氟是一种高腐蚀性、高活性气体。元素形式的氟具有剧毒，必须小心处理。氟化反应的目的是向底物分子中添加氟。有许多试剂可以完成氟化作用。常用的氟化试剂是氢氟酸，但它也具有腐蚀性和反应性，使用时必须非常小心。使用元素氟或氢氟酸进行氟化作用的另一个问题是特异性。它们与有机物的反应往往非常有效，因此很难控制氟原子插入底物分子的位置。目前已经开发出了一些能更有效地提供受控氟化作用的试剂。例如，DAST（二乙基氨基三氟化硫）通常用于将羰基和醇类转化为类似的氟衍生物。一种更为良性的试剂是 SelectFluor[（1-氯甲基-4-氟-1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷二（四氟硼酸盐）]，它是一种亲电氟化试剂，由于不易挥发且在空气/湿度中稳定，因此更容易使用。
什么是氟和氟化作用？
氟和氟化反应为什么重要？
氟被广泛应用于工业产品中；含氟产品和化合物的范围非常广泛。氟化作用主要体现在以下方面
- 消费品，如牙膏和饮用水
- 药品、抗生素和麻醉剂
- 空调制冷剂
- 等离子蚀刻的半导体应用
- 高性能工程塑料和聚合物
在药品中，向底物分子中添加氟化作用可提高治疗活性的潜力。目前有 150 多种活性药物成分 (API) 含有氟原子。 在治疗实体中添加氟可以增加代谢稳定性和亲油性，从而提高生物利用率。 因此，在药物研究、开发和生产中，经常会用到具有高特异性、控制良好的氟化反应。
在工业聚合反应中，将氟添加到碳-碳骨架上可生成具有强度、耐久性、耐化学性和改善表面性能等特性的聚合物。 在分子水平上，C-F 键的强度是这些性能优势的关键，因此氟化聚合物被广泛用于生产耐化学性垫圈，如聚四氟乙烯（PTFE）和氟橡胶。在一个重要的氟化聚合作用实例中，氯仿与氟化氢反应生成氯二氟甲烷，然后加热生成四氟乙烯，并使用过氧化物引发剂在高压下聚合生成聚四氟乙烯。
氟化反应和试剂的类型
亲核试剂和亲电试剂
氟化反应可使用亲核试剂或亲电试剂进行。元素氟气是亲电氟化作用的常见来源，但它具有高活性、腐蚀性和毒性，使用时需要专门的设备并十分小心。此外，它的侵蚀性很强，很难控制反应的特异性。因此，人们合成了一些既能安全地提供亲电氟，又能提供更好的反应特异性的化合物。 SelectFluor [1-氯甲基-4-氟-1,4-二氮杂双环[2.2.2]octane bis(tetrafluoroborate)] 和 NFSI [N -Fluorobenzenesulfonimide] 可提供亲电氟，并且都是稳定的固体，例如可实现芳基亲核物的氟化作用。
亲核氟化作用很容易用 DAST [二乙基氨基三氟化硫] 或 XtalFluors 等化合物来实现。DAST 长期以来一直被用于氟化醇、酮和羧酸，并在很大程度上取代了问题较多的反应物--四氟化硫气体。 较新的亲核氟化剂，如 XtalFluor-E 和 XtalFluor-M，可以有效地用氟取代羟基和羰基，并消除了与 DAST 有关的一些问题（如释放出 HF）。
含氟聚合物
氟和氟化反应为聚合物行业带来了革命性的变化，创造出了具有优异性能特点的产品系列。含氟聚合物的固有优势，包括耐酸碱化学侵蚀，源于 C-C 键的强度和更高强度的 C-F 键。例如，在聚四氟乙烯中，氟原子的位置基本上在碳骨架周围形成了一个鞘，保护 C-C 键不受侵蚀。含氟聚合物通常用于苛刻的化学和高温应用领域。氟橡胶是化工和航空航天工业垫片的首选材料。含氟聚合物的摩擦系数低，因此可用作特种润滑剂和涂料。
常用的含氟聚合物包括
- 作为电线绝缘材料的 PTFE（聚四氟乙烯
- 化工行业管道和配件中的 PFA（全氟烷氧基烷烃
- FEP（氟化乙烯丙烯），用作塑料标签和复合材料制造中的离型膜
- 用于航空航天高温应用的 ETFE（乙烯-四氟乙烯
- PVDF（聚偏二氟乙烯）用作化工和制药行业的管道材料
- 用于金属静电粉末涂料的 ECTFE（乙烯-三氟氯乙烯
氟化反应和氟化学作用技术
了解氟化反应的动力学和热力学对于实现反应目标和确保反应/化工过程安全的重要性不言而喻。根据基质、氟化剂和反应条件的不同，氟化反应的能量可能相当高，需要进行精密的监测和控制；在反应高精度秤的过程中尤其如此。化学合成反应器和反应量热仪可对反应器进行精密控制，测量反应能量，并模拟变量对反应性能的影响。傅立叶变换红外线光谱仪和拉曼光谱仪可跟踪和监测关键的反应物种，从而提供动力学数据，为提出的机理提供支持，并更好地了解变量如何影响整个反应的进展和性能。 当需要获取反应样品进行离线分析时，EasySampler可进行自动、安全和无人值守的取样。 研究人员经常将化学合成反应器与光谱仪和/或 EasySampler 原位取样仪结合使用，以获取全面了解氟化反应和过程所需的信息。
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应用
C-F 键裂解导致有机亲电子体的亲核氟化作用
