專利名稱：用于將取代的二氟甲基基團移植到至少含有一個親電子官能團化合物上的試劑及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將取代二氟甲基基團接枝到至少含有一個親電子官能團化合物上的試劑以及方法。具體而言本發(fā)明涉及一項通常通過有機金屬衍生物進行親核取代反應(yīng)或加成反應(yīng)而全氟烷基化各種化合物的技術(shù)。
通常，全氟烷基化技術(shù)或其等效技術(shù)在鋅存在下使用全氟烷基碘化物類型的衍生物。由于鋅是一種很大的水源污染物，所以在使用這項技術(shù)的同時還需要相應(yīng)的設(shè)備以處理所必須處理的金屬污染物，因此，這項技術(shù)的使用費用很高。
而在其它技術(shù)中，其中的全氟烷基原子團不能形成有機金屬類型的穩(wěn)定活性中間產(chǎn)物，正是由于反應(yīng)介質(zhì)中自由全氟陰離子的穩(wěn)定性非常低，所以這些技術(shù)的全氟烷基化作用通常很難實現(xiàn)。以上這些陰離子通常會因失去其取代基而導(dǎo)致產(chǎn)生卡賓類產(chǎn)物。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種試劑，允許按照包括陰碳離子類型的機理進行全氟烷基化反應(yīng)，而不用過渡元素如鋅的有機金屬試劑。
人們通常把全氟羧酸作為全氟烴基原子團、特別是三氟甲基原子團的來源，通過分解反應(yīng)旨在從所說的酸中消去羧基片段放出二氧化碳。但是，用這種方法取得的成功非常緩慢特別是方法中使用了復(fù)雜的催化體系。此外，由于通過分解所說的全氟羧酸而產(chǎn)生的全氟烷基原子團或它的等價物在反應(yīng)介質(zhì)中不穩(wěn)定，所以要使用穩(wěn)定劑。
G.Stahly在Journal of Fluorine Chemistry，45(1989)，431-433和US-A-4,990,699，中也報道了在芳香化合物如1，3，5，-三硝基苯存在的條件下熱解全氟鏈烷酸鹽形成三氟甲基陰離子CF3-，它們被證明形成了Meisenheimer配合物。然后這個配合物在相應(yīng)的芳香環(huán)上由于氧化作用而轉(zhuǎn)化成為全氟烷基衍生物。
但是，由于反應(yīng)需要完成這個氧化作用所以導(dǎo)致芳香衍生物的全氟烷基化作用是非常耗費時間的。
本發(fā)明的目的在于提供一種試劑，它對環(huán)境無危害并且能夠以較滿意的產(chǎn)率生產(chǎn)所要求的產(chǎn)品，以解決現(xiàn)有技術(shù)方法中所存在的缺點。
在導(dǎo)致本發(fā)明的研究過程中，實驗表明可以用氟代羧酸鹽進行氟代烷基取代反應(yīng)，而不必使用催化劑和在分解各種全氟羧酸時可以穩(wěn)定所產(chǎn)生的各種想得到的中間產(chǎn)物而使用的穩(wěn)定劑。
因此，為了得到氟代羧酸分解產(chǎn)物，反應(yīng)有兩個基本條件，一個是選擇溶劑，另一個是組成本發(fā)明試劑的混合物中雜質(zhì)的含量。因此，在試劑體系中可以證明起絕對關(guān)鍵作用的不穩(wěn)定氫，或更確切地說是，可釋放性質(zhì)子，其含量必須小于分解氟代羧酸鹽時釋放的氟基基團的量。術(shù)語不穩(wěn)定氫和可釋放性質(zhì)子是指能夠被強堿以質(zhì)子的形式除掉的氫原子。實際上它們是具有酸性官能的質(zhì)子，其pKa約小于20(這里“約”強調(diào)數(shù)20僅是一個有效數(shù)字)。
上述目的以及以下將涉及的內(nèi)容都可以通過使用親核試劑的方法來實現(xiàn)，這個親核試劑用來將取代二氟甲基基團接枝到至少含有一個親電子官能團的化合物上，其特征在于所說的試劑包括a)一種分子式為Ew-CF2-COOH的氟代羧酸，其中Ew表示一種吸電子原子或基團，這個氟代羧酸和有機陽離子或無機陽離子至少部分成鹽，以及b)一種極性非質(zhì)子傳遞溶劑；并且試劑中的各種組分包括其雜質(zhì)所攜帶著的可釋放性質(zhì)子的含量至多等于所說氟代羧酸的初始摩爾濃度的一半。
