專利名稱：引入氟取代基的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將氟取代基引入有機(jī)基體中的方法，更進(jìn)一步地說(shuō)，本發(fā)明涉及引入全氟烷基基團(tuán)和/或全氟酰氧基基團(tuán)的方法。
氟化化合物值得用于許多化工領(lǐng)域，例如染料，聚合物、藥物以及農(nóng)用化學(xué)。氟化取代基的存在常常會(huì)對(duì)化合物的性能具有明顯影響，舉例來(lái)說(shuō)，三氟甲基基團(tuán)由于產(chǎn)生較高的親脂性以及該基團(tuán)較高的負(fù)電性而明顯改變了生理活性分子的性能。
為了引入氟取代基，特別是全氟烷基化，人們已經(jīng)提出了多種不同的方法及試劑。舉例來(lái)說(shuō)，在工業(yè)規(guī)模上，可以通過(guò)首先使一種甲基芳香族化合物，如甲苯，三氯化，而后在高壓及高溫下使之與氟化氫反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)三氟甲基化過(guò)程。該方法存在許多缺點(diǎn)，包括需要處理有毒和腐蝕性氣體氯氣以及氟化氫，需要高壓設(shè)備，而且該芳香族化合物應(yīng)該沒有其它烷基取代基，以避免產(chǎn)生不需要的氯化及氟化付產(chǎn)品。
人們已經(jīng)提出了光化學(xué)方法，該方法采用多種試劑，包括碘三氟甲烷和溴三氟甲烷，例如在Bir Chall等人的Perkin Trans，II，1975，P435和Akijana的Bull.Chem.Soc.Jpn.，1988，61，P 3531中。這兩種試劑的缺點(diǎn)在于都是氣體，因此也就難以操作。它們常常還需要在加壓下反應(yīng)以到達(dá)令人滿意的結(jié)果，這會(huì)使該工藝成本增加。其它被提出的試劑包括重金屬二(三氟甲基)化合物，如二(三氟甲基)汞，和二(三氟甲基)碲，例如在Cech等人的Nucleic Acids Symp.Serv.1981，9，P29和Naumann的J.Fluorine Chem.，1990，47，P283中。這些其它試劑的缺點(diǎn)在于會(huì)留下有毒的重金屬殘余物，這些殘余物處理起來(lái)既困難又費(fèi)錢。其它一些試劑包括重氮氟甲烷，和N-三氟甲基-N-硝基磺酰胺，例如，如在Stefani的J.Am，Chem.Soc.，1962，84，3661和Umemeto的Tetrahedron Lett.，1982，23，3929中所述。這些其它試劑的缺點(diǎn)在于它們是相當(dāng)昂貴的有機(jī)試劑，并且其合成復(fù)雜。而且，它們的制備過(guò)程通常要采用氣相試劑，如碘三氟甲烷。
人們還提出了電化學(xué)方法，通常該方法采用部分中和的三氟乙酸溶液，例如參見Uttley等人的Eletrochem.Acta.1976，21，P987。工業(yè)規(guī)模的電化學(xué)方法通常要承受所用能源的高成本代價(jià)。
其它三氟甲基化過(guò)程的方法包括在溴三氟甲烷和鋅/二氧化硫或二硫代硫酸鈉之間起反應(yīng)，例如在Tordeux等人的J.Chem.Soc.，Perkin Trans.1，1990，P 2293中所述的那些方法。該方法的缺陷在于要處理氣態(tài)試劑。人們還提出在二氟化氙和三氟乙酸之間進(jìn)行反應(yīng)，例如在Tanabe等人的J.Org.Chem.，1988，53，4582中，但這種方法的缺點(diǎn)在于采用二氟化氙，該物質(zhì)是一種腐蝕性強(qiáng)的氟化試劑，它容易升華，因此需要在真空下進(jìn)行操作。人們提出的一種別的方法包括在亞磺酸三氟甲酯和叔-丁基過(guò)氧化氫之間起反應(yīng)，例如在Wakselman等人的J.Chem.Soc.，Chem.Comm.，1987，1701中。人們還提出用二(全氟?；?過(guò)氧化物作為試劑，用于將全氟烷基基團(tuán)引入有機(jī)基體中，例如在Yoshida等人的J.Chem.Soc.Perkin.Trans.1，1989，909中；在Gumprecht等人的J.Fluorine Chemistry，5(1975)PP 245-263中；在Zhao等人的J.Org，Chem.1983，48，4808-4910中；在歐洲專利申請(qǐng)0155093中；在日本專利申請(qǐng)JO 1230564，JO1233231和JO4352769中；在Sawada等人的J.FluorineChmeistry，46(1990)p 423-431中；在Mitani等人的PolymerJournal，Vol22，No.7，P623-627(1990)中；在Matsui等人的JFluorine Chemistry，57(1992)209-217中；在Sawada所寫的章節(jié)的Reviews on Heteroatom Chemistry，Vol 8，P205-231(1993)，編輯Ohno和Okuyama中。