本發(fā)明屬于催化有機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種MnO₂催化芳烴或雜環(huán)芳烴三氟甲基化的方法。

背景技術(shù)：

由于均相催化劑在使用時(shí)存在催化劑難以回收、藥劑費(fèi)用高、引入雜質(zhì)等問(wèn)題，所以非均相催化劑的使用備受關(guān)注。

二氧化錳是一種顏色為棕黑色或黑色的金屬錳化合物，是處中間價(jià)態(tài)的正四價(jià)，同時(shí)具有氧化性和還原性?xún)芍匦再|(zhì)，而且在堿性條件下容易被氧化成六價(jià)錳，在酸性條件下則可以還原成二價(jià)錳。二氧化錳是一種環(huán)境友好廉價(jià)易得的過(guò)渡金屬氧化物，具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，使它在材料領(lǐng)域占有重要的地位，在催化反應(yīng)，電化學(xué)，分子吸附，磁學(xué)，光學(xué)，生物傳感器等領(lǐng)域展示了廣闊的應(yīng)用前景。

三氟甲基（-CF₃）具有獨(dú)特的化學(xué)性能及生物活性，將其引入到有機(jī)化合物中可以顯著地改變?cè)摶衔锏呐紭O矩、極性、親脂性以及化學(xué)和代謝穩(wěn)定性。因此不斷尋求有效的三氟甲基化合物合成方法，成為氟化學(xué)領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。其中，通過(guò)產(chǎn)生三氟甲基自由基形成碳碳鍵是三氟甲基化的重要策略?？紤]二氧化錳的催化特性，試圖將二氧化錳引入到三氟甲基化反應(yīng)中。目前將二氧化錳應(yīng)用到三氟甲基化反應(yīng)的不多，該文章中二氧化錳體系也不是主要反應(yīng)體系。我們以二氧化錳為催化劑，實(shí)現(xiàn)了對(duì)芳烴及雜環(huán)化合物的三氟甲基化，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了深入的探究。

由于氟原子較小的原子尺寸與強(qiáng)的電負(fù)性，向有機(jī)分子中引入氟原子可以顯著改變分子的物理化學(xué)性質(zhì)和生物化學(xué)性質(zhì)，如增大分子的極性，提高分子的脂溶性，增強(qiáng)分子在生物體新陳代謝過(guò)程中的穩(wěn)定性等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前有30%的農(nóng)業(yè)化學(xué)品和20%的藥物中至少含有一個(gè)氟原子。天然的含氟有機(jī)物極少，大多數(shù)的含氟有機(jī)物需要人為引入氟原子。三氟甲基化作為一種向有機(jī)分子中引入氟原子的有效方式被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥，農(nóng)業(yè)化學(xué)品等的生產(chǎn)。含三氟甲基的藥物有很多，如用來(lái)治療關(guān)節(jié)炎的新藥塞來(lái)昔布，抗艾滋藥物依法韋侖，治療糖尿病的特效藥捷諾維等。

工業(yè)上生產(chǎn)三氟甲苯常用的方法是Swarts 方法，即先將甲苯氯化得到三氯甲苯，再用路易斯酸三氟化銻或者氫氟酸將三氯甲苯氟化得到三氟甲芳烴或雜環(huán)芳烴。該方法步驟繁多，環(huán)境污染大。近些年來(lái)，苯的三氟甲基化研究有了較大發(fā)展。按照反應(yīng)的底物不同，可以將反應(yīng)方法大致分為兩類(lèi)，第一種是C-X鍵的三氟甲基化（X=Cl、Br、I、B(OH)₂）,第二種是C-H鍵的直接三氟甲基化。雖然以Cu、Ag、Pd等催化劑為代表的C-X三氟甲基化反應(yīng)體系具有選擇性好，產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)，但是需要預(yù)先對(duì)C-H鍵進(jìn)行功能化，使其轉(zhuǎn)化成C-X鍵。從簡(jiǎn)化反應(yīng)步驟，綠色化學(xué)，原子經(jīng)濟(jì)性等角度，直接C-H鍵的三氟甲基化更符合現(xiàn)代化學(xué)的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種MnO₂催化芳烴或雜環(huán)芳烴三氟甲基化的有機(jī)合成方法，其體系簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、成本低，解決了目前工業(yè)上制備存在的高污染、高成本的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種MnO₂催化芳烴或雜環(huán)芳烴三氟甲基化的方法，是以二氧化錳作為催化劑，三氟甲烷亞磺酸鈉（CF₃SO₂Na-Langlois試劑）作為三氟甲基的來(lái)源，乙腈為溶劑，在低溫常壓條件下催化芳烴或雜環(huán)芳烴三氟甲基化。