能夠和本發(fā)明試劑反應(yīng)的親電子官能團是指那些經(jīng)常和有機金屬試劑發(fā)生反應(yīng)的官能團，下面將具體描述這些官能團。
試劑中可釋放性質(zhì)子含量越低，發(fā)生副反應(yīng)的可能性就越低，產(chǎn)品的產(chǎn)率就越好。
因此，試劑中不穩(wěn)定氫原子優(yōu)選的含量相對于所說氟代羧酸的初始含量至多等于10％，更優(yōu)選1％(摩爾)。
通常水是作為不穩(wěn)定氫原子載體的主要雜質(zhì)，每分子水可以釋放出兩個氫原子。
一般說來，優(yōu)選小心使用脫水試劑和溶劑，相對于整個試劑而言，每1000重量的試劑其含水重量至多等于1。
基于整個反應(yīng)條件，這樣的含水量應(yīng)當符合要求了，但在某些情況下較低的含水量更有利于反應(yīng)的進行，例如每10,000重量份試劑中含水量約為1。
但是，將所有的水都除去這是不必要的也是不可能的，而且只要水/氟代羧酸的摩爾比值小于10％，就是可以被接受的了。
此外，試劑中存在有其它元素，即具有兩個穩(wěn)定價鍵狀態(tài)的過渡元素例如銅，對反應(yīng)無益甚至是有害的。
雖然本發(fā)明的試劑不需要任何催化劑，但其中卻存在有這樣的、特別是由溶劑帶來的、被認為是雜質(zhì)的金屬元素。
因此，相對于所說氟代羧酸的初始含量，這些元素優(yōu)選的摩爾含量小于1000ppm，更優(yōu)選小于100ppm，最好小于10ppm。
還有，雖然為了激活某些作用物并加速某些反應(yīng)類型，人們多次推薦使用選自元素周期表第VIII族的元素和全氟乙酸反應(yīng)，但是這樣作會對以上預(yù)計的反應(yīng)造成特別的危害。因此優(yōu)選使用不含有選自VIII族的金屬特別是鉑礦石金屬的試劑，其中所說的VIII族的金屬由鉑、鋨、銥、鈀、銠、釕組成。
本文的描述中，參考了1966年1月份的公報de la Societe Chimique deFranceNO.1，在其增刊里出版了元素周期表。
因此，鉑礦石金屬或者甚至其它選自VIII族的金屬，其優(yōu)選的含量小于100ppm，更優(yōu)選小于10ppm，最好小于1ppm。這里所表達的值都是相對于起始氟代羧酸而言的，并且用摩爾來表示。
進一步說，憑經(jīng)驗而言這兩類金屬，即具有兩價狀態(tài)的過渡金屬及第VIII族的元素，它們在試劑中存在的全部濃度含量水平應(yīng)當至多等于1000mol ppm，優(yōu)選10mol ppm。
應(yīng)當注意的是具有這種全部濃度含量水平的不同金屬其存在的數(shù)量非常地低，這樣它們起不到任何催化作用。過渡金屬及VIII族元素的存在并不能改進反應(yīng)動力學(xué)，相反當它們的數(shù)量太大時甚至?xí)斐晌：Α?br> 除了以上所說的試劑組分外，使用氟代羧酸鹽的試劑體系中還經(jīng)常存在有堿金屬氟化物或季銨氟化物，使用這些氟化物是不會有害的，但實際證明它們一點價值都沒有，這是因為事實上它們產(chǎn)生了很難處理的含鹽廢物。
然而，應(yīng)當注意的是介質(zhì)中存在有氟化物有助于限制氟代羧酸的轉(zhuǎn)化，并且有助于減少副反應(yīng)。
氟化物的平衡陽離子愈大以上所說的效果愈好。其中可以想到的陽離子是比鈉序號還高的堿金屬陽離子，特別是鉀或銫；或者是“翁基”型離子，即由VB族和VI B族元素(指1966年1月份公報de la SocieteChimique de France的增刊所出版的元素周期表)與4或3個烴鏈形成的陽離子。
從VB族元素中衍生出來的翁基，其中優(yōu)選的試劑是四烷基或四芳基銨或。烴基最好含有4至12個碳原子，優(yōu)選4到8個碳原子。從VI B族元素中衍生出來的翁基，其中所說的元素優(yōu)選其原子數(shù)比氧的原子數(shù)還多的元素。
由于存在以上提到的缺陷，所以氟化物離子的含量是一個可以被考慮的參數(shù)。但是，為了有利于反應(yīng)介質(zhì)的最終處理，優(yōu)選的方法是應(yīng)當限制這個含量，特別是它的初始含量。
因此，這個適于作離子的氟化物，也就是說在試劑的極化介質(zhì)中能夠被離子化的氟化物，其含量優(yōu)選至少等于所說氟代羧酸鹽的初始含量摩爾濃度，更好是至少等于這個摩爾濃度的一半，最好等于這個濃度的四分之一。