在這些對(duì)比文獻(xiàn)中，二(全氟?；?過(guò)氧化物在第一反應(yīng)中制得，任選地是通過(guò)在一種無(wú)機(jī)過(guò)氧化物和一種全氟酰基鹵化物或酐之間的反應(yīng)而制得的。為了避免使?；^(guò)氧化物失穩(wěn)，是在極低的溫度下，通常是在0至-10℃下進(jìn)行該制備反應(yīng)。在第二個(gè)分開的后續(xù)階段中進(jìn)行該?；^(guò)氧化物和有機(jī)基體之間的反應(yīng)。盡管Zhao等人，歐州專利申請(qǐng)0155093和日本專利申請(qǐng)J01230564指出可以采用0℃溫度，但第二步反應(yīng)通常采用明顯比制備?；^(guò)氧化物時(shí)所用溫度高的溫度，一般為40-55℃。這些文獻(xiàn)中沒有一篇指出用一步法將全氟取代基引入有機(jī)基體中。而Wakselman的方法以及采用二(三氟乙?；?過(guò)氧化物的那些方法均包括對(duì)隔離的有機(jī)過(guò)氧化物(帶有與它們有關(guān)的、廣為人知的、危險(xiǎn)特性)進(jìn)行處理。
與現(xiàn)有技術(shù)中的與全氟烷基化工藝有關(guān)的問題已廣為人知，例如參見Kobayashi等人的評(píng)論，Journal of FluorineChemistry，1986，32，P467。因此，人們需要找到另一種方法來(lái)將全氟烷基取代基引入有機(jī)基體中。
常用的引入全氟酰氧基基團(tuán)的一種方法包括通過(guò)與一種全氟酰氧酐或氯化物起反應(yīng)而將一種羥基基團(tuán)，如苯酚衍生化，例如Strazzolini等人在J.Org.Chem.，1988，53，P3321中所述的方法。這些方法的缺點(diǎn)在于由于它們需要在分開的工藝步驟中引入羥基，故它們不能方便地運(yùn)用到不包括羥基基團(tuán)的化合物，如烷基芳香族化合物，上。引入全氟酰氧基基團(tuán)的另一種方法采用重金屬催化劑，例如Dicosimo等人在J.Org Chem.，1986，51，PP1365-7中所述的方法。這些方法由于重金屬的不良毒性及環(huán)境特點(diǎn)而存在缺點(diǎn)。日本專利申請(qǐng)JP 04082860公開了一種將全氟酰氧基取代基引入到某些有機(jī)化合物的側(cè)鏈中的方法，該方法采用一種隔離的二(全氟酰基)過(guò)氧化物。這種方法需要處理隔離的帶有與它們有關(guān)的廣為人知的危害性能的有機(jī)酰基過(guò)氧化物。因此，人們希望找到另一種將全氟酰氧基取代基引入有機(jī)基體的方法。
由于與將全氟化取代基引入有機(jī)基體的現(xiàn)有工藝有關(guān)的問題，人們?nèi)匀幌Ｍ业搅硪环N和更進(jìn)一步的方法，用來(lái)將全氟取代基引入有機(jī)基體中。
本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供另外一種將全氟烷基基團(tuán)和/或全氟酰氧基基團(tuán)引入某些有機(jī)基體的方法，它避免或改善了與現(xiàn)有方法有關(guān)的一個(gè)或多個(gè)問題，特別是提供一種單步驟工藝，它無(wú)需處理隔離的二(全氟?；?過(guò)氧化物。
從另一方面看，本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種將全氟化的取代基引入某些有機(jī)基體的方法，在該方法中，通過(guò)控制工藝條件相對(duì)于全氟酰氧化程度，可以改變?nèi)跬榛潭取?br> 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，它提供了一種用于將全氟化的取代基引入易受親電子攻擊的有機(jī)基體中的一步方法，其特征在于該基體沒有任何與氫原子結(jié)合的雜原子，并且選自含有一個(gè)與芳香環(huán)結(jié)合的氫原子和/或至少兩個(gè)串聯(lián)親核雜原子的芳香族化合物和至少含有兩個(gè)串聯(lián)親核雜原子的脂肪族化合物，并且其特征在于該方法包括在高于10℃的溫度下在一種無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物的存在下將該基體與一種全氟鏈烷酸酐接觸。
