氟利昂F-113a在含三氟甲基化合物合成中的应用研究

摘要

含三氟甲基砌块是合成各种含三氟甲基化合物的基石。发展廉价、易得和用途广泛的含三氟甲基砌块一直是有机氟化学的重要研究方向。本论文从廉价易得的工业原料氟利昂F-113a(CF3CCl3)出发，合成了含三氟甲基的烯烃，并将其用于消除反应、加成反应及各种钯催化偶联反应，还成功地将F-113a用于农药的合成及结构修饰。
　　 本论文共分两部分，第一部分为正文部分，描述了本论文的主要工作，分六章内容进行讨论。第二部分为实验部分，提供了第一部分中第二章到第六章的实验详细步骤，以及实验产物的相关谱图数据。
　　 第一章为前言，总结性介绍了有机氟化学的发展及氟利昂的用途，并结合含氟有机化合物的特性和常用的合成方法，提出了本论文的研究思路，即利用廉价易得的氟利昂F-113a合成一些含三氟甲基的砌块，并研究其反应性能。
　　 第二章，通过反应条件筛选，发展了一种三氟丙烯衍生物的绿色合成方法。在无溶剂条件下，CF3CCl3与三苯基膦作用生成膦叶立德，进而和醛(酮)发生Wittig类型反应，立体选择性的得到Z-式构型为主的1-芳基-2-氯-3，3，3-三氟丙烯1。拓展了多种底物，产率都比较高。通过改变原料用量等反应条件变化来观察反应，对反应机理提出了合理的解释。研究了CF3CCl3在各种条件下，分别与多种金属作用和醛的反应，如普通加热、微波回流、超声波等条件下与金属铁、镁、钐、铟等的反应。发现在超声波条件中，只有金属铟能与CF3CCl3、醛反应，得到Z-式构型为主的化合物1，但产率不高，需要进一步优化。
　　 第三章，将从F-113a出发合成的化合物1用于消除反应，脱掉一分子氯化氢，得到1-芳基-3，3，3-三氟丙炔2。改良了前人的工作，用二氯甲烷替代苯作溶剂，同时将反应温度由80℃降低到40℃，使反应更加绿色化。同时，发现了一种区域专一性和立体专一性的加成反应，化合物1在碘化锂/醋酸体系中，75℃条件下反应8小时，以较高产率得到单一异构体：(E)-1-芳基-1-碘-3，3，3-三氟丙烯3。为了对产物的绝对构型进行确定，对C-I键进行了立体专一性的还原，得到1-芳基-3，3，3-三氟丙烯4，计算化合物4中烯氢偶合常数，证实了产物3是(E)-构型。同时发现，芳基的邻位有取代基的时候，反应产率很低，对萘、呋喃、吡啶等芳香基团的反应也做了研究。在机理讨论中，对反应的选择性给出了合理的解释。
　　 第四章，用前面合成的化合物3在钯催化下与端炔进行Sonogashira反应，得到含三氟甲基的烯炔衍生物5。反应体系只需要2％的钯催化剂和5％的碘化亚铜，产率很高。并对烯碘结构中的碘原子和芳基上的卤素活性进行了实验比较，发现在此反应体系中芳溴也能反应，芳氯则不能。研究了化合物3在钯催化下与芳基硼酸的Suzuki偶联反应。由于烯基氯的活性远小于烯基碘，反应需要大位阻的配体参与作用。发现用5％的Pd(PPh3)4催化剂，10％的DPPP配体和4个当量碱K3PO4的作用下，能与芳基硼酸反应，以较高的产率得到1，2-二芳基-3，3，3-三氟丙烯6。
　　 第五章，研究了F-113a与胺作用，试图合成氯化-N-烷基三氟乙酰亚胺7，通过实验探索，没获得理想的结果。研究了化合物7在钯催化下与芳基硼酸的Suzuki偶联反应，用5％的Pd(PPh3)4催化剂，10％的DPPP配体和2个当量碱K3PO4的作用下，与芳基硼酸反应，高产率得到N-芳基三氟苯乙酰亚胺8。发现C=N双键上烯基氯活性比C=C双键上更大，三氟甲基对双键Cl原子有关键的致活作用。
　　 第六章，改良合成方法，在重氮盐的制备中加入适量醋酸，合成了氟虫腈的关键中间体：1-(2，6-二氯-4-三氟甲基)苯基-3-氰基-5-氨基吡唑9。并对其进行结构修饰，让其与含卤素的醛反应，如三氯乙醛、对三氟甲基苯甲醛等，得到氨基被保护了的亚胺，以进行农药合成及新药筛选。并用产物培养了单晶，以便对其结构进行了分析确定。初步探索了上述吡唑与氟利昂F-113a的N-烷基化反应，设想在其5号位置氨基上引入三氟甲基。同时，初步探索了吡唑与三氟溴甲烷的N-烷基化反应。
　　 第二部分是实验部分，列出第二章到第六章的实验条件，详细操作步骤，并对合成出来的产品进行了结构表征，给出了的相关谱图数据。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 有机氟化学的发展