如上所述，溶劑在本發(fā)明中起著重要的作用，它必須是對質(zhì)子有惰性的并且最好是極性的，并且含有非常少的帶有酸性氫的雜質(zhì)。
因此，可使用的優(yōu)選的極性非質(zhì)子傳遞溶劑應(yīng)當具有很大的偶極矩。因此，它的相對電介常數(shù)ε最好至少約等于5(在本發(fā)明的描述中除非特殊相反指示，0位置不被認為有效數(shù)字)。更優(yōu)選的ε小于或等于50同時大于或等于5，特別優(yōu)選該值在30和40之間。
此外，本發(fā)明還優(yōu)選能夠完全溶劑化陽離子的溶劑，這些溶劑可能被它們的給體數(shù)DN分成了不同類型。因此本發(fā)明優(yōu)選的這些溶劑其給體數(shù)在10至30之間。就所說的極性非質(zhì)子傳遞溶劑和五氯化銻的締合而言，其中所說的給體數(shù)相應(yīng)于ΔH(焓差)，該值用千卡/mol來表示。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的試劑其極性溶劑或所使用的溶劑中不含有酸性氫。具體說來，當由于存在吸電子基團而造成一種或多種溶劑具有極性特征時，理想的情況是溶劑中吸電子官能團上沒有α氫。
然而，對試劑中所有組分而言，優(yōu)選對應(yīng)于溶劑電離出第一個氫離子的pKa至少約等于20(“約”強調(diào)它僅是基本有效數(shù)字)，更好的pKa至少約等于25，優(yōu)選25至35之間。
溶劑的酸性特征還可以用受體數(shù)AN來表示，AN如Reichardt在“Solvents and solvent effects in Organic Chemistry”，第2版，VCH(RFA)，1990，23-24頁定義的那樣。最好是該受體數(shù)AN小于20，特別是小于18。
優(yōu)選的情況是所說的氟代羧酸或羧酸鹽至少部分地(至少10mol％)，優(yōu)選全部地，溶解到組成試劑的介質(zhì)中。
特別地，酰胺類的溶劑是能夠產(chǎn)生良好效果的溶劑。所說的酰胺中包括具有特殊性質(zhì)的酰胺，例如四元取代脲包括環(huán)狀四元取代脲，特別是5-或6-原子數(shù)的脲，例如DMPU(二甲基亞丙基脲或1，3-二甲基-3，4，5，6-四氫-2(1H)-嘧啶酮)和DMEU(二甲基亞乙基脲)，或1，3-二甲基-2-咪唑酮和單基取代內(nèi)酰胺。優(yōu)選的酰胺是取代了的酰胺(二元取代普通酰胺)。這里可以提到的實施例有吡咯烷酮衍生物，例如N-甲基吡咯烷酮，另外還有N，N-二甲基-甲酰胺或N，N-甲基乙酰胺。
1，3-二甲基-3，4，5，6-四氫-2(1H)-嘧啶酮(DMUP)或芐腈，也是優(yōu)選的溶劑。
另一類特別好的溶劑由醚組成，無論這些醚是對稱的還是不對稱的也無論它們是否開放。所說的這類醚中應(yīng)當把各種甘醚衍生物也算在內(nèi)如各種甘醇二甲醚，例如二甲醇二甲醚。
本發(fā)明試劑的組成a)中的氟代羧酸中，其中的Ew部分把吸電子的作用施加到二氟碳原子上，Ew優(yōu)選選自其Hammett常數(shù)δp至少等于0.1的官能團。此外優(yōu)選的誘導(dǎo)成分δp’，δi，至少等于0.2，最好等于0.3。這方面的內(nèi)容參見John Wiley和Son編著的“Advanced OrganicChemistry”第3版，242至250頁，特別是這部分內(nèi)容的表4。
更特別地，吸電子部分可以選自鹵原子，優(yōu)選分子量小的鹵原子，特別是氯和氟，相應(yīng)的氟代羧酸是分子式(1)X-CF2-COOH的鹵代氟乙酸，其中X是鹵原子，優(yōu)選分子量小的原子(氯和氟)。
Ew還優(yōu)選選自腈基團(具有一定的危險性如發(fā)生α-消去副反應(yīng))、羰基、磺基及全氟烷基基團。這時用來使用的氟代羧酸其相應(yīng)的分子式(2)R-G-CF2-COOH，其中R-G表示腈基或G表示 或-(CF2)n-，其中n等于或大于1；而R表示一種有機或者甚至一種無機殘基，R優(yōu)選有機原子團如選擇性取代的芳基、烷基或芳烷基。R還可以表示一種例如樹脂的有機固體載體或無機固體載體。