本發(fā)明的方法可用于將全氟取代基引入易受親電子攻擊并且沒有與氫原子結(jié)合的雜原子的有機(jī)脂肪族和芳香族化合物中。當(dāng)該基體提芳香族化合物時(shí)，該基體含有至少一個(gè)與芳香環(huán)結(jié)合的氫原子和/或至少兩個(gè)串聯(lián)親核雜原子，特別是一種二硫化物基團(tuán)。可以明白優(yōu)選地該芳香族化合物不能由于強(qiáng)吸電子基團(tuán)，如與其相連的硝基基團(tuán)的存在而高度減活。并非要受到任何理論的限制，可以認(rèn)為本發(fā)明的方法是通過(guò)當(dāng)場(chǎng)形成全氟?；^(guò)氧化物基團(tuán)，而后由基體形成陽(yáng)離子基團(tuán)而進(jìn)行的。有利的是，本發(fā)明的方法提供了單步或一步引入全氟化的取代基的方法。出人意料的是這種方法可以成功地得到實(shí)施，產(chǎn)生低濃度的能形成的任何過(guò)氧化物基團(tuán)。這些基團(tuán)的穩(wěn)定性差，并且可以在該有機(jī)基體和無(wú)機(jī)過(guò)氧化物源之間發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。熟練人員可以將本發(fā)明的方法運(yùn)用到與在所有其它使用全氟酰基過(guò)氧化物基團(tuán)的方法(如在前面所述的由Yoshida所公開的方法)中可用的那些基體類似的芳香族基體上。
本發(fā)明的方法有多種方案經(jīng)發(fā)現(xiàn)特別適用于氣相電離電勢(shì)(利用Moore的方法測(cè)定，“Ionisation potentials andIonisation Limits derived from Analysis ofOptical Spectro，”Stand.Ref.Data Ser.，Nat.Bur.Stand.(US)No.34，1970)低于9.5電子伏特，優(yōu)選地低于9電子伏特的芳香族基體。電離電勢(shì)為9.5或更高的芳香族基體也可以使用，但其產(chǎn)量較低。芳香族基體的例子包括被烷基取代的芳香族化合物，如烷基苯，特別是甲苯，二甲苯，乙苯；被鹵素取代的芳香族化合物，特別是氯和溴苯；被芳基取代的芳香族化合物，特別是聯(lián)二苯；被烷氧基取代的芳香族化合物，如烷氧基苯，特別是苯甲醚，芳香酮，包括二苯酮，苯乙酮，多芳香環(huán)化合物，如萘和菲；偶氮化合物，包括偶氮苯；雜芳香物，包括四氫呋喃，四氫噻吩和吖啶；芳香族二硫化物，如二硫化苯，2，2′-二硫二吡啶和苯并二硫羥，特別是3H-1，2-苯并二硫羥-3-酮；以及芳香族硫化物，包括苯并噻唑。當(dāng)該基體是脂肪族化合物時(shí)，該基體由至少兩個(gè)串聯(lián)的親核雜原子，特別是一種二硫化物基團(tuán)組成。脂肪族基體的例子包括烷基二硫化物，如丙基二硫化物和丁基二硫化物和硫辛酸。
可以用于本發(fā)明方法中的無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物包括無(wú)機(jī)過(guò)酸鹽，如過(guò)碳酸鈉，過(guò)硼酸鈉的一水和四水合物，金屬過(guò)氧化物，如過(guò)氧化鈣，和過(guò)硫酸鹽，如單過(guò)硫酸鉀。更進(jìn)一步的無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物包括過(guò)氧化氫水溶液，其中包括過(guò)氧化氫水溶液和無(wú)機(jī)鹽，如碳酸鈉或硼砂的混合物?？梢悦靼椎氖侨溚樗狒梢运猓虼?，過(guò)量的水將會(huì)影響本發(fā)明的方法的效果。當(dāng)采用過(guò)氧化氫水溶液時(shí)，最好該溶液是濃溶液，通常它至少由65％(重量)的過(guò)氧化氫，優(yōu)選地至少由80％(重量)的過(guò)氧化氫組成，以減少所引入的水量。術(shù)語(yǔ)“無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物”在這里還包括無(wú)機(jī)過(guò)氧化物源，例如過(guò)氧化氫加成產(chǎn)物，如脲-過(guò)氧化氫，三苯膦氧化物-過(guò)氧化氫和胺氧化物-過(guò)氧化氫加成物。
可以明白的是除了所使用的條件外，該基體的性質(zhì)和該無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物的性能將影響利用本發(fā)明方法所達(dá)到的引入全氟取代基的性能及程度。這正是本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)檎J(rèn)真地選擇合適的基體和條件，熟練人員可以有針對(duì)性地控制所發(fā)生的引入全氟取代基的性能。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)該基體是芳香族或脂肪族二硫化物時(shí)，可以認(rèn)為該全氟化產(chǎn)物優(yōu)選地是通過(guò)斷裂二硫鍵而后使硫原子全氟烷基化而產(chǎn)生的產(chǎn)物。
當(dāng)該基體是除了二硫化物以外的芳香族化合物時(shí)，全氟取代基的性能將取決于工藝溫度及所用的無(wú)機(jī)過(guò)氧化物。在位于本發(fā)明方法的溫度范圍的下端溫度的溫度下，如從10℃至35℃，與在溫度范圍上端工藝溫度下，如高于40℃，特別是從45℃至80℃相比，通常獲得較高的全氟酰氧化比例和較低的全氟烷基化比例。
