一种含氟或带吸电子基团的不饱和键加成化合物的制备方法.pdf

一种含氟或带吸电子基团的不饱和键加成化合物的制备方法
    本发明涉及通过自由基加成反应，将全氟烷基、多氟烷基、带有吸电子基团的烷基及其衍生物引入不饱和键的方法，即全氟或多氟、带吸电子基团的烷基氯代烷及其衍生物在引发剂Na2S2O4的引发下，与不饱和键化合物发生加成反应，从而使全氟或多氟烷基和带吸电子基团的烷基及其衍生物引入不饱和键化合物中，生成带有全氟、多氟或带吸电子基团的不饱和键加成化合物。

    利用全氟和多氟碘代烷对烯烃、炔烃和芳香烃等有机化合物的氟烷基化反应是合成含氟有机化合物的重要途径之一，也是有机氟化学中重要的研究领域。亚磺化脱卤反应具有条件温和、操作简便的特点，但仅局限于全氟碘代烷和溴代烷，而价廉，化学惰性强的含氟或全氟烷基氯化物却不能参与反应(黄维垣等人，化学学报，1985,43,409；44,488)。众多的药物化合物当引入三氟甲基(Z.Q.Wangetal.,Bio.Org.&Med.Chem.Lett.1995,5,1899)、CF2CO2R(ZhenYu Yang etal,J.Chem.Soc.Chem.Commun.,1992,234),-CFH-CO2R(ChengXin Zhi etal,J.Chem.Soc.Perkin Trans,1,1996,1741),-CF2PO(OC2H5)2(A-R.Li etal.,Synthesis,1996,606)等基团时，含显著提高药物的生理活性，而这些砌块的引入通常都是使用原料昂贵地碘化物或溴化物，且这些原料来源困难，如ICF2CO2R、ICF2PO(OR2)2分别从BrCF2CO2R和CF2I2制备。此外，α,ω-双磺酰基含氟化合物在材料化学上有极为重要的用途，以往是用昂贵的I(CF2)nI为原料，无法利用工业上易得的I(CF2)nCl化合物、再者，由于氟里昂将被全世界范围内禁用，包括HCF2Cl、CF2Cl2、ClCF2CFCl2等在内的氟里昂作为原料合成其它有用的化合物，也日益显得重要。我们曾将α,α,α-三氟乙基卤代烷在Na2S2O4引发剂的引发下与不饱和键发生自由加成反应，将CF3CH2基引入有机化合物中(CN981108830)。由于RfCF2Cl的碳卤键比RfCH2Cl的碳卤键更为稳定，将带有-CF2Cl的化合物引入不饱键化合物中将会具更具为广阔的应用前景。同时，带有吸电子基团的氯代烷，其碳氢键也难以断裂，如与烯烃的加成，必须光照，且用昂贵的AgOTf催化(Tetrahedron,1992,48(44),9687)。所以，全氟或多氟及带吸电子基团的氯代烷的碳氯键的断裂和对不饱和键的加成反应仍是人们探索的重要课题。

    本发明的目的就是一种全氟或多氟烷基氯、带吸电子基团的烷基氯及其衍生物的碳氯键断裂和对不饱和键化合物进行加成反应的方法。进一步说，即全氟或多氟烷基、带吸电子基团的烷基氯及其衍生物，在引发剂Na2S2O4的引发下，与不饱和键化合物发生加成反应，生成含氟或带吸电子基团的不饱和键加成化合物的方法。

    本发明的方法可以用下式表示：

    本发明中烷基氯或取代烷基氯具有ABCD(CE2)nCl分子式。不饱键化合物U可以是烯烃、炔烃、芳香化合物或不饱和杂环化合物，如CH2=CHR、环戊烯、环戊二烯、环己烯、CH≡CR、等。含氟或带吸电子基团的不饱和键加成化合物具有ZBCD(CE)nY分子式。上述分子式中A=H、F、Cl、Br、I或吸电子基团，B或D=H、F或Cl,E=H或F,n=0-12,R=H、C1-10的烷基、C6H5、CH=CH2、CH2CH=CH、CH2OCH2CH=CH2、PO(OR4)2、CH2COOR4、COOR4、CH2OR4、Si(CH3)3或OR4、Z=H、F、Cl或Y,Y=CH2CH2R,CH=CHR，环戊基，环戊二烯基，环己基，吡啶基或R1、R2或R3=H、R4、OH、OR4、NH2或Cl等，R4=C1-4的烷基，其中当E=H时，n≤2。

