羟基转化成氟的方法

四氟化硫

四氟化硫(SF₄)是使用最广泛的对羟基进行一步氟化的试剂。

氟化机理：四氟化硫首先把醇转化为一个具有离核性基团的共价中间体，随后该离去基团被上一步反应过程中释放出的氟离子取代，并发生构型翻转(SN₂机理)。四氟化硫转化为亚磺酰氟，在这一反应中只有两个氟原子得以利用。

图1 醇与四氟化硫反应生成氟代烷烃、氢氟酸和亚磺酰氟

四氟化硫的缺点：剧毒的气体(熔点-121℃，沸点-38℃)，因此必须在高压釜内加压条件下进行操作。

DAST及其类似物

N,N-二乙基氨基三氟化硫(DAST)(沸点46～47℃)的活性比四氟化硫稍低，但是对于小规模的反应，其操作要比四氟化硫方便很多。由于S－N键的相对不稳定性，当DAST加热至约50℃以上时可能会剧烈爆炸。由于反应中形成碳正离子中间体，DAST及其类似物对醇类化合物氟化过程中常见的副反应是消除反应和碳链骨架的重排反应。

图2 DAST，MOST，Deoxofluor的合成

为获得能在大规模反应中可以安全操作的氟化试剂，MOST和Deoxofluor被先后开发出来。Deoxofluor在较高的温度下也会分解，但是它分解时不会发生热失控反应而导致爆炸。这使得该试剂可安全的应用于含氟药物和先进材料的工业生产过程中。

图3 DAST及其类似物参与的醇类化合物氟化反应的例子

相比于四氟化硫，DAST及其类似物的活性较低，这可归因于它们本身的立体位阻比较大，并且二烷基氨基部分的诱导效应较弱。这一点可以从在空间拥挤的位置上不能用DAST及其类似物对羟基进行氟化转化而清楚地反映出来。

图4 DAST不能对空间位阻的核糖衍生物进行氟化，但可通过两步法实现氟化。

 

DAST的一个手性衍生物，(S)-2-(甲氧甲基)-1-四氢吡咯基三氟化硫也已制备出来，并研究了通过双重立体识别对手性醇的对映选择性的氟化反应。虽然观察到预期的立体选择性，但并不具有实际的制备意义。

图5 以手性DAST类似物对外消旋的三甲基硅基醚进行氟化反应，实现小部分的动力学拆分

最近开发的XtaIF1uor和FluoLead氟化试剂，氟化反应中其自身转化为更稳定的锍酰亚胺盐(sulfiminium)或者完全排除了不稳定的S-N键，避免了DAST类化合物分解的危险。这两种试剂都是固体，可以在空气中使用，并且它们与DAST的活性几乎相同。

图6  氟化试剂XtatFluor-E, XtalFluor-M和FluoLead的合成

 

胺-HF试剂

对于叔醇的转化可以不经活化，而用无水氟化氢或其他酸性氟化物直接实现氟化。这类反应是在酸性介质下通过SN₂机理经由稳定的碳正离子中间体而进行的。氟离子的加成通常是可逆的，反应的立体化学是由热力学控制的，只与可能的产物异构体间的相对自由焓决定。

图7 以70％ HF-吡啶对甾醇叔羟基的氟化反应

除羟基外，其它潜在离去基团如果能够形成一个足够稳定的碳正离子中间体，则也可以被酸性的胺-HF复合物活化。由于形成的糖基碳正离子中间体的稳定性，可以很方便地由各种糖苷前体制备糖基氟化物。

图8 以70 % HF-吡啶氟化各种活性前体合成糖基氟化物

参考文献:Modern Fluoroorganic Chemistry