該趨向該溫度范圍較高端的溫度下，已發(fā)現(xiàn)選擇過(guò)氧化鈣或含水過(guò)氧化氫和碳酸鈉的混合物作為無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物會(huì)使全氟乙酰氧基化過(guò)程更具選擇性，而選擇過(guò)硼酸鈉四水合物和過(guò)氧化氫水溶液作為無(wú)機(jī)過(guò)氧化物會(huì)使全氟烷基化過(guò)程更具選擇性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)選擇過(guò)碳酸鈉作為無(wú)機(jī)過(guò)氧化物在趨向該溫度范圍較低端的溫度下會(huì)使全氟乙酰氧基化過(guò)程更具選擇性，而在朝著該溫度范圍較高端的溫度下則會(huì)使全氟烷基化過(guò)程更具選擇性。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，它提供了用于使易受親電子攻擊的無(wú)機(jī)基體全氟烷基化的一步方法，其特征在于該基體沒有任何與氫原子結(jié)合的雜原子，并且選自含有一個(gè)與一個(gè)芳香環(huán)結(jié)合的氫原子和/或至少兩個(gè)串聯(lián)親核雜原子的芳香族化合物，和至少含有兩個(gè)串聯(lián)親核雜原子的脂肪族化合物，并且其特征在于該方法包括在高于45℃的溫度和過(guò)碳酸鈉的存在下將該基體與一種全氟鏈烷酸酐相接觸。
可以用于本發(fā)明方法中的氟鏈烷酸酐包括全氟鏈烷酸酐，特別是三氟乙酸酐，全氟丙酸酐，全氟丁酸酐，全氟戊酸酐，全氟已酸酐和全氟庚酸酐，優(yōu)選地，該全氟鏈烷酸酐是三氟乙酸酐。
全氟鏈烷酸酐與無(wú)機(jī)過(guò)氧化物的摩爾比通常選擇高于1∶1，一般低于15∶1，優(yōu)選的比率為2∶1-10∶1。
在本發(fā)明方法的多個(gè)方案中，該基體起著溶劑的作用。但是，本發(fā)明的方法如果需要可以在另一種溶劑的存在下進(jìn)行。由于在上述機(jī)理中假定會(huì)有基團(tuán)參與，最好所使用的附加溶劑能抵抗基團(tuán)的攻擊。合適的附加溶劑的例子包括氯氟碳化物，但由于它們的環(huán)境性能較差，故使用氯氟碳化物常常不好。
當(dāng)采用附加的溶劑時(shí)，基體與無(wú)機(jī)過(guò)氧化物的相對(duì)數(shù)量通常應(yīng)選擇成使基體與有效氧的摩爾比為1∶1-6∶1，通常為2∶1-4∶1。
當(dāng)該基體用作溶劑時(shí)，基體與無(wú)機(jī)過(guò)氧化物的相對(duì)數(shù)量通常應(yīng)選擇成使基體與有效氧的摩爾比為10∶1-50∶1，通常為12∶1-30∶1，優(yōu)選地為15∶1-25∶1。
在本發(fā)明的方法中，可以向其它試劑的混合物中加入全氟鏈烷酸酐或基體。但是，優(yōu)選地是將該無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物加入到基體和全氟鏈烷酸酐的混合物中，這是因?yàn)檫@樣可以在該加入過(guò)程中的任何預(yù)定時(shí)刻降低過(guò)氧化物與有機(jī)化合物的比例。該無(wú)機(jī)過(guò)氧化物可以在一次加料中加入，但是為了在該加入過(guò)程中的任何預(yù)定時(shí)刻使用較低的過(guò)氧化合物對(duì)有機(jī)化合物的比率，通常最好在整個(gè)加料期間加入無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物，既可以在該加料期間以一定間隔加料，也可以連續(xù)加料。當(dāng)該無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物由過(guò)碳酸鈉組成時(shí)，在整個(gè)加料期間加入無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物將是有益的，這是因?yàn)樵谡麄€(gè)加料期間加料可以對(duì)可能發(fā)生的任何沸騰進(jìn)行一些控制。隨該工藝用戶的自行選擇加料期可以作較大改變，但是在本發(fā)明的多個(gè)方案中，加料期可以選擇在5分鐘至幾小時(shí)，如直到4小時(shí)，特別是從10分鐘至2小時(shí)。在本發(fā)明的一些方案中，無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物的加入可以在與反應(yīng)溫度不同的溫度下，通常是較低的溫度下進(jìn)行，在加料完成時(shí)再使溫度變回到所需的反應(yīng)溫度。
包括引入無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物的期間在內(nèi)的總反應(yīng)期間通常為約2-12小時(shí)，而在許多例子中則為約3-8小時(shí)，但是如果用戶要求，也可以采用較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，如12-30小時(shí)。在所需的反應(yīng)期間完成后，可以將產(chǎn)物從反應(yīng)混合物中分離，而不必對(duì)該反應(yīng)介質(zhì)作任何冷卻。但是在多個(gè)方案中，通過(guò)使反應(yīng)混合物冷卻，一般冷卻至室溫或者進(jìn)行冷卻使該反應(yīng)混合物快速冷卻而能終止該反應(yīng)。
