯并咪唑(CF3SO2BzIm)。在一个500mL的三口圆底烧瓶上配备1个温度计、搅拌子、隔膜、1个进气口和1个塞子。通过套管向容器中加入含37.6％w/w Me3SiBzIm(156.6g，0.31摩尔)的乙腈溶液，DBU(0.3g，0.002摩尔)，并用塞子替换隔膜。将容器搅拌、冷藏并抽真空至一定恒定静压力(4kPa)。在5-15℃/40-53kPa下超过16分钟加入CF3SO2F(49g，0.32摩尔)。将容器搅拌并冷藏额外的30分钟至3℃/34kPa，然后抽真空至6kPa并填充氮气。尝试直接蒸馏该物质得到固体和液体。将基本上不含乙腈的剩余物溶解在苯(100mL)中并滤出固体，得到澄清的无色滤液。蒸馏(56.5℃/0.6Pa)该滤液，得到产物CF3SO2BzIm(72.2g，0.29摩尔，93％)。GCMS m/e 250，单峰。
实施例7：l-(三氟甲基磺酰基)苯并三唑(CF3SO2BzTz)。向1个250mL单口圆底烧瓶配备搅拌子并用隔膜密封。通过套管输入Me3SiBzTz(59.9g，0.31摩尔)和DBU(0.07g，0.5毫摩尔)。用进气口替换隔膜，搅拌容器中的内容物，抽真空(0.1kPa)并冷藏。在93kPa下超过一小时加入CF3SO2F(46.8g，0.31摩尔)。容器立刻变黄。然后将冷藏的容器抽真空至0.3kPa，容器中的内容物固化。这种粗制固体(78.2g，0.31摩尔，99.5％)是催泪的并得到多个GCMS峰，但显示出明确的熔点，37-37.2℃。Lit.m.p.＝37℃。
实施例8：1-(三氟甲基磺酰基)吡唑(CF3SO2Pz)。向1个500mL单口圆底烧瓶配备1个搅拌子，并加入Me3SiPz(63g，0.45摩尔)和DBU(0.11g，0.7毫摩尔)，用进气口快速密封，冷藏并抽真空至0.4kPa。在53-93kPa下超过24分钟向搅拌的冷藏容器中加入CF3SO2F(71.3g，0.47摩尔)。将容器在冰上再搅拌30分钟，压力降至51kPa。然后将容器抽真空至0.8kPa，容器中的内容物冻结，然后随着烧瓶升温而熔化。产物CF3SO2Pz在48℃/1kPa下蒸馏出来，为透明无色液体。产量，85.9g(0.43摩尔，95％)GCMS m/e 200，单峰。
实施例9：1-(三氟甲基磺酰基)-2-甲基咪唑(CF3SO2MeIm)。向1个250mL单口圆底烧瓶配备1个搅拌子和隔膜，并加入N-(三甲基甲硅烷基)-2-甲基咪唑(Me3SiMeIm，72.7g，0.47摩尔)和DBU(0.6g，4毫摩尔)。用进气体口替代隔膜。将容器冷藏并抽真空至0.3kPa。在67-72kPa下超过两小时内加入CF3SO2F(57.4g，0.38摩尔)。产物在46℃/0.5kPa下蒸馏出来，为无色液体，馏分中含有一些细针状物(66.8g，0.31摩尔，82％来自CF3SO2F)。GCMS m/e 214为主峰；还存在m/e 154、Me3SiMeIm和其它小的未识别的峰。产物不易通过进一步蒸馏与污染物分离。
实施例10：CF3SO2Tz。将1,2,4-三唑(22g，0.32摩尔)、氟化钾(40g，0.7摩尔)和乙腈(300mL)装入600mL搅拌着的高压釜中，密封、冷藏并抽真空(4.5kPa)。在8-24℃/73-80kPa下超过1小时将CF3SO2F(50.2g，0.33摩尔)加入搅拌着的容器中。然后容器再搅拌10分钟并降至8℃/46kPa。然后将容器抽真空，填充氮气，并过滤内容物。滤液在44℃/1.2kPa下蒸馏得到产物CF3SO2Tz(30.3g，0.15摩尔，47％)。容器中剩余的固体(13g)主要由三唑组成。
实施例11：1-(三氟甲基磺酰基)-3,5-二甲基吡唑(CF3SO2Me2Pz)。向1个250mL单口圆底烧瓶配备1个搅拌子和1个隔膜，并通过套管加入N-(三甲基甲硅烷基)-3,5-二甲基吡唑(65.2g，0.39摩尔)和DBU(0.27g，0.004摩尔)。用真空转接器迅速更换隔膜，将容器抽真空至恒定静压力(0.4kPa)，并冷藏。在93kPa下超过20分钟将CF3SO2F(62.6g，0.041摩尔)加入到搅拌的冷藏过的容器中。容器在冰上再搅拌15分钟直到压力稳定(64kPa)。在升温至室温的同时抽出挥发物(3kPa)。过滤容器内容物以除去少量固体，并在56℃/0.16kPa下蒸馏出澄清无色的滤液(85g)，得到纯产物CF3SO2Me2Pz(82.3g，0.36摩尔，93％)，为澄清无色液体。GCMS m/e 228，单峰。
尽管已经根据示例的实施例描述了主题，但不限于此。相反，附上的权利要求应被广义地解释，包括本领域技术人员可以做出的其他变体和实施例。
Claims (25)