    本发明中的烷基氯若另一端还有氯、溴或碘取代时，通常加成反应的次序为I＞Br＞Cl。在除F以外的多卤取代时易发生多个加成反应，控制摩尔比可以获得不同加成度化合物。本发明中烷基氯、Na2S2O4、不饱和键化合物和弱碱的摩尔比通常依次为1∶1-12∶1-12∶0-8。反应中加入弱碱可中和反应酸性副产物，同时又可防止酸性条件下造成引发剂的分解，从而有利于反应的进行。所以上述物质的摩尔比可依次为1∶1-12∶1-12∶1-8。当烷基氯另一端不含Cl,Br,I时，或者另一端含有Br或I，先发生一个加成反应时，上述物质的摩尔比可次依为1∶1-5∶1-5∶1-4。当烷基氯另一端还有Br、I或Cl取代时，可进而发生二个加成反应，上述物质的摩尔比可依次为1∶3-8∶3-8∶3-6。采用的弱碱可以是一价或二价金属的碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐、硫酸氢盐，也可以是氮上有弧对电子的有机化合物，如三甲胺，三乙胺、三辛胺、四甲基二乙胺等。推荐使用Na2CO3、NaHCO3或三乙胺。

    采用本发明的方法时，反应温度很大程度上取决于原料和加成产物的碳链长度，低碳链化合物的反应温度可以低些，如30-50℃。因反应温度的提高有利于反应速度，通常控制在30-120℃。多数情况下反应温度以50-80℃为好。

    采用本发明的方法时，反应时间随烷基氯的不同而有区别，反应时间控制在1-20小时，若控制一个加成反应时，通常反应时间为1-8小时。

    本发明中采用的极性非质子性溶剂可以是二甲基亚砜DMSO、六甲基磷酰三胺HMPA、N,N-二甲基甲酰胺DMF、N-甲基吡咯环酮NMP等。

    采用本发明的方法，可以方便地将价廉的全氟、多氟烷基氯及其衍生物、带吸电子基团的烷基氯中的C-Cl键断裂，便加成至烯烃、炔烃、芳香烃或杂环化合物中，合成有用的中间体，同时开拓了用氟里昂合成化合物的新用途；对于ω-碘代全氟烷基氯，可以在两端同时发生对不饱和键的加成、采用本发明方法可以将含氟基团引入有机分子，同时也可使不含氟的氯代烃发生碳-氯键断裂。所以本发明方法不仅适应性广，而且使用相对价廉的氯化物，反应条件温和、简便、是一种有工业前途的方法。

    通过下述实施例将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。

    实施例1．含氟烷基氯与烯烃的加成物的制备

    将H(CF2)nCl 5mmol，烯烃5-10mmol,Na2S2O4 5-10mmol和NaHCO3或三乙胺10mmol溶于DMSO中，于50ml反应瓶中搅拌，在70-75℃反应6小时。反应毕加30mlH2O，用3×20ml乙醚提取，水洗，除去溶剂得加成物如下表所示：产物分析结果如下：H(CF2)4CH2CH2C4H9(1)19F NMR:37.5(2F),49.0(2F),53.6(2F),60.5(2F)；1H NMR:5.96(tt,J=52Hz,6Hz,1H,HCF2)；1.98-2.60(m,2H),1.35(m,8H)；

    0.96(t,3H)；MS:2.86(m+,4.05),285(m+-1,34.69),257(m+-C2H5,2.96),57(C4H9+,59.0),

    43(C3H7+,100)；HRMS(C10H14F8)：计算286.0968，实测286.0982H(CF2)4CH2CH2C7H5(2)19F NMR:37.2(2F),48.4(2F),53.3(2F)60.2(d,J=52Hz,2F)；1H NMR:5.94(tt,J=52Hz,6Hz,1H,HCF2),1.83-2.42(m,2H,CF2CH2),