作者描述了一个反应，在这个反应中，全氟配体中的氟化作用转移到了亲电体上，从而合成了一种新的氟化化合物和一种二聚化的单氟有机铑络合物。 这种转移来自于 C-F 键的活化，由于键的强度，以前认为这种活化很难实现。切断铑配合物[(η5,κ2C- C5Me4CH2C 6 F5CH2NC3H2NMe)-RhCl]配体中的 C-F 键可释放亲核氟化物，并将甲苯基氯亲电体的酰基转化为酰基氟化物，从而形成金属环化合物。
研究人员还研究了氟化物向包括酸酐在内的其他底物的转移。 在一项实验中，ReactIR 追踪了氟化物向醋酸酐的转移。他们报告说，酸酐 C-O 波段（1268 厘米-1）和铑络合物[(η5,κ2C-C5Me4CH2C6F5CH2NC3H2NMe)-RhCl] C-F 波段（1386 厘米-1）的强度减弱，而同时由酰氟 C-F 键产生的新波段（1346 厘米-1）的强度成比例增加。这支持了氟化物从一种基质转移到另一种基质的观察结果。
Patrick J. Morgan, Magnus W. D. Hanson-Heine, Hayden P. Thomas, Graham C. Saunders, Andrew C. Marr, Peter Licence, "C-F Bond Activation of a Perfluorinated Ligand Leading to Nucleophilic Fluorination of an Organic Electrophile", Organometallics, 2020, https://dx.doi.org/10.1021/acs.organomet.0c00176
从仲胺和异硫氰化物合成 N-烷基化/芳基化和 N-CF3 氨基甲酰氟
作者描述了一种在室温下制备 AgOCF3 的方法，并展示了其在三氟甲氧基化反应中的能力以及作为羰基氟化物（O=CF2 ）来源的能力。这使得从仲胺和异硫氰化物合成 N-烷基化/芳基化和 N-CF3 氨基甲酰氟成为可能。
为了更好地了解盐释放 O=CF2 的机理，我们启动了一系列实验。ReactIR 测量结果表明，盐在加热时不会释放 O=CF2 ，而且盐溶液在 50oC 温度下稳定数小时。当引入异硫氰酸酯时，ReactIR 测量显示，与 AgOCF3 相关的 974 cm-1 带减小，而与 O=CF2 形成的 1245 cm-1 带迅速增加。研究人员对各种异硫氰酸酯与 AgOCF3 进行了反应，以确定能否识别 N-CF3 氨基甲酰基。他们观察到两个新的红外波段：1641 cm-1 处来自脱硫产物 R-N-C=CF2 ，1848 cm-1 处来自N-CF3 氨基甲酰基。
综上所述：ReactIR 测量结果表明，AgOCF3 在被亲核助试剂活化之前不会释放出 O=CF2 ，这支持了研究人员对该盐稳定性的观察。 这样就能从仲胺和异硫氰化物中合成一些氨基甲酰氟。
Abdurrahman Turksoy、Thomas Scattolin、Samir Bouayad-Gervais，"AgOCF3 的简易获得及其作为 OCF2 储库的新应用，用于直接合成 N-CF3、芳基或烷基化氨基甲酰氟"，《化学》，欧洲，2011 年 3 月。Euro.J., 2020, https://doi.org/10.1002/chem.202000116
文档
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- Abdurrahman Turksoy, Thomas Scattolin, Samir Bouayad-Gervais, "Facile Access to AgOCF3 and Its New Applications as a Reservoir for OCF2 for the Direct Synthesis of N-CF3, Aryl or Alkyl Carbamoyl Fluorides" Chem.Euro.J., 2020, https://doi.org/10.1002/chem.202000116
- Patrick J. Morgan, Magnus W. D. Hanson-Heine, Hayden P. Thomas, Graham C. Saunders, Andrew C. Marr, Peter Licence, "C-F Bond Activation of a Perfluorinated Ligand Leading to Nucleophilic Fluorination of an Organic Electrophile", Organometallics, 2020, https://dx.doi.org/10.1021/acs.organomet.0c00176
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