CN1165512A - 制备氟化的有机化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备氟化的有机化合物如有机五氟化硫的方法。该方法包括通过将化合物如R1-S-S-R2的惰性溶剂与元素氟反应，而将R1-S-S-R2的转变成R1SF5的步骤。R1和R2例如可以选自芳基、杂环芳基、脂族基或脂环族基。
Description
本发明涉及制备氟化的有机化合物的方法，特别是制备有机五氟化硫的方法。
有机五氟化硫例如芳基五氟化硫是潜在的重要的化合物，例如用于农业和医学药剂以及聚合物产品的制造中。现有技术中通常不存在常规的制造这些稳定化合物的方法，因为制造这些化合物很困难。已经报道了使用一种贵重的试剂氟化银(II)的几种氟化的例子。在很多情况下产率非常低。(参见WA Sheppard J.A.C.S.84 3058(1962)Ibid84 3064(1962))。
依据本发明，提供了一种用于制备具有式(1)的五氟化物的方法，式(1)如下：
R1SF5 (1)式中R1的定义如下，该方法包括在基本上为惰性的溶剂中，将式(2)化合物与元素氟反应，而将式(2)的二硫化物转变成式(1)化合物的步骤，式(2)如下：
R1-S-S-R2 (2)式中R2的定义如下。
基团R1和R2独立地选自芳基、杂环芳基以及脂族基和脂环族基。尽管R1和R2可以是不同的基团，产物R1SF5表示为与相应的R2SF5产物的混合物，但优选的是R1和R2相同。
当R1和/或R2是芳基时，它可包括任选取代的苯基、联苯基或萘基。
当R1和/或R2是杂环芳基时，它可包括任选取代的含有一个或多个选自氮和氧的杂原子的单环或双环基团。例如，R1和/或R2可以是吡啶基、嘧啶基或联吡啶基、喹啉和异喹啉。
当R1和/或R2是脂族或脂环族基团时，它可选自任选取代的烷基或环烷基，例如具有1-10个碳原子，特别是1-6个碳原子的烷基或环烷基。
当基团R1或R2是取代的芳基时，它可包括1-5个取代基，例如特别是1或2个取代基，该取代基与氟之间的反应性要比二硫化物与氟之间的反应性更弱，并且不与有机三氟化硫(在式(2)化合物转变成式(1)化合物过程中形成的)反应。这种取代基可以选自氰基、硝基、卤素、烷基、氟代烷基、芳基、烷氧基和环烷基。
优选的用于本发明方法中的式(2)化合物的形式为Ar1-S-S-Ar1，其中两个Ar1基团是相同的。每个Ar1可以是任选含有1个或多个取代基或杂原子的单环或双环芳环。Ar1和Ar2两者例如可以选自苯基、4-硝基苯基、4-氰基苯基、4-卤代苯基。
在一些实施例中，式(2)化合物可以是通过式(3)的硫醇氧化而得到的，式(3)如下：
R1-SH (3)
在氟化步骤中使用氟可使式(3)的硫醇转变成式(2)的二硫化物。因此，在与元素氟反应的过程中，式(3)的硫醇可以作为制备式(2)化合物的反应的原料。
在本发明的方法中，式(2)的化合物可以处在基本上为无水的或非质子传递的惰性溶剂中。合适的溶剂包括不含具有羟基或羰基的化合物的有机液体，例如选自乙腈、氯化或氟化烃或全氟化碳、或者它们的混合物的溶剂。
本发明的方法可通过将氟气通入于溶剂介质中的式(2)化合物的浆料或溶液中而进行。该反应可以通过将氟通入盛有该浆料或溶液的容器中进行，或者另一种方式，用氟气以同向或逆向流动方式与该浆料或溶液的液流相接触而进行该反应。
本发明的方法可在-40℃至40℃温度范围内进行，特别是在-20℃至25℃。优选的温度范围内-20℃至10℃。
用于本发明方法中所用的氟气最好在使用前与惰性气体如氮气或氦气混合而稀释。氟的浓度优选为1％-50％(体积)，更优选为2％-25％(体积)，特别是5％-15％(体积)。
尽管优选的氟与式(2)化合物的摩尔比在4∶1至15∶1范围内，氟与式(2)化合物反应剂的比值可以在很宽范围内变化，这取决于在特定反应中氟的效率。
