氟代烷
氟代烷(通式为,其中代表烷基),属卤代烃的一种,指烷烃中的一个或多个氢原子被氟取代的有机化合物。因此氟代烷中只有氟、氢和碳三元素。氟甲烷是结构最简单的氟代烷。氟代烷的命名跟其他卤代烷很相似,同样以IUPAC命名法来命名,找出相应烷烃作为母体,将氟视作取代基,然后以数字标明其位置[1]。
分类
氟代烷像醇与其他卤代烷一样,可以按照连着氟原子的碳所连的碳之数目来去分成伯(一级)、仲(二级),和叔(三级)氟代烷。例如氟甲烷为一级氟代烷。以下是各种氟代烷的结构:
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一级氟代烷的结构
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二级氟代烷的结构
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三级氟代烷的结构
制备
氟代烷不能直接由烷烃和氟气的自由基卤代反应反应得到,因为这反应会释放大量的热,使得碳-碳键断裂,生成碳和氟化氢。但可用活性较低的氟化试剂,如三氟化钴,来制备氟代烃。[2][3]这方法又名 Fowler 法 (Fowler process),反应在高温进行。
第一步中,二氟化钴被氟化,生成三氟化钴。反应式如下:
第二步中,引入有机化合物与三氟化钴反应:
反应涉及到单电子转移和碳正离子机理。[4]由于反应中的碳正离子有机会发生重排,所以反应有机会生成很多不同产物。[5]而三氟化钴则会变回二氟化钴,可循环再用。反应机理如下:
此外,尚有不少的自由基氟化反应,可以用来制备氟代烷。如下:
- 以二氟化氙为氟化试剂,与羧酸作用,发生自由基脱羧氟化反应[6]:
- 在N-氟代双苯磺酰胺和氟试剂存在下,叔丁基过酸酯的热裂可生成氟代烷[7]:
- 在银[8]、锰[9]催化剂存在下,羧酸可脱羧、氟化,生成氟代烷。光氧化还原催化剂也可以触发反应。[10][11]
反应性
在亲核取代反应中,氟代烷的反应性是所有卤代烷之中最低的。碳-氟键是碳-卤键之中最强的,因此最难断键。[12]同时,由于氢卤酸的强弱顺序为HI>HBr>HCl>HF,卤素离子(其共轭碱)的碱性顺序为 F->Cl->Br->I-。因此氟离子是卤素离子中最弱的离去基团,氟代烷在亲核取代反应中的反应速率也就是所有卤代烷之中最低的。[13]
用途
有些气态的氟代烷可用作冷冻剂。例子有1,1,1,2-四氟乙烷(二氟二氯甲烷的替代品)[14]、五氟乙烷等。
在医药上,据估计有多达五分之一的药物含有氟,其中有很多药物都属于氟代烷。[15]
对环境的危害
很多氟代烷都是温室气体,全球暖化潜势(GWP)很高,会加剧温室效应。例如1,1,1,2-四氟乙烷的全球暖化潜势相当高,100年GWP为1430。[16]其他属于温室气体的氟代烷有二氟甲烷[17]、1,1,1-三氟乙烷、五氟乙烷[18]等。
参见
参考文献
- ^ 有机化合物命名原则2017 (页面存档备份,存于互联网档案馆). 中国化学会. [2018-1-17]
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