本發(fā)明方法的產(chǎn)物可以通過(guò)適合于該產(chǎn)物的物理形式的手段而與反應(yīng)介質(zhì)分離。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)該產(chǎn)物是固體時(shí)，可以通過(guò)過(guò)濾或離心而獲得產(chǎn)物。當(dāng)該產(chǎn)物是一種液體，或者以在反應(yīng)介質(zhì)中的溶液形式存在時(shí)，則可以通過(guò)溶液萃取，任選地而后再將萃取溶劑干燥并蒸發(fā)，而獲得產(chǎn)物。如果需要，可以將萃取溶劑回收并用于下一步萃取中。當(dāng)產(chǎn)物是液體時(shí)，另一種將產(chǎn)物從反應(yīng)介質(zhì)中分離的方法包括蒸餾(任選地在減壓下)，包括蒸汽蒸餾。
本發(fā)明的方法可以在輻射下，特別是在紫外光輻射下進(jìn)行，在一些方案中，輻射有助于形成游離基團(tuán)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，它提供了一種使基體三氟甲基化一步化的方法，所述基體選自烷基苯、鹵代芳香族化合物，烷氧基苯，芳基苯，以及芳香族和脂肪族二硫化物，該方法的特征在于它包括在高于40℃的溫度和過(guò)碳酸鈉的存在下將基體與三氟乙酸酐相接觸。
有利的是，本發(fā)明的三氟甲基化方法所采用的三氟乙酸酐與過(guò)碳酸鈉的摩爾比高于3∶1，特別是從6∶1-10∶1。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)優(yōu)選方面，它提供了用于將選自烷基苯和烷氧基苯的基體三氟乙酰氧基化的一步化方法，其特征在于該方法包括在低于35℃的溫度和過(guò)碳酸鈉的存在下將基體與三氟乙酸酐相接觸。
已經(jīng)從整體上描述了本發(fā)明，其特定的實(shí)施方案將借助于實(shí)施例作詳細(xì)描述，在這些例子中，所有產(chǎn)率均是以所采用的有效氧(Avox)為基礎(chǔ)的。
例1向配有冷凝器的100ml 3-頸燒瓶中加入三氟乙酸(“TFAA”，4.28g，0.02mol)和甲苯(10ml，0.09摩爾)，將該混合物加熱到50℃，而后在10分鐘內(nèi)加入過(guò)碳酸鈉(“PCS”，0.6g，Avox13.65％，0.005摩爾H2O2)。在完成PCS加料后，將反應(yīng)混合物加熱到70℃，并在該溫度下保持4小時(shí)，將反應(yīng)混合物冷卻至室溫。而后完成反應(yīng)，加入二氯甲烷(30ml)和聯(lián)苯(作為氣體色譜的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，0.15g)，而后再加入氫氧化鈉水溶液(3％w/w，20ml)攪拌該混合物30分鐘，并將二氯甲烷層分離掉，用兩份20ml軟化水沖洗該二氯甲烷層并在MgSO4上干燥。將MgSO4過(guò)濾掉并用氣體色譜、氣體色譜-質(zhì)譜以及19F NMR分析二氯甲烷層。
三氟甲基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為55.7％，包括4-甲基三氟甲苯(15.1％)，3-甲基三氟甲苯(11.2％)以及2-甲基三氟甲苯(29.4％)。三氟乙酰氧基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為26.2％。
例2除了采用在30分鐘內(nèi)加入的40g甲苯(0.43mol)和42g TFAA(0.2mol)，6g PCS(0.05摩爾H2O2)以及將該反應(yīng)混合物加熱到55℃以外，重復(fù)例1的方法。除了采用100ml二氯甲烷和1.2g聯(lián)苯以外像例1所述的那樣完成反應(yīng)。
三氟甲基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為40％，包括4-甲基三氟甲苯(10.8％)，3-甲基三氟甲苯(8.0％)和2-甲基三氟甲苯(21.2％)。三氟乙酰氧基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為18％。
該結(jié)果證實(shí)例，例1的方法可以成功地大規(guī)模采用。
例3除了在10分鐘加料時(shí)間內(nèi)在50℃溫度下將TFAA(4.28g，0.02摩爾)加入到甲苯(10ml，0.09摩爾)和PCS(0.6g，0.005摩爾H2O2)的混合物中以外，采用例1所述的方法。