    1.45-1.20(m,14H,,0.86(t,J=7Hz,3H,CH3)；MS:328(m+,0.69),299(m+-C2H5,10.44),285(m+-C3H7,44.28),271(m+-C4H9,

    22.86),71(C5H11+,73.61),57(C4H9+,100)；HRMS(C13H20F8)：计算328.1428，测得328.1437。19F NMR:36.5(2F),48.4(2F),53.2(2F),60.7(2F)；1H NMR:6.02(tt,J=52Hz,6Hz,lH),3.88-4.10(m,2H),3.30-3.60(m,2H),1.86-

    2.66(m,4H),1.02(d,2H)；MS:30l(m++1,35.23),299(m+-1,19.61),285(m+-CH3,6.14),270(71.90),69(100)；HRMS(C10H12OF8)：计算300.0760，测得300.0757。H(CF2)6CH2CH2C7H15(4)19F NMR:37.3(2F),45.0(2F),46.8(4F),52.8(2F),60.1(2F)；1H NMR:5.97(tt,J=52,6Hz,1H),1.78-2.42(m,2H),1.10-1.68(m,14H),0.90(t,J=7Hz,

    3H)；MS:428(m+,0.76),399(m+-C2H5,38.89),385(29.84),371(15.90),71(48.72),57(69.64),

    43(100)；HRMS(C15H20F12)：计算428.1372，测得428.1370。H(CF2)6CH2CH2C6H13    (5)19F NMR:37.4(2F),44.8(2F),46.6(4F),52.7(2F),60.0(2F)；1H NMR:5.90(tt,J=52Hz,6Hz,1H),1.76-2.40(m,2H),1.10-1.65(m,12H),0.87(t,

    J=7Hz,3H)；MS:414(m+,1.17),385(7.50),371(36.99),85(16.47),57(93.07),43(100)；元素分析：计算(％):C 40.58,H 4.35,F 55.07,

          测得(％):C 40.29,H 4.22,F 55.50.19F NMR:41.2(2F),43.7(2F),45.1(2F),46.5(2F),52.8(2F),60.2(2F)；1H NMR:5.93(tt,J=52Hz,6Hz,6H),1.00-2.00(m,11H)；MS:383(m+-1,1.08),364(m+-HF,2.21),133(6.00),83(100),56(12.40)；元素分析：计算(％)：C 37.50,H 3.15,F:59.35, 

          测得(％)：C 37.68,H 3.11,F 60.14

    实施例2，全氟烷基氯与烯烃的加成物制备

    将C4F9Cl作为原料，其余操作同实施例1，结果列于下表中编号       烯烃                产物               产率(％)7    CH2=CHC6H13    C4F9CH2CH2C6H13    77875C4F9CH2CH2C6H13(7)19F NMR:4.2(2F),37.7(2F),47.5(2F),49.0(2F)；1H NMR:1.80-2.45(m,2H),1.15-1.50(m,12H),0.88(t,J=7HZ,3H)；MS:332(m+,0.25),302(5.41),289(9.97),71(31.02),57(62.28),43(100)；HRMS(C12H17F9)：计算332.1190,测得332.1191.19F NMR:4.2(3F),41.3(2F),44.5(2F),49.3(2F)；1H NMR:0.8-2.00(m,11H)；MS:302(m+,1.70),281(9.09),263(20.47),83(100),HRMS[C10H10F9(m+-1)]：计算301.0629,测得301.0631。