1.2 含氟有机化合物的结构特性

1.3 含氟有机化合物的合成方法

1.4 氟利昂的特性及应用

1.5 本论文的研究思路

参考文献

第二章 无溶剂条件下由F-113a合成含三氟甲基烯烃砌块

2.1 引言

2.2 无溶剂条件下合成含三氟甲基烯烃

2.3 超声波条件下合成含三氟甲基烯烃

本章小结

参考文献

第三章 含三氟甲基烯碘的合成

3.1 引言

3.2 合成思路

3.3 三氟丙炔衍生物的合成

3.4 三氟甲基烯碘的合成

本章小结

参考文献

第四章 含三氟甲基的烯碘和烯氯的钯催化偶联反应研究

4.1 钯催化偶联反应概述

4.21-芳基-3,3,3-三氟-1-碘丙烯与端炔的钯催化偶联反应

4.31-芳基-2-氯-3,3,3-三氟丙烯与芳基硼酸的偶联反应

4.41-芳基-2-氯-3,3,3-三氟丙烯的氨化反应研究

本章小结

参考文献

第五章 由F-113a合成卤代亚胺及其偶联反应研究

5.1 亚胺类化合物的概述

5.2 合成思路

5.3 由F-113a合成氯化三氟乙酰亚胺的反应探索

5.4 氯化三氟乙酰亚胺的偶联反应研究

本章小结

参考文献

第六章 含氟农药氟虫腈类化合物的合成及结构修饰

6.1 氟虫腈类化合物的概述

6.2 合成思路

6.3 反应条件探索与结果讨论

本章小结

参考文献

实验部分

第二章 无溶剂条件下由F-113a合成含三氟甲基烯烃砌块

2.2 无溶剂条件下合成含三氟甲基烯烃

2.3 超声波条件下合成含三氟甲基烯烃

第三章 含三氟甲基烯碘的合成

3.3 三氟丙炔衍生物的合成

3.4 三氟甲基烯碘的合成

第四章 含三氟甲基的烯碘和烯氯的钯催化偶联反应研究

4.21-芳基-3,3,3-三氟-1-碘丙烯与端炔的钯催化偶联反应

4.31-芳基-3,3,3-三氟-2-氯丙烯与芳基硼酸的偶联反应

4.31-芳基-2-氯-3,3,3-三氟丙烯与芳基硼酸的偶联反应

第五章 由F-113a合成亚胺及其偶联反应研究

5.3 由F-113a合成氯化三氟乙酰亚胺的反应探索

5.4 氯化三氟乙酰亚胺的偶联反应研究

第六章 含氟农药氟虫腈类化合物的合成及结构修饰

6.3.11-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)-3-氰基-5-氨基吡唑的合成

6.3.21-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)-3-氰基-5-氨基吡唑与醛的反应

6.3.31-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)-3-氰基-5-氨基吡唑与氟代烃的反应

全文总结及各化合物一览表

博士期间已发表和待发表的论文

致谢