三氟甲基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為40.2％，包括4-甲苯三氟甲苯(10.9％)，3-甲基三氟甲苯(8.0％)，和2-甲基三氟甲苯(21.3％)，三氟乙酰氧基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為20.1％。
該結(jié)果證實(shí)全氟鏈烷酸酐可以成功地加入到基體和無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物的混合物中去。
例4除了采用8.56gTFAA(0.04摩爾)以及反應(yīng)溫度為55℃以外，重復(fù)例1所述的方法。
三氟甲基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為80％，包括4-甲基三氟甲苯(21.6％)，3-甲基三氟甲苯(16.0％)2-甲基三氟甲苯(42.4％)。三氟乙酰氧基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為19％。
該結(jié)果證明通過(guò)將全氟鏈烷酸酐對(duì)無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物的摩爾比率從4∶1增加到8∶1可以使三氟烷基化產(chǎn)物的產(chǎn)率增加。
例5除了采用10ml苯甲醚(0.09摩爾)代替甲苯以外，重復(fù)例1的方法。
三氟甲基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為43.5％，包括4-甲氧基三氟甲苯(10.9％)，3-甲氧基三氟甲苯(7.2％)和2-甲氧基三氟甲苯(25.4％)，沒有檢測(cè)到三氟乙酰氧基化產(chǎn)物。
該結(jié)果證明可以用本發(fā)明的方法使苯甲醚全氟烷基化，而在這些條件下，沒有發(fā)生全氟酰氧基化。
例6除了采用10ml溴苯(0.095摩爾)代替甲苯以外重復(fù)例1的方法。
三氟甲基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為34.6％，包括4-溴三氟甲苯(10.3％)，3-溴三氟甲苯(7.4％)，和2-溴三氟甲苯(16.9％)。沒有檢測(cè)到三氟乙酰氧基化產(chǎn)物。
該結(jié)果證實(shí)可以通過(guò)本發(fā)明的方法而使溴苯全氟烷基化，而在這些條件下，不會(huì)發(fā)生全氟乙酰氧基化。
例7除了采用8.56g TFAA(0.04摩爾)以外，重復(fù)例6的方法。
三氟甲基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為53.5％，包括4-溴三氟甲苯(14.8％)，3-溴三氟甲苯(12.3％)，以及2-溴三氟甲苯(26.4％)。沒有檢測(cè)到三氟乙酰氧基化產(chǎn)物。
該結(jié)果證實(shí)當(dāng)采用溴苯作為基體時(shí)，將全氟鏈烷酸酐對(duì)無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物的摩爾比從4∶1增加到8∶1增加了全氟烷基化產(chǎn)物的產(chǎn)率。
例8將0.6gPCS(0.005摩爾H2O2)裝入100ml圓底燒瓶中，并在冰水浴上冷卻到0-5℃，在10分鐘以內(nèi)加入TFAA(4.28g，0.02摩爾)，并且溫度保持在0-5℃的同時(shí)將混合物攪拌1小時(shí)。在15分鐘以內(nèi)向該混合物中加入10ml甲苯(0.09摩爾)，并將混合物加熱到70℃，在70℃下經(jīng)過(guò)4小時(shí)以后，將反應(yīng)混合物冷卻到室溫，利用和例1相同的方法完成該反應(yīng)。
三氟甲基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為40.4％，包括4-甲基三氟甲苯(11.1％)，3-甲基三氟甲苯(73％)和2-甲基三氟甲苯(22.0％)。三氟乙酰氧基產(chǎn)物的產(chǎn)率為40.4％。
該結(jié)果證實(shí)在本發(fā)明的方法中基體可以成功地加入到全氟鏈烷酸酐和無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物的混合物中。
例9除了采用1，4-二甲基苯(10ml，0.08摩爾)代替甲苯以外，重復(fù)例子8的方法。
2，4-二甲基三氟甲苯的產(chǎn)率為43.4％，三氟乙酰氧基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為43.4％。
該結(jié)果證明本發(fā)明的方法可以運(yùn)用到作為基體的1，4-二甲基苯上。
例10除了采用氯苯(10ml，0.098摩爾)代替甲苯以外重復(fù)例8的方法。
三氟甲基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為28.9％，包括4-氯三氟甲苯(8.7％)，和2-氯三氟甲苯(20.2％)。沒有檢測(cè)到三氟乙酰氧基化產(chǎn)物。