    实施例3,氯代含氟羧酸酯或磷酸酯与不饱和键的加成物制备同实施例1。编号  脂                   不饱和键         产物   产率(％)9     CF2CO2C2H5    CH2=CHC6H13             8010    CF2CO2C2H5    CH2=CHSi(CH3)3          8211    CF2CO2C2H5    CH2=CHC5H11             7412    CFHCO2C2H5     CH2=CHC6H13             6813                        C2H5OCH2CH=CH2        6514                        CH2=CHCH2OCH2CH=CH2   7815                                               8016    CF2CO2C2H5                  6417c                                  6518    CF2PO(OC2H5)2 CH2=CHC6H13             7319                        CH2=CHCH2OCH3           77C6H13CH2CH2CF2CO2Et    (9)19F:28.7(t,J=17Hz)；1H:4.26(q,J=7.1Hz,2H),1.90-2.15(m,2H),1.15-1.48(m,12H),0.90(m,6H)；MS:237(m++1,100),193(15.18),179(21.39),157(11.41),129(10.84),101(12.53),43(33.41)Me3SiCH2CH2CF2CO2Et    (10)19F:29.2(t,J=17Hz)；1H:4.32(q,J=7Hz,2H),1.80-2.40(m,2H),1.32(t,J=7.2Hz,3H),0.65(m,2H),0.02(s,9H)；MS:224(m+,1.78),196(20.70),151(2.84),101(26.47),73(100)；HRMS:[C7H14F2O2Si:(m+-C2H4,196)]：计算196.0732,测得196.0732。C5H11CH2CH2CF2CO2Et    (11)19F:28.7(t,J=17Hz)1H:4.27(q,J=7Hz,2H),1.90-2.15(m,2H),1.15-1.14(m,11H),0.90(t,3H)；MS:223(m++1,51.76),193(18.92),115(26.35),101(18.79),57(50.23),43(100).C6H13CH2CH2CFHCO2Et    (12)19F:114.4(d,t,J=49.0Hz,24.5Hz)；1H:4.89(m,1H),4.26(q,J=7.1Hz,2H),1.85(m,2H),1.18-1.56(m,15H),1.88(t,   J=7.0Hz,3H).MS:219(m++1,100),191(16.09),175(5.98),106(13.45),78(6.50).CH3CH2OCH2CH2CH2CFHCO2Et    (13)19F:115.2(dt,J=50Hz,25Hz,1F)；1H:4.94(ddd,J=50.0,7.6,4.3Hz,1H),4.36(q,J=7.1Hz,ZH),3.45(m,4H),1.85-2.10(m,2H),1.75(m,2H),1.31(t,J=7Hz,3H),1.20(t,J=7Hz,3H).MS:193(m++1,41.72),163(10.92),147(100),119(27.34),59(28.11).19F:115.0(dt,J=50Hz,24.6Hz)；1H:5.04(m,1H),4.22(q,J=7Hz,2H),3.40-4.00(m,4H),1.70-2.40(m,4H),1.30(t,   J=7Hz,3H),0.90(d,3H).MS:205(m++1,96.88),159(m+-EtO,21.43),139(21.219),111(25.17),84(100).19F:121.0(dd,J=49.3,22Hz,1F)；1H:4.88(dd,J=49.3,4.3Hz,1H),4.18(q,J=7.1Hz,2H),1.12-2.00(m,14H)；MS:189(m++1,100),161(10.58),106(60.79).19F:24.5(2F)；1H:6.81-7.00(m,3H),4.12(q,J=7Hz,2H),2.20-2.58(m,6H),1.20(t,J=7Hz,3H)；MS:229(m++1,7.80),228(m+.13.67),208(5.62),1559100).19F:25.0(2F)；1H:6.56-7.00(m,3H),4.08(q,J=7Hz,2H),3.75(m,6H),1.14(t,J=7Hz,3H)；MS:261(m++1,18.50),260(m+,100),241(30.37),187(15.70),137(6.84)；C6H13CH2CH2CF2PO(OC2H5)2    (18)19Fδ(CCl4):34.5(dt,JF-P=112Hz,JF-H=12Hz)1Hδ(CCl4):4.26(m,4H),2.68(m,2H),1.29-1.46(m,18H),0.90(t,J=7Hz,3H)MS:301(m++1,20.41),271(12.57),226(50.34),187(100).CH3OCH2CH2CH2CF2PO(OC2H5)2    (19)19Fδ(CCl4):35.0(dt,J=112Hz,12Hz)；1Hδ(CCl4):4.26(m,4H),4.08(m,5H),2.59(m,2H),1.30-1.52(m,8H)；MS:261(m++1,10.52),229(m+-CH3O,25.34),187(100),184(51.27).