當G表示全氟亞烷基基團-(CF2)n-時，n最好選擇1到10之間的整數(shù)，優(yōu)選1到5之間。還是在這種情況下，R還可以表示鹵原子，特別是氟。
通常除了氟代羧酸是聚合物時的情況，氟代羧酸碳原子總數(shù)最好不超過50。
能夠和所說的氟代羧酸形成鹽的平衡陽離子最好是大離子，因此所說的鹽優(yōu)選堿金屬鹽，其中的堿金屬最好選自鈉、鉀、銣、銫或鈁。所說的優(yōu)選的金屬來自同一個周期，其元素號數(shù)至少等于鈉。另外還可優(yōu)選季銨鹽。
本發(fā)明改進反應(yīng)的另一個方法是既可以使用天然的大陽離子如季銨離子或季鏻離子，還可以使用加入螯合劑或優(yōu)選的穴狀配體后變大的陽離子，例如冠醚或同時被胺化并氧化的衍生物。
為此，一方面本發(fā)明使用的螯合劑或多價螯合劑最好選擇胺，另一方面選自其分子中至少含有一個其它醚官能團的醚。
本發(fā)明最好使用多價螯合劑，因為這種螯合劑或者含有至少一個胺官能團，或者含有一個醚官能團或至少一個胺和/或醚的官能團，這樣可以形成至少是二配位基的、優(yōu)選三配位基的配位劑，其中的醚和/或胺官能團被至少1個原子、最好被至少2個原子但不超過4個原子、最好不超過3個原子所分開，通常這些原子是指碳原子。
當被認為起配位作用的碳原子被兩條支鏈連接在一起形成一個環(huán)時，優(yōu)選的情況是其中至少一條支鏈，它至少是3-元結(jié)構(gòu)，最好是4-元結(jié)構(gòu)，同時另一條支鏈至少是2-元結(jié)構(gòu)，最好是3-元結(jié)構(gòu)。
體積和流動性應(yīng)當能使二-、三-或多配位基試劑是可配合的。用1，4-二氮雙雜環(huán)(2.2.2)辛烷就不具備這個特征。
一般說來，可以這樣定量表明這個限定，一個至多8-元結(jié)構(gòu)的環(huán)橋連得到雙環(huán)體系(事實上是三環(huán))，尤其當橋頭是用來起配位作用的原子時，避免使用二氮雙雜環(huán)-辛烷、-庚烷和較低類型以及，橋連到較小程度，-壬烷的雙環(huán)體系。
進一步說，最好避免使用任何雙環(huán)體系-其中它的橋頭是將要起配位作用的原子并且-不把橋頭算在內(nèi)，當?shù)谌齻€支的長度小于7個原子，體系的2個支鏈具有的鏈長不超過2，優(yōu)選不超過3。
光氣及衍生物所必不可少的特性是優(yōu)選至少一個胺官能團的至少二配位基，但是草酰鹵及等價物就沒有這個特性。
以上提到的特別令人感興趣的配位劑至少可以分成三種類型，包括含氧叔胺、含氧或含硫多醚，它可以是環(huán)狀的也可以是大環(huán)狀的、穴狀配體。
第一類由螯合劑組成，其常規(guī)分子式為N-[-CHR1-CHR2-O-(CHR3-CHR4-O)n-R5]3(I)其中n是大于或等于0同時約小于或等于10的整數(shù)(0＜n＜10)，R1、R2、R3和R4可以相同也可以不相同，為氫原子或具有1-4碳原子的烷基而R5表示具有1-12碳原子的烷基或環(huán)烷基、苯基或分子式為-CmH2mC6H5、或CmH2m+1-C6H5的基團，其中m位于1至約12之間。
第二類配位劑由環(huán)上具有6至30個環(huán)原子優(yōu)選15至30個環(huán)原子的環(huán)狀、優(yōu)選大環(huán)狀的多醚組成，并且多醚是由2至10個、優(yōu)選4至10個單元-O-X組成，其中的單元-O-X中，X既可以是-CHR6-CHR7-又可以是-CHR6-CHR8-R9R7；R6、R7、R8和R9可以相同也可以不相同，為氫原子或具有1-4碳原子的烷基。當單元-OX-中包括基團-O-CHR6-CHR7時，其中的一個Xs可以是-CHR6-CHR8-CR9R7-。
第三類配位劑由在EP專利申請0,423,008第3頁29行到第6頁45行中所描述的化合物組成。
本發(fā)明優(yōu)選使用全氟羧酸鹽，例如三氟乙酸堿金屬鹽、全氟丙酸堿金屬鹽和全氟丁酸堿金屬鹽，其中堿金屬特別指鉀。
應(yīng)當注意的是在相對非極性(極性比DMF小)的溶劑中使用冠醚類型的多價螯合劑，能夠顯著加速起始氟代羧酸的轉(zhuǎn)化。