該結(jié)果證實(shí)可以通過(guò)本發(fā)明的方法使氯苯全氟烷基化，但在這些條件下，沒有發(fā)生全氟酰氧基化。
例11除了采用聯(lián)苯(5g，0.03摩爾)代替甲苯以外重復(fù)例8的方法。
三氟甲基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為16.4％4-3氟甲基聯(lián)苯，僅有微量2-3氟甲基聯(lián)苯。沒有檢測(cè)到三氟乙酰氧基化產(chǎn)物。
該結(jié)果證實(shí)可以通過(guò)本發(fā)明的方法使聯(lián)苯全氟烷基化，而在這些條件下，不會(huì)發(fā)生全氟酰氧基化。
例12除了采用過(guò)硼酸鈉-水合物(0.55g，0.005摩爾有效氧)代替過(guò)碳酸鈉以外重復(fù)例1的方法。
三氟甲基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為23.3％，包括4-甲基三氟甲苯(6.3％)，3-甲基三氟甲苯(4.7％)和2-甲基三氟甲苯(12.3％)。三氟乙酰氧基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為21.7％。
該結(jié)果證實(shí)過(guò)硼酸鈉-水合物在本發(fā)明的方法中可以用作無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物。
例13除了采用過(guò)氧化鈣(0.46g，0.005摩爾有效氧)代替過(guò)碳酸鈉外重復(fù)例1的方法。
三氟甲基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為15.7％，包括4-甲基三氟甲苯(4.2％)，3-甲基三氟甲苯(3.2％)，和2-甲基三氟甲苯(8.3％)。三氟乙酰氧基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為23.5％。
該結(jié)果證實(shí)過(guò)氧化鈣在本發(fā)明的方法中可以用作無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物，而在這些條件下有助于增加全氟酰氧基化(相對(duì)全氟烷基化)。
例14除例14采用0.2g 85％w/w過(guò)氧化氫水溶液和0.6g碳酸鈉代替過(guò)碳酸鈉以外，重復(fù)例1的方法。
三氟甲基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為15.9％，包括4-甲基三氟甲苯(4.3％)，3-甲基三氟甲苯(3.2％)和2-甲基三氟甲苯(8.4％)，三氟乙酰氧基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為26.9％。
該結(jié)果證實(shí)濃過(guò)氧化氫水溶液和碳酸鈉的混合物可以在本發(fā)明的方法中用作無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物，而在這些條件下則有助于增加全氟酰氧基化(相對(duì)全氟烷基化)。
例15除了采用二硫二苯(5g，0.023摩爾)代替甲苯外重復(fù)例4的方法。
三氟甲基硫代苯的產(chǎn)率為13％，沒有檢測(cè)到三氟乙酰氧基化產(chǎn)物。
該結(jié)果證實(shí)可以通過(guò)本發(fā)明的方法使二硫化物全氟烷基化。
例16-20將反應(yīng)溫度按下述變化重復(fù)例1的方法，三氟甲基化(CF3產(chǎn)率)和三氟乙酰氧基化(OCOCF3產(chǎn)率)產(chǎn)物的％產(chǎn)率如下面所述。
例子編號(hào)溫度CF3產(chǎn)率 OCOCF3產(chǎn)率℃16200 611730 10 471840 25 361960 45 302070 56 25
該結(jié)果證實(shí)通過(guò)控制工藝溫度可以改變由本發(fā)明方法獲得的金氟取代的性能。
例21除了在室溫下進(jìn)行該反應(yīng)達(dá)18小時(shí)以外重復(fù)例5的方法。
三氟甲基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為33％，包括4-甲氧基三氟甲苯(8.3％)，3-甲氧基三氟甲苯(5.5％)和2-甲氧基三氟甲苯(19.1％)。三氟乙酰氧基化產(chǎn)物的產(chǎn)率為26.2％。
該結(jié)果與例5相比再次證實(shí)通過(guò)選擇較低的反應(yīng)溫度，可以影響取代的性能，以有利于增加全氟乙酰氧基化。
對(duì)比例22除了采用三氟甲烷磺酸酐(5.64ml，0.02摩爾)代替TFAA以外重復(fù)例1的方法，沒有檢測(cè)到三氟甲基化產(chǎn)物。
對(duì)比例23除了采用三氟甲烷磺酸(3.0毫升，0.02摩爾)代替TFAA以外重復(fù)例1的方法，沒有觀察到三氟甲基化產(chǎn)物。