    实施例4,H(CF2)nCl与炔或芳烃的加成物制备

    如实施例1，结果如下表编号    含氟烷基    不饱和键       产率％

        n20      4           CH≡CC4H9   7721      4           CH≡CCH2OH   7522      4           CH≡CC6H5   8023      6                  5524      4                   6525      4                 6026      6           CH≡CC4H9   8227      6           CH≡CC6H5   73H(CF2)4CH=CH-C4H9    (20)19F NMR:29.7(0.6×CF2,Z-),34.2(0.4×CF2.E-),48.6(1×CF2),53.0(1×CF2),

    60.5(1×CF2)；1H NMR:6.30(m,1H),6.02(tt,J=52Hz,6Hz,1H),5.55(m,1H),2.30(m,2H),1.22-1.60(m,4H),0.92(t,J=7Hz,3H)；MS:284(m+,8.96),264(2.20),222(12.75),121(64.87),68(100)；HRMS(C10H12F8)：计算284.0803,测得284.0805.H(CF2)4CH=CHCH2OH    (21)19F NMR:30.3(0.15×CF2,Z-),34.5(0.85×CF2.E-),48.3(1×CF2),53.0(1×CF2),

    60.3(1×CF2).1H NMR:6.00(tt,J=52Hz,6Hz,1H),5.47-6.68(m,2H),4.29(m,2H),31.6(s,1H)；MS:258(m+,3.75),241(8.71),201(22.75),57(100)；HRMS(C7H5F8O)：计算：258.0194,测得258.0192.H(CF2)4CH=CH-Ph    (22)19F NMR:28.3(0.92×CF2,Z-),33.9(0.08×CF2,E-),48.3(1×CF2),53.0(1×CF2),

    60.3(1×CF2)；1H NMR:7.20(m,5H),5.52-6.96(m,3H)；MS:304(m+,36.87),265(8.9),153(100),133(62.84)；HRMS(C12H8F8)：计算：304.0502,测得304.049319F NMR:31.8(1×CF2),44.6(2×CF2),46.2(1×CF2),52.5(1×CF2),59.8(1×CF2)；1H NMR:6.56-7.45(m,3H),6.00(tt,J=52Hz,6Hz,1H),4.13(s,2H)；MS:427(m+,80.67),391(5.19),176(100)；HRMS(C12H6NClF12)：计算：426.9994,测得：426.9997.19F NMR:28.8(1×CF2),45.6(1×CF2),52.3(1×CF2),5.9.6(1×CF2)；1H NMR:6.85-7.20(m,3H),5.94(tt,1H),2.38(s,3H),2.31(s,3H)；MS:306(m+,494),305(38.35),286(1.44),155(100)；HRMS(C12H10F8)：计算：306.0628,测得：306.064519F NMR:30.2(2F),46.2(2F),52.3(2F),60.1(2F)；1H NMR:6.70-7.05(3H),6.02(tt,J=52Hz,6Hz,1H),3.72(s,6H)；MS:339(m+1,12.50),338(m+,100),187(73.67),172(34.91),157(7.14)；HRMS(C14H11F8O2)：计算：338.0568,测得：338.0552.H(CF2)6CH=CHC4H9    (26)19F NMR:29.6(0.6×CF2,Z-),34.3(0.4×CF2,E-),44.6(1×CF2),46.7(2×CF2),

    52.8(1×CF2),60.4(1×CF2)；1H NMR:6.04(tt,J=52Hz,6Hz,1H),5.40-6.52(m,2H),2.30(m,2H),1.24-1.60(m,440.92(t,J=7Hz,3H)；MS:384(m+,18.20),363(1.48),344(9.71),133(1.88),121(38.05),68(100)；HRMS(C12H12F12)：计算：384.0752,测得：384.0748.H(CF2)6CH=CH-Ph    (27)19F NMR:28.3(0.82×CF2.Z-),33.9(0.18×CF2,E-),44.4(1×CF2),46.5(2×CF2),

    52.7(1×CF2),60.0(1×CF2)；1H NMR:7.27(m,5H),5.35-6.95(m,2H)；MS:404(m+,14.32),403(m+-1,100),384(12.38),364(1.81),153(11.96).元素分析，计算：C 41.60,H 2.00,F 56.40