這種多價螯合劑最好按比例使用，即相對于它們起始氟代羧酸含量的5至100mol％，特別從5至25mol％。
但是，多價螯合劑和其它參與反應(yīng)的介質(zhì)、特別是某些溶劑發(fā)生某種程度的化合，這種化合對形成產(chǎn)物的穩(wěn)定性起到不太有利的作用，因此認為這一點不是很好。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種合成含有二氟亞甲基基團的有機衍生物的方法，其中這種方法使用了本發(fā)明的試劑。
這個目的是這樣實現(xiàn)的a)將所說的試劑和含有至少一個親電子官能團的化合物混合，并且b)加熱所得的混合物至100℃到200℃之間，優(yōu)選110℃到150℃之間，加熱時間至少半個小時，優(yōu)選至少一個小時，但不超過一天，最好小于20小時。
可以逐漸地或直接地將試劑與作用物混合或接觸。特別地，可以等到這兩者其中之一達到合適溫度時再引入另一物質(zhì)?？梢灾饾u地或直接地引入。引入的方法可以是將試劑傾注到作用物中或者相反。還可以將氟代羧酸鹽和作用物兩者同時或逐漸地引入到溶劑中。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的試劑與含有親電子原子的親電子化合物反應(yīng)，所說的親電子原子可以是碳原子或如硫、硒或碲的雜原子。最好，試劑是和烴在其親電子碳原子上發(fā)生反應(yīng)，這個親電子碳原子不屬于芳香體系。
根據(jù)本發(fā)明的第一個目的，試劑優(yōu)選和含有親電子原子、最好是親電子雜原子的化合物反應(yīng)，其中親電子原子或親電子雜原子連接到鹵原子或假鹵素基團上以便單獨一步就能實現(xiàn)所說鹵原子或假鹵素基團的取代作用。
與SN2反應(yīng)相對照，當反應(yīng)歷程經(jīng)過一個反應(yīng)中間產(chǎn)物時，反應(yīng)成比例進行較好，其中這個中間產(chǎn)物產(chǎn)生于重鍵或雙電子鍵上的加成反應(yīng)。
當親電原子是硫原子時，反應(yīng)可與如下的物質(zhì)進行- 有機硫化合物的鹵或假鹵衍生物，特別是氧硫基鹵、亞硫?；蚧酋｛u，反應(yīng)期間其中的鹵原子或假鹵基團被取代的二氟甲基基團所取代；- 二硫化物，例如選擇性取代的芳基二硫化物，反應(yīng)中S-S鍵斷裂并且被取代的二氟甲基基團所替換；適宜的二硫化物為被C1-C10烷基、C1-C10烷氧基或腈基取代或未取代或者被一個或更多(≤3)的鹵取代或未取代的C5-C10芳基二硫化物；- 硫氰酸型化合物，其中氰基基團在反應(yīng)期間被取代二氟甲基基團所取代；優(yōu)選的硫氰酸酯是C5-C10硫氰酸芳酯包括硫氰酸烷基芳酯，以及硫氰酸C1-C10烷基酯包括硫氰酸芳烷酯。
以上所說的化合物，其中所說的鹵素原子可以選自碘、溴、氯和氟原子。其中“假鹵”基團是這樣一種基團，當它以陰離子形式離去時基團具有的締合酸其PKa小于4，優(yōu)選小于3，特別是小于0。
優(yōu)選的基團其締合酸的酸度(Hammett常數(shù)測定)至少等于乙酸酸度，最好等于磺酸或三鹵酸的酸度。一個典型的假鹵素是全氟鏈烷磺酰氧基基團，它可以釋放出全氟鏈烷磺酸鹽。優(yōu)選的假鹵基團可以選自甲苯磺酸鹽(對甲苯磺酰氧基)、甲磺酸鹽(甲磺酰氧基)、三氟甲磺酰氧基或三氟乙酰氧基。乙酸基也可被認為是這種離去基團。
根據(jù)本發(fā)明的第二個目的，試劑最好還可以和選自酮、醛、酰鹵、活化酯或酐類的羰基化合物反應(yīng)，反應(yīng)是在羰基官能團上的加成反應(yīng)?？梢蕴峒暗膬?yōu)選的及非限定性實例有芳香醛，優(yōu)選C5-C10醛，其中芳香環(huán)可以選擇性地被C1-C10烷基、C1-C10烷氧基或硝基或者被鹵原子取代；環(huán)酮例如環(huán)己酮；被供電子團活化的非烯醇化酮，例如三氟甲基乙酰苯；芳香酐例如苯甲酸酐。
氟代羧酸鹽和作用物之間的反應(yīng)具有一定的危險性，因此可以優(yōu)選僅在所說羧酸鹽發(fā)生脫羰作用的條件下(參見以上所描述的實施條件)引入作用物或氟代羧酸鹽。