1.一种方法，其包括：
使三氟甲基磺酰氟(CF3SO2F)与N-甲硅烷基唑反应，其中所述N-甲硅烷基唑具有唑类结构，且所述唑类结构在游离态时是质子型的；和
分离具有CF3SO2-唑分子式的N-(三氟甲基磺酰基)唑。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述唑类结构选自咪唑、吡唑、1,2,4-三唑、苯并咪唑、苯并三唑、吲唑、2-甲基咪唑、2-甲基苯并咪唑、3,5-二甲基吡唑、和经取代的衍生物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述N-甲硅烷基唑是N-(三烷基甲硅烷基)唑。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述N-(三烷基甲硅烷基)唑是N-(三甲基甲硅烷基)唑。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在催化剂的存在下使CF3SO2F与所述N-甲硅烷基唑反应。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述催化剂包括含有反应性氟化物的化合物。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在碱性催化剂的存在下使CF3SO2F与所述N-甲硅烷基唑反应。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述碱性催化剂是质子型唑或其唑盐阴离子化合物。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述碱性催化剂包括选自叔胺、非质子型脒、非质子型异硫脲、非质子型磷腈、非质子型胍、及其组合的有机非质子型碱。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述有机非质子型碱选自二氮杂双环(5.4.0)十一碳-7-烯、五甲基胍、和四甲基-叔丁基胍。
11.根据权利要求7所述的方法，其中所述碱性催化剂包括选自金属碳酸盐、金属氟化物、金属氢化物、烷基锂、格氏试剂、氢氧化物、醇盐阴离子化合物、及其组合的化合物。
12.根据权利要求7所述的方法，其中所述碱性催化剂包括含有反应性氟化物的化合物。
13.根据权利要求1所述的方法，其中在非质子型溶剂的存在下使CF3SO2F与所述N-甲硅烷基唑反应。
14.一种方法，其包括：
使三氟甲基磺酰氟(CF3SO2F)与唑或所述唑的唑盐反应，其中所述唑在游离态时是质子型的；和
分离具有CF3SO2-唑分子式的N-三氟甲磺酰基唑。
15.根据权利要求14所述的方法，其中唑类结构选自咪唑、吡唑、1,2,4-三唑、苯并咪唑、苯并三唑、吲唑、2-甲基咪唑、2-甲基苯并咪唑、3,5-二甲基吡唑、和经取代的衍生物。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述唑盐具有选自锂、钠、钾、铯、镁、及其组合的金属阳离子。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述唑盐来自唑和选自金属氢化物、金属醇盐、金属氢氧化物、金属碳酸盐、金属氟化物、烷基锂、格氏试剂、及其组合的金属碱。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述唑盐来自唑和金属碳酸盐，所述金属选自锂、钠、钾、铯、镁、及其组合。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述唑盐来自唑和金属氟化物，所述金属选自钠、钾、铯、及其组合。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述唑盐来自唑和非质子型碱，或作为碱的质子型唑。
21.根据权利要求14所述的方法，其中所述唑盐来自唑和非质子型有机碱。
22.根据权利要求14所述的方法，其中在大气压或低于大气压下使CF3SO2F与所述唑或唑盐反应。
23.根据权利要求14所述的方法，其中在非质子型溶剂的存在下使CF3SO2F与所述唑或所述唑盐反应。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述非质子型溶剂是乙腈。
25.一种化合物，其为1-(三氟甲基磺酰基)-3,5-二甲基吡唑或1-(三氟甲基磺酰基)-2-甲基咪唑。
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