          测得：C 41.47,H 1.96,F 56.52

    实施例5，低碳含氟烷基氟与不饱和键的加成物的制备

    将低碳含氟烷基氯5mmol、不饱和键化合物5-5mmol、Na2S2O45-15mmol、Na2CO3或H4CO35-10mmol，溶于DMSO或HMPA20ml,置于封管中，在20-40℃反应8-15小时，乙醚提取，除溶剂，结果如下表。编号   含氟烷基  不饱和键           产率％28     HCF2Cl   CH2=CHC4H9     6829     HCF2Cl   CH2=CHCH2OH     7030     HCF2Cl   CH=CC4H9        7231     ClCF2Cl  CH2=CH            7532     ClCF2Cl  CH2=CHSi(CH3)3 64

    产物分析结果如下：HCF2CH2CH2C4H9    (28)19Fδ(CCl4):56.2(2F)；1Hδ(CCl4):5.85(tt,J=50Hz,6Hz,1H),2.52(m,2H),1.26-1.45(m,8H),   0.89(t,J=7Hz,3H)；MS:136(m+,5.75),121(12.05),107(8.96),65(100).HCF2CH2CH2CH2OH    (29)19Fδ(CCl4):56.8(2F)；1Hδ(CCl4):5.85(tt,J=50Hz,6Hz,1H),4.02(t,2H),2.80(s,1H),2.54(m,2H),1.56(m,2H)HCF2CH=CHC4H9    (30)19Fδ(CCl4):52.6(2F)；1Hδ(CCl4):6.02-5.80(m,3H),3.04(m,2H),1.25-1.48(m,4H),0.88(t,3H).ClCF2CH2CH2CH2OH    (31)19Fδ(CCl4):-11(2F)；1Hδ(CCl4):4.10(t,2H),3.20(s,1H),1.40-2.58(m,4H).ClCF2CH2CH2SiMe3    (32)19Fδ(CCl4):-11.5(2F)；1Hδ(CCl4):2.54(m,2H),0.65(t,2H),0.04(s,9H).

    实施例6,α-氯代、ω-碘代全氟烷基与不饱和键的加成物制备

    将I(CF2)nCl 5mmol、不饱和键化合物20-30mmol、Na2S2O420-30mmolNaHCO3或(CH3)3N10-15mmol，溶于HMPA10ml中，在50-80℃搅拌反应5-10小时，乙醚提取，除溶剂，结果如下表：编号    卤化物       不饱和键     产率％

        n33      4        CH2=CHC6H13  6534      4        CH2=CHC4H9   7335      6        CH2=CHC4H9   5836      6        CH2=CHC6H13  70分析结果如下：C6H13(CF2)4C6H13(33)19Fδ(CCl4):37.5(4F),46.7(4F)；1H δ(CCl4):0.88(t,6H),1.17-1.50(m,16H),1.75-2.20(m,4H)；MS:370(m+,15.52),341(m+-C2H5,28.50),135(CF2C6H13+,25.24),57(C4-H9+,72.20),43(C3H6+,100)；HRMS for C16H26F8：计算370.1829,测得370.1831C8H17(CF2)4C8H17    (34)19Fδ(Cl4):37.3(4F),46.4(4F)；1Hδ(Cl4):0.90(t,6H),1.20-1.52(m,24H),1.78-2.23(m,4H)；MS:426(m+,6.87),383(m+-C3H6,2.58),85(C6H13+,35.93),71(C5H11+,56.06),57(C4H9+,100)HRMS for C20H34F8计算426.2425,测得426.2427C6H13(CF2)6C6H13    (35)19Fδ(CCl4):38.0(4F),45.5(4F),47.0(4F)；1Hδ(CCl4):0.89(t,6H),1.18-1.60(m,16H),1.75-2.40(m,4H)；MS:470(m+,5.75),441(m+-C2H5,18.50),135(CF2C6H13+,17.24),57(100),43(47.0)；HRMS for C18H26F12：计算470.0857,测得470.0861.C8H17(CF2)6C8H17    (36)19Fδ(CCl4):38.2(4F),45.7(4F),47.4(4F)；1Hδ(CCl4):0.90(t,6H),1.20-1.52(m,24H),1.78-2.30(m,4H)；MS:526(m+,4.25),483(5.54),85(45.94),71(56.08),57(100)；HRMS for C22H34F12：计算：526.0758,测得：526.0762.