這種情況下反應(yīng)產(chǎn)物通常是醇(例如以醇鹽的形式)，其中帶有羥基官能團的碳原子被取代的二氟甲基基團所取代。接下來，這個產(chǎn)物在所需反應(yīng)條件下可以選擇性地和試劑或起始原料發(fā)生反應(yīng)。
一般說來，本發(fā)明的方法中使用試劑的量要根據(jù)親電子化合物的官能度，按照它本身已知的特性來確定。
有一點應(yīng)當指出，分解氟代羧酸衍生出的產(chǎn)物如果其中含有一種易于反應(yīng)的官能團，例如以上提到的官能團，就可以和它本身發(fā)生反應(yīng)。
值得注意的是根據(jù)本發(fā)明，那些含有親電子官能團的液態(tài)形式的化合物可以被當作溶劑使用，并且這種溶劑對質(zhì)子有惰性。本發(fā)明的反應(yīng)最好可以這樣進行，即通過混合以下的化合物而完成a)一種如上定義的氟代羧酸鹽和b)一種同時作為溶劑和反應(yīng)作用物的并含有至少一個親電子官能團的化合物。
根據(jù)本發(fā)明使用試劑和含有至少一個親電子官能團的作用物發(fā)生反應(yīng)時，有一點很重要即后者作用物盡可能不會擾亂上面描述條件。
因此優(yōu)選使用充分脫水的作用物，或者被使用的作用物中既不含可能會被強堿除去的酸性氫也不含有害雜質(zhì)，也就是說，所使用的作用物與那些試劑滿足相同的約束條件。
人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當所有因素都相等時，所需有機衍生物的產(chǎn)率取決于反應(yīng)進行的程度并且，雖然試劑轉(zhuǎn)化的程度相當大但是最終產(chǎn)率非常小。本發(fā)明不想受任何特殊的科學(xué)理論限制，但似乎每一件事情對獲得的產(chǎn)品而言都存在形成動力學(xué)和降解動力學(xué)。
為了避免最終產(chǎn)品過多的降解并且因此保證反應(yīng)的良好選擇性，優(yōu)選的方法是不要試圖完全轉(zhuǎn)化初始的氟代羧酸?？梢杂盟岬霓D(zhuǎn)化率(RC)來控制反應(yīng)的進程，這個轉(zhuǎn)化率是反應(yīng)介質(zhì)中酸消耗量與酸初始量的摩爾比值，通過測定殘留在介質(zhì)中的酸便可很容易地計算出這個比率。
反應(yīng)最好只進行到其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化率為40至80％，優(yōu)選50至70％，然后分離出反應(yīng)產(chǎn)品。這樣可以達到80％的選擇性，該選擇性用所需產(chǎn)品/轉(zhuǎn)化的氟代羧酸的摩爾比值來表示。
為了達到最佳反應(yīng)條件，溶劑的特性及添加物的存在可能會在反應(yīng)期間的同時限制反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，其中所說的添加物具有限制這個轉(zhuǎn)化的可能性，例如氟化物離子。另外，反應(yīng)動力學(xué)取決于反應(yīng)參與物(氟代羧酸和親電子試劑)，適宜的反應(yīng)時間作為這些動力學(xué)的一個功能可以很容易地適應(yīng)每個單獨的情況。
一旦達到所需要的轉(zhuǎn)化率后，為了分離出所得的產(chǎn)品可以按照產(chǎn)品本身已知的特點處理反應(yīng)混合物，為了產(chǎn)生一定附加量的所需有機衍生物可以再循環(huán)起始原料。
如果必要的話，分離物可以再進行一次附加的化學(xué)反應(yīng)，使所需的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成為更易揮發(fā)且易蒸餾的衍生物。
以下的實施例將進一步詳細闡述本發(fā)明。實施例1合成1-三氟甲基苯甲基醇 在氮氣環(huán)境下，使26g無水DMF與4.98g(32.7mmol)的三氟乙酸鉀和2g(18.8mmol)的苯甲醛混合。
三氟乙酸鉀對苯甲醛的摩爾比值為1.7。
獲得的混合物轉(zhuǎn)移到哈斯特洛伊耐腐蝕鎳基合金反應(yīng)器中，反應(yīng)器體積為50ml。反應(yīng)器關(guān)閉后，將混合物在104℃下加熱3小時另30分鐘。