例1-21的結(jié)果證實(shí)本發(fā)明的方法可以用于在多種不同條件并且采用不同的無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物源下使多種不同的基體三氟甲基化，對(duì)比例22和23(非本發(fā)明，沒有發(fā)生全氟烷基化)的結(jié)果，證實(shí)選擇全氟鏈烷酸酐代替另一種全氟烷基基團(tuán)的重要性。
權(quán)利要求
1.將一種全氟取代基引入易受親電子攻擊的有機(jī)基體中的一步化方法，其特征在于該基體沒有任何與氫原子結(jié)合的雜原子，而且該基體選自含有一個(gè)與芳香環(huán)結(jié)合的氫原子和/或至少兩個(gè)串聯(lián)親核雜原子的芳香族化合物，和由至少兩個(gè)串聯(lián)親核雜原子組成的脂肪族化合物，而且其特征在于該方法包括在高于10℃的溫度和在無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物存在下將基體與全氟鏈烷酸酐接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一步化法，其特征在于該無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物選自過(guò)碳酸鈉，過(guò)硼酸鈉一水和四水合物，過(guò)氧化鈣，單過(guò)硫酸鉀，過(guò)氧化氫水溶液，和過(guò)氧化氫水溶液與碳酸鈉或硼砂的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于該無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物是過(guò)碳酸鈉。
4.將易受親電子攻擊的無(wú)機(jī)基體全氟烷基化的一步化方法，其特征在于該基體沒有任何與氫原子結(jié)合的雜原子，而且該基體選自含有一個(gè)與芳香環(huán)結(jié)合的氫原子和/或至少兩個(gè)串聯(lián)親核雜原子的芳香族化合物，和由至少兩個(gè)串聯(lián)親核雜原子組成的脂肪族化合物，而且其特征在于該方法包括在高于45℃的溫度和過(guò)碳酸鈉的存在下將基體與全氟鏈烷酸酐接觸。
5.根據(jù)前面任一權(quán)利要求的方法，其特征在于該基體具有的氣相電離電勢(shì)低于9.5電子伏特，優(yōu)選地低于9電子優(yōu)特。
6.根據(jù)前面任一權(quán)利要求的方法，其特征在于該基體選自被烷基、芳基、鹵素和烷氧基取代的芳香族化合物，和芳香族和脂肪族二硫化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于該基體選自甲基苯、乙苯、二甲苯、氯苯、溴苯、聯(lián)苯、苯甲醚和二硫二苯。
8.根據(jù)前面任一權(quán)利要求的方法，其特征在于該全氟鏈烷酸酐包括三氟乙酸酐。
9.根據(jù)前面任一權(quán)利要求的方法，其特征在于全氟鏈烷酸酐與無(wú)機(jī)過(guò)氧化物的摩爾比為2∶1-10∶1。
10.將基體三氟甲基化的一步法，該基體選自烷基苯，鹵代芳香族化合物，烷氧基苯、芳基苯、和芳香族和脂肪族二硫化物，其特征在于該方法包括在高于40℃的溫度和過(guò)碳酸鈉的存在下將基體與三氟乙酸酐接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于三氟乙酸酐與過(guò)碳酸鈉的摩爾比高于3∶1，特別是6∶1-10∶1。
12.用于將基體三氟乙酰氧基化的一步方法，該基體選自烷基苯和烷氧基苯，其特征在于該方法包括在低于35℃的溫度和過(guò)碳酸鈉的存在下將基體與三氟乙酸酐接觸。
13.根據(jù)前面任一權(quán)利要求的方法，其特征在于該基體可以用作溶劑。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種將有機(jī)基體全氟烷基化和/或全氟酰氧基化的一步方法，該方法包括在高于10℃的溫度和一種無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物的存在下將基體與一種全氟鏈烷酸酐接觸。可以全氟烷基化和/或全氟酰氧基化的基體包括烷基苯，鹵代芳香族化合物，烷氧基苯，芳基苯，和芳香族和脂肪族二硫化物。優(yōu)選地，該全氟鏈烷酸酐是三氟乙酸酐，而無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物是過(guò)碳酸鈉。
文檔編號(hào)C07C319/14GK1132733SQ95117709
公開日1996年10月9日 申請(qǐng)日期1995年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月10日
發(fā)明者C·W·瓊斯, W·R·桑德森, J·P·?；?申請(qǐng)人:索爾維因特羅斯有限公司