其具體包括如下步驟：

1）將0.1~0.2mmol二氧化錳和0.2~0.5mmol三氟甲烷亞磺酸鈉于反應(yīng)器中混合后，加入1~5mL乙腈和0.5~1mL芳烴或雜環(huán)芳烴；

2）將該反應(yīng)器放入超聲波清洗機(jī)中超聲處理30s后，將反應(yīng)器連接空氣氣球，置于集熱式恒溫磁力攪拌器中50℃反應(yīng)24h。

所述超聲處理的頻率為40-60KHz。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）本發(fā)明采用二氧化錳為催化劑進(jìn)行低溫催化，使芳烴或雜環(huán)芳烴的三氟甲基化反應(yīng)在較溫和、較低的溫度（<60℃）條件下即可進(jìn)行，且反應(yīng)后的二氧化錳環(huán)境友好廉價(jià)易得，不僅降低了成本，也更加環(huán)保。

（2）本發(fā)明采用非均相反應(yīng)體系，反應(yīng)條件溫和，可有效避免目前工業(yè)三氟甲基化反應(yīng)中使用強(qiáng)酸、重金屬帶來(lái)的污染。

（3）本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單易行，具有很好的重復(fù)性，且反應(yīng)過(guò)程簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境友好，有利于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，適于推廣應(yīng)用。

（4）本發(fā)明方法可用于對(duì)具有生物活性、藥物活性的有機(jī)化合物進(jìn)行三氟甲基修飾，具有良好的實(shí)際應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1反應(yīng)后分離測(cè)得三氟甲苯純品¹⁹F NMR圖譜。

圖2為實(shí)施例2三氟甲烷亞磺酸鈉熱重測(cè)試。

圖3為實(shí)施例3以底物苯為例不同溫度對(duì)三氟甲苯產(chǎn)率的變化關(guān)系圖。

圖4為實(shí)施例4以底物苯為例不同反應(yīng)時(shí)間與三氟甲苯產(chǎn)率的變化關(guān)系圖。

圖5為實(shí)施例5所得以三氟甲氧基苯為內(nèi)標(biāo)物測(cè)得三氟甲芳烴或雜環(huán)芳烴的核磁¹⁹F NMR產(chǎn)率。

圖6為實(shí)施例6反應(yīng)過(guò)程中捕獲的中間產(chǎn)物三氟甲基自由基的ESR圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所述的內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明，但是本發(fā)明不僅限于此。

實(shí)施例1（底物以苯為例）

（1）稱(chēng)取0.2mmol二氧化錳作為催化劑，0.5mmol三氟甲烷亞磺酸鈉作為三氟甲基源，于反應(yīng)器中混合后，加入1mL乙腈為溶劑及0.5mL反應(yīng)物苯，封上封口膜；

（2）將該反應(yīng)器放入超聲波清洗機(jī)中50KHz超聲處理30s后，將反應(yīng)器連接空氣氣球，置于集熱式恒溫磁力攪拌器中50℃反應(yīng)24h；