冷卻至5℃后，取出反應(yīng)粗產(chǎn)物用CH2CL2稀釋并用水洗滌。
干燥有機相，然后用氣相色譜檢測。
苯甲醛的轉(zhuǎn)化率(RC)為50％(轉(zhuǎn)化的苯甲醛摩爾數(shù)與初始苯甲醛摩爾數(shù)相比)并且1-三氟甲基苯甲醇的實際產(chǎn)率為20％。實施例2如實施例1反應(yīng)在三氟乙酸鉀和苯甲醛間進行，其中DMF被NMP(N-甲基吡咯烷酮)所代替。
7.6g的CF3CO2-K+(50mmol)和3.2g的苯甲醛(30mmol)溶于40gNMP中。
相對于三氟乙酸鉀，介質(zhì)的含水量小于4mol％。
混合物在140℃下加熱3小時另30分鐘。
反應(yīng)過程及反應(yīng)粗產(chǎn)品的檢測如實施例1。
苯甲醛的轉(zhuǎn)化率＝55％1-三氟甲基苯甲醇的產(chǎn)率＝15％實施例3如實施例1反應(yīng)在三氟乙酸鉀和苯甲醛間進行，其中DMF被乙腈所代替。2g的苯甲醛和4.75g的三氟乙酸鉀混合物溶解在25mlCH3CN中。
混合物在140℃下加熱3小時另30分鐘。
實施反應(yīng)過程并且檢測反應(yīng)粗產(chǎn)品之后，結(jié)果為苯甲醛的轉(zhuǎn)化率＝53％1-三氟甲基苯甲醇的產(chǎn)率＝2.5％這個反應(yīng)形成的主要產(chǎn)品是肉桂腈(Z和E異構(gòu)體)。
乙腈的陰離子和苯甲醛縮合，接下來脫水，形成了肉桂腈。
這個實施例表明所用的溶劑中必須不能含有過剩的酸性質(zhì)子。實施例4三氟乙酸鉀(5.05g，32.7mmol)和對氟代苯甲醛(2.5g，20.2mmol)在25mlDMF中進行反應(yīng)，反應(yīng)的條件和實施例1一樣。
混合物在140℃下加熱4小時。
反應(yīng)結(jié)束后，用氣相色譜(GC)檢測，結(jié)果為RC 對氟代苯甲醛的轉(zhuǎn)化率＝75％AY 1-三氟甲基(對氟苯甲基)醇的產(chǎn)率≤2％。
主產(chǎn)品相對應(yīng)于用對氟苯甲醛形成的中間產(chǎn)物三氟甲基甲醇鹽的加成物
該反應(yīng)表明，當使用含有許多活性官能團的親電子試劑時，可能會發(fā)生副反應(yīng)。實施些5.
由1.43g的CF3CO2-K+(9.44mmol)和0.55g的環(huán)己酮(5.6mmol)組成的混合物在6.4g的DMF中稀釋并加熱至140℃保持5小時另30分鐘。水解后GC分析反應(yīng)粗產(chǎn)物，結(jié)果為 形成的主產(chǎn)品相應(yīng)于環(huán)己酮與其自身的縮合并脫水后的產(chǎn)物 這個反應(yīng)表明當親電子試劑具有烯醇化功能時，可能會發(fā)生副反應(yīng)。實施例6三氟甲基乙酰苯和CF3CO2K的反應(yīng)CF3CO2-K+(0.87g；5.7mmol)和0.62g(3.56mmol)三氟甲基乙酰苯的混合物溶解在6.5g的DMF中加熱到140℃保持5小時另30分鐘。
冷卻并水解后，GC分析反應(yīng)介質(zhì)，結(jié)果為
以NMP代替DMP，可進行同樣的反應(yīng)。實施例7苯甲酸酐與三氟乙酸鉀之間的反應(yīng)在6.15g的NMP中將0.81g(5.32mmol)CF3CO2-K+和0.7g(3.1mmol)苯甲酸酐的混合物加熱至140℃保持5小時另30分鐘。水解后，對反應(yīng)介質(zhì)作GC分析，結(jié)果為RC ((ΦCO)2O)＝100％ 雙(三氟甲基)碳醇 來自于形成的中間產(chǎn)物三氟甲基乙酰苯的三氟甲基化作用 DMF降解產(chǎn)生N，N-二甲基胺，然后再和苯甲酸酐反應(yīng)形成N，N-二甲基苯甲酰胺
也可以在DMF中進行苯甲酸酐與三氟乙酸鉀之間的反應(yīng)。實施例8二苯二硫C6H5SSC6H5和CF3CO2-K+之間的反應(yīng)0.83g(5.46mmol)CF3CO2-K+和0.6g(2.75mmol)二苯二硫的混合物在6.2g的DMF中加熱至140℃保持6小時。
通過GC及19F NMR對反應(yīng)介質(zhì)分析，結(jié)果為RC (C6H5SSC6H5)＝67％AY (C6H5SCF3) ＝84％.