本发明的方法出人意料地并有益地提供了一种方便的新的制备式(1)有机五氟化硫化合物的方法。可以方便地使用低的操作温度。避免了使用贵重的氟化剂如二氟化银。例如，二氟化银必须使用元素氟由氟化银再生。
在将式(2)物料转化成式(1)产品的过程中所需的所有氟(5当量)可用于该反应中。
例如，我们已经发现：在合适的惰性无水溶剂如乙腈中于低至室温下，使用元素氟通过芳基二硫化物直接氟化，可以良好的产率制备芳基五氟化硫。该反应过程如下：
Ar-S-S-Ar→[ArSF3]→ArSF5其中每个Ar均表示芳基。这省去了使用氟化银(II)，该氟化银(II)本身必须用元素氟由氟化银(I)再生。该反应在惰性气氛如氮气下，通过高反应性芳基三氟化硫进行，该芳基三氟化硫在合适惰性溶剂中于无水条件下是相当稳定的。将于氮气中稀释的氟于-5℃至-15℃鼓泡，通入于无水的、优选用氮气驱气的乙腈中的芳基二硫化物的浆料中。当所有的原料均已转变成中间体芳基三氟化硫时，形成实质上无色的溶液。通过进一步通入氟，该芳基三氟化硫随后转变成芳基五氟化硫产品。
本发明方法的反应产物易于通过溶剂去除及随后蒸馏而被处理，以将式(2)化合物分离出。所有未反应的有机三氟化硫中间体，通过水解形成亚硫酰基氟化物，并随后用碱洗涤该粗反应产物将其去除。
该反应例如通过nmr或HPLC分析进行常规监测，以检测该反应是否完全。
现仅通过参考下列实施例以实施例方式对本发明的实施方案进行说明。实施例14-硝基苯基五氟化硫
a)由于乙腈中的双(4-硝基苯基)二硫化物制备
将双(4-硝基苯基)二硫化物(12.33克，40毫摩尔)(85％工业级)悬浮在乙腈(200毫升)中并冷至约-7.0℃，同时用氮气驱气。然后于-7.6℃至-4.5℃，将在氮气中稀释至10％的氟(19.82克，52.18毫摩尔，13.1摩尔当量)鼓泡通过该悬浮液24小时。溶剂从浅黄色溶液中去除则得到深红色油状液体(21.9克)，将其溶于二氯甲烷(200毫升)中，并用10％氢氧化钠水溶液(2×30毫升)洗涤，随后用水(2×30毫升)洗涤。经过无水硫酸镁干燥后，将溶液去除则得到深红色液体(15.2克)，将其通过真空蒸馏进一步纯化则得到浅黄色液体/低熔点固体，4-硝基苯基五氟化硫(8.1克，41％)，由GC/MS[M+249]和n.m.r分析[(CDCl3)F-19n.m.r.：+76.5ppm(五峰)、+57.9ppm(双峰、JFF155Hz)；H-1n.m.r.：8.37，8.00ppm]表明其纯度为＞95％。
b)由于氯仿中的双(4-硝基苯基)二硫化物制备
通过强力搅拌将双(4-硝基苯基)二硫化物(40.0克，130毫摩尔)悬浮在盛于冷冻管式玻璃反应器中的氯仿(200毫升)中。将该混合物保持在-12℃温度并且同时搅拌。将用氮气稀释的氟气(12.2摩尔当量)(9％氟)鼓泡通过该混合物633分钟。将反应物倒入水中，萃取入二氯甲烷溶液中，用MgSO4干燥。在减压下去除溶剂，得到油状物然后蒸汽蒸馏。分析所得馏出液，表明含有4-硝基苯基五氟化硫(78％G.C.分析，总产率23％)。从蒸馏残余物中回收到焦油(35.7克)。
c)由4-硝基苯硫酚制备
在250毫升圆底烧瓶中将4-硝基苯硫酚(1.04克，6.7毫摩尔)与无水乙腈(50毫升)混合。将该混合物在约5℃温度保持。用氮气将氟气(8.6摩尔当量)稀释至10％氟，并将该稀释的氟气鼓泡通入该混合物经过95分钟。完成之后，则得到4-硝基苯基五氟化硫(28％产率)。
d)由甲基4-硝基苯基硫化物制备
在100毫升圆底烧瓶中将甲基4-硝基苯基硫化物(0.35克，2.1毫摩尔)与无水乙腈(50毫升)混合。于约-5℃保持该混合物。将用氮气稀释的氟气(7.0摩尔当量)(10％氟)鼓泡通入该混合物经过26分钟。氟n.m.r分析表明主产物包括4-硝基苯基三氟化硫和4-硝基苯基五氟化硫。实施例2
3-硝基苯基五氟化硫