（3）反應(yīng)完全后離心，將上清液過(guò)柱分離得到純凈的三氟甲苯后測(cè)得¹⁹F NMR圖譜（見(jiàn)圖1）。

實(shí)施例2（底物以苯為例）

（1）稱(chēng)取0.2mmol二氧化錳作為催化劑，0.5mmol三氟甲烷亞磺酸鈉作為三氟甲基源，于反應(yīng)器中混合后，加入1mL乙腈為溶劑及0.5mL苯，封上封口膜；

（2）將該反應(yīng)器放入超聲波清洗機(jī)中50KHz超聲處理30s后，將反應(yīng)器連接空氣氣球，置于集熱式恒溫磁力攪拌器中反應(yīng)24h，溫度分別為25℃,40℃,50℃,60℃；

（3）反應(yīng)完全后離心，將上清液用GC（產(chǎn)物量已標(biāo)定）檢測(cè)；

結(jié)果顯示（見(jiàn)圖2），隨著反應(yīng)溫度升高產(chǎn)率逐漸升高，但并不是無(wú)限的升高，在50℃達(dá)到最高。

實(shí)施例3

（1）分別稱(chēng)取10-20mg三氟甲烷亞磺酸鈉記為1，2，在空氣和氮?dú)夥諊逻M(jìn)行熱重測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3中的曲線1,2；

（2）稱(chēng)取10mg三氟甲烷亞磺酸鈉和10mg二氧化錳的混合物在空氣氛圍下進(jìn)行熱重測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖3中的曲線3；

（3）測(cè)試結(jié)果表明三氟甲基源三氟甲烷亞磺酸鈉的分解溫度為150-190℃遠(yuǎn)大于反應(yīng)所需要的溫度50℃。

實(shí)施例4（底物以苯為例）

（1）稱(chēng)取0.2mmol二氧化錳作為催化劑，0.5mmol三氟甲烷亞磺酸鈉作為三氟甲基源，于反應(yīng)器中混合后，加入1mL乙腈為溶劑及0.5mL底物苯，封上封口膜；

（2）將該反應(yīng)器放入超聲波清洗機(jī)中50KHz超聲處理30s后，將反應(yīng)器連接空氣氣球，置于集熱式恒溫磁力攪拌器中50℃分別反應(yīng)6、12、18、24h。

由不同反應(yīng)時(shí)間與三氟甲苯產(chǎn)率的變化關(guān)系圖（見(jiàn)圖4）可以看出，隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，三氟甲苯產(chǎn)率提高。

實(shí)施例5

（1）稱(chēng)取0.2mmol二氧化錳作為催化劑，0.5mmol三氟甲烷亞磺酸鈉作為三氟甲基源，于反應(yīng)器中混合后，加入1mL乙腈為溶劑及0.5mL反應(yīng)物芳烴和雜環(huán)芳烴，封上封口膜；

（2）將該反應(yīng)器放入超聲波清洗機(jī)中50KHz超聲處理30s后，將反應(yīng)器連接空氣氣球，置于集熱式恒溫磁力攪拌器中50℃反應(yīng)24h；

（3）反應(yīng)完全后離心，取0.7mL上清液和10uL三氟甲氧基苯（內(nèi)標(biāo)）混合均勻后加入到核磁管中，測(cè)得各產(chǎn)物的¹⁹F NMR圖譜如圖5，得到氟譜產(chǎn)率。

實(shí)施例6

（1）稱(chēng)取0.1mmol二氧化錳作為催化劑，0.2mmol三氟甲烷亞磺酸鈉作為三氟甲基源，于離心管中混合后，加入1mL乙腈，并標(biāo)為A；

（2）稱(chēng)取1mg 2-甲基-2-亞硝基丙烷二聚物（MNP）于離心管中，加入1mL乙腈，并標(biāo)為B；

（3）取0.5mL B于A中，加熱2h后由電子順磁共振（ESR）測(cè)定三氟甲基的自由基，結(jié)果見(jiàn)圖6。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。