反應(yīng)也可以在NMP中經(jīng)同樣步驟進行。對照實施例如實施例8的反應(yīng)過程中額外再加入20mmol％的相對于起始CF3CO2-K+(5.46mmol)的CuI，二苯二硫的三氟甲基化反應(yīng)全部被抑制。實施例9二硫化雙(4-硝基苯)和CF3CO2-K+之間的反應(yīng)用0.82g(539mmol)CF3CO2-K+和0.83g(2.7mmol)二硫化雙(4-硝基苯)的混合物在7g的DMF中重復(fù)實施例8的反應(yīng)過程，得到的反應(yīng)粗產(chǎn)物中除了初始二硫化雙(4-硝基苯)外，還包含4-硝基硫代氟甲基苯 實施例10硫氰酸芐酯C6H5CH2SCN和CF3CO2-K+的反應(yīng)
0.67g(4.45mmol)CF3CO2-K+和0.42g(2.8mmol)硫氰酸芐酯的混合物在5g的DMF中在140℃下加熱3小時。
水解后，GC分析反應(yīng)粗產(chǎn)物，結(jié)果為RC(C6H5-CH2SCN)＝100％AY(C6H5-CH2SCF3)＝36％反應(yīng)在NMP中可以類似的方式進行。
權(quán)利要求
1.一種用來將取代二氟甲基基團接枝到至少含有一個親電子官能團的化合物上的親核試劑，其特征在于所說的試劑包括a)一種分子式為Ew-CF2-COOH的氟代羧酸，其中Ew表示一種吸電子原子或基團，這個氟代羧酸和有機陽離子或無機陽離子至少部分成鹽，以及b)一種極性非質(zhì)子傳遞溶劑；并且試劑中的各種組分包括其雜質(zhì)所攜帶著的可釋放性質(zhì)子的含量至多等于所說氟代羧酸的初始摩爾濃度的一半。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的試劑，其特征在于所說的極性非質(zhì)子傳遞溶劑是一種至少含有一個親電子官能團的化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的試劑，其特征在于所說的質(zhì)子的含量至多等于所說氟代羧酸鹽的起始摩爾濃度的10％。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的試劑，其特征在于水含量小于所說氟代羧酸的摩爾濃度的10％。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的試劑，其特征在于至少具有兩個穩(wěn)定價鍵狀態(tài)的過渡元素的含量相對于所說的氟代羧酸鹽而言小于1000molppm。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的試劑，其特征在于相對于所說的氟代羧酸鹽而言，來自于元素周期表第VIII族的元素的含量小于100mol ppm。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的試劑，其特征在于離子型氟化物的用當量表示的含量，至多等于所說氟代羧酸鹽的初始摩爾濃度。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的試劑，其特征在于所說的極性非質(zhì)子傳遞溶劑的給體數(shù)在10至30之間。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的試劑，其特征在于所說的溶劑的受體數(shù)小于20。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的試劑，其特征在于相應(yīng)于所說的溶劑電離第一個氫離子的的pKa至少等于20。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的試劑，其特征在于它包括具有螯合作用的冠醚。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的試劑，其特征在于所說的吸電子原子或基團選自其Hammett常數(shù)δp至少等于1的親電子基團。
13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的試劑，其特征在于所說的酸選自分子式(1)X-CF2-COOH的化合物，其中X表示鹵原子；以及分子式(2)R-G-CF2-COOH的化合物，其中R-G表示腈基基團或者是G表示 或-(CF2)n-，其中n等于或大于1，R表示一種有機或無機殘基。
14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的試劑，其特征在于所說的氟代羧酸或其鹽能夠完全溶解在試劑介質(zhì)中。
15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的試劑，其特征在于所說的羧酸鹽是一種堿金屬的鹽，其中這個堿金屬鹽選自鈉、鉀、銣、銫和鈁或者是季銨鹽。
16.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的試劑，其特征在于試劑中所說的溶劑選自N-二取代酰胺，包括四元取代脲和單取代內(nèi)酰胺、環(huán)狀或無環(huán)醚、以及芐氰。
17.一種含有二氟亞甲基基團的衍生物的合成方法，其特征在于該方法包括以下步驟a)將根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一權(quán)利要求的試劑和含有至少一個親電子官能團的化合物混合，并且b)加熱所得的混合物至100℃到200℃之間，保持1/2小時到一天。
18.一種含有二氟亞甲基基團的衍生物的合成方法，其特征在于該方法包括將根據(jù)權(quán)利要求2的試劑加熱至100℃到200℃之間，保持1/2小時到一天。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18的方法，其特征在于方法中所說的含有親電子官能團的化合物選自有機硫化合物的鹵或假鹵衍生物，特別是氧硫基鹵、亞硫?；u或磺?；u；二硫化物；硫氰酸鹽；和羰基化合物，特別是酮、醛、?；u、活化酯或酐。
20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一權(quán)利要求的方法，其特征在于所說的化合物至少含有一個不含有任何能被強堿去除的氫的親電子官能團。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種親核試劑，它能用來將取代二氟甲基基團接枝到至少含有一個親電子官能團的化合物上，其特征在于所說的試劑包括a)一種分子式為Ew-CFb)一種極性非質(zhì)子傳遞溶劑；并且試劑的各種組分包括其雜質(zhì)所攜帶著的可釋放性質(zhì)子的含量至多等于所說氟代羧酸的初始摩爾濃度的一半。一種用該試劑通過加熱使取代二氟甲基基團接枝到各種化合物上的合成方法。
文檔編號C07C49/613GK1137508SQ9610575
公開日1996年12月11日 申請日期1996年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月24日
發(fā)明者G·弗里特, J·M·馬斯, L·圣-加米斯 申請人:羅納·布朗克化學(xué)公司