在冷冻的搅拌的管状玻璃反应器(-10℃)中，将双(3-硝基苯基)二硫化物(25.0克，81.2毫摩尔)与无水乙腈(270毫升)混合。将用氮气稀释的氟气(14.5摩尔当量)(10％氟)鼓泡通入该混合物中345分钟。将所得溶液倒入水中并用氢氧化钠溶液处理直至为碱性。用二氯甲烷萃取所得混合物三次，将萃取物合并及干燥。将溶剂去除后，将所得棕色油进行蒸汽蒸馏，产出18.3克黄色油。经G.C./M.S.[M+249]和n.m.r分析[(CDCl3)F-19n.m.r.：+80.5ppm(1F，五峰)、+62.2ppm(4F，双峰，JFF151Hz)；H-1n.m.r.：7.74ppm，(1H，单峰)，7.56ppm(1H，双峰，J8.1Hz)，7.26ppm(1H，双峰，J8.1Hz)，6.91ppm(1H，三峰，J8.1Hz)]表明该混合物的主要组分是3-硝基苯基五氟化硫(38.5％计算产率，bpt：106℃，2托)。实施例32-硝基苯基五氟化硫
将2-硝基苯基二硫化物(1.932克，6.27毫摩尔)与无水乙腈(50毫升)混合并冷却(-2℃)。将用氮气稀释的氟气(12.0摩尔当量)(10％氟)鼓泡通入该混合物中140分钟。NMR分析表明主要产物是2-硝基苯基五氟化硫(19Fn.m.r.：66ppm，双峰，-47ppm，三峰)。实施例44-(三氟甲基)苯基五氟化硫
在100毫升圆底烧瓶中将4-(三氟甲基)苯硫酚(2.01克，11.3毫摩尔)与无水乙腈(50毫升)混合。在约-10℃温度保持该混合物。将用氮气稀释的氟气(6.2摩尔当量)(10％氟)鼓泡通入该混合物中112分钟。将所得溶液倒入水中并用氢氧化钠溶液处理直至为碱性。然后用二氯甲烷萃取该混合物三次，将萃取液合并及干燥。在去除溶剂后，将所得油在真空下进行逐阱蒸馏。在蒸馏液中得到4-(三氟甲基)苯基五氟化硫(总产率5％)。G.C./M.S.[M+272]和n.m.r分析[(CDCl3)F19n.m.r.：+82.4ppm(1F，五峰)、+62.0(4F，双峰)，-63.2ppm(3F，JFF149Hz)；H-1n.m.r.：7.9，7.8ppm]。
Claims (11)
1.一种用于制备具有式(1)的五氟化物的方法，式(1)如下：
R1SF5 (1)式中R1定义如下，该方法包括在基本上为惰性的溶剂中，将式(2)化合物与元素氟反应，而将式(2)的二硫化物转变成式(1)化合物的步骤，式(2)如下：
R1-S-S-R2 (2)式中R2定义如下，其中基团R1和R2独立地选自芳基、杂环芳基以及脂族基和脂环族基。
2.权利要求1的方法，其中基团R1和R2是相同的。
3.权利要求1的方法，其中基团R1和R2不同，产物R1SF5表示为与相应产物R2SF5的混合物。
4.权利要求1的方法，其中基团R1或R2是具有1-5个取代基的取代芳基，该等取代基与氟之间的反应性要比二硫化物与氟之间的反应性更弱，并且不与在式(2)化合物转变成式(1)化合物过程中形成的有机三氟化硫反应。
5.权利要求1的方法，其中式(2)化合物是Ar1-S-S-Ar1形式，其中两个Ar1基团是相同的。
6.权利要求5的方法，其中的每个Ar1是任选含有1个或多个取代基或杂原子的单环或双环芳环。
7.前述权利要求中的任一种方法，其中的式(2)化合物是由式(3)的硫醇氧化得到的，式(3)如下：
R1-SH (3)该式(3)硫醇在氟化步骤中用氟可转变成式(2)的二硫化物。
8.前述权利要求中任一项的方法，其中式(2)化合物处在无水的惰性溶剂中。
9.前述权利要求中任一项的方法，其中该方法是通过将氟气通入于溶剂介质中的式(2)化合物的浆料或溶剂中而进行的。
10.前述权利要求中任一项的方法，其中该方法所用的氟气在使用之前通过与惰性气体混合而稀释。
11.权利要求1的方法，基本上如上文参照特定实施例所述的那些。
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