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TBAF和四丁基氟化铵是一种吗?

发布日期:2018/8/10 11:08:44

【背景及概述】[1][2]

四丁基氟化铵(TBAF)是一种亲脂性季铵氟化物,在有机合成中有广泛的应用:一方面,TBAF是一种强亲核氟化剂,可作为氟离子来源参与氟代反应; 另一方面,TBAF 释放的氟离子可与硅原子形成稳定的Si-F 键,在氟离子促进的有机硅化物反应中常被用作硅醚保护基团的脱保护试剂。此外,TBAF 还可用作有机碱催化剂,表现出较高的催化活性。TBAF 中氟原子是强有力的氢键受体,因此极易与水结合。市售TBAF 多以结合水或四氢呋喃溶液的形式销售。TBAF 的合成方法较多,常用方法是通过四丁基溴化铵的氟代反应,或直接用氟化氢的水溶液与正四丁基氢氧化铵的水溶液反应合成TBAF,然后在真空状态下除水。这种方法会造成TBAF 的损耗和水分残留。故合成的TBAF 只适用于对水不敏感的反应。有关无水TBAF 合成的报道相对较少,寻找一种绿色环保的合成无水TBAF 的方法对提升其应用效果具有重要的现实意义。TBAF 作为氟化剂适用的范围多为含硝基的底物,这在一定程度上限制了TBAF 的应用。继续拓展TBAF 的适用范围是研究重点。

【合成】[1][2]

方法1:室温下,在极性非质子溶剂(THF,DMSO 等)中,用四丁基氰化铵处理六氟苯,合成的无水TBAF 收率超过95%。

方法2:将氟化钾与四丁基铵盐溶解于去离子水中后,置于1-10℃介质中冷却1-5h,过滤后可得四丁 基氟化铵笼形水合物。所述的四丁基氟化铵笼形水合物的水分含量在65-75%。将所述的笼形 水合物干燥即得四丁基氟化铵三水合物。

【应用】[1][2]

TABF在有机合成中有广泛的应用。

1. 氟化反应

TBAF 作为氟离子来源,可亲核取代氯离子或对甲苯磺酰基。与无机氟化试剂相比,TBAF的反应条件更加温和,反应时间明显缩短。用TBAF 替代无机氟化试剂,与有机卤化物或甲苯磺酸酯反应,以高收率合成了氟化产物。用无水TBAF 作氟化,与硝基取代的吡啶经氟化硝基化反应合成了氟吡啶。2-硝基吡啶与4-硝基吡啶更容易反应,3-硝基吡啶需要在吸电子剂存在的情况下才能反应。值得注意的是,2-或4-硝基吡啶可以在室温或70 ℃ 下快速制得氟代吡啶,在有供电子基存在时,反应时间变长。

以对二硝基苯(PDNB) 为原料,无水TBAF 为氟化剂,经氟代脱硝法一步合成对硝基氟苯(PNFB)。结果表明,PDNB30mmol 和无水TBAF 25 mmol 在室温下反应1.5 h,PNFB 收率达98.5%。在该反应中,将TBAF 与其他氟化剂的反应活性作对比,发现TBAF 活性最强。此外,选用TBAF为氟化剂时,即使加入邻苯二甲酰氯来捕获NO2,NO2也很难引发其他副反应,PNFB 收率和选择性显著提高。

2. 硅醚保护基的脱保护

TBAF 与其他脱保护试剂(氢氟酸、氟化氢胺络合物和氟代无机盐等)相比,安全性更高,脱保护能力更强,是一种性能良好的硅醚脱保护试剂。自1972 年,发现用四正丁基氟化铵可以催化二甲基-叔丁基甲硅烷基醚在温和条件下迅速裂解成醇之后,TBAF 作为硅醚保护基的脱保护试剂逐渐进入化学家们的视野。2012 年采用TBAF 脱除了对三苯基衍生物中的OTBS 基团,首次实现了不使用氧化剂合成三联苯化合物。

目前报道的大多数氟离子的受体均基于氢键或Lewis 酸,其应用范围比较有限-只能在高浓度下捕获氟离子,选择性偏低。2016 年改进了TBAF 的使用方法(在反应结束后加入离子交换树脂和碳酸钙除掉残留的铵盐),使TBAF 产生的铵盐只需要通过简单的过滤就可除去。TBAF 虽然是一种性能良好的硅醚脱保护试剂,但也存在一些缺点。首先,它不适用于对碱性条件敏感的化合物和容易与亲核试剂发生反应的化合物; 其次,对于空间位阻比较大的化合物脱保护效果较差,需要提高反应温度或延长反应时间。

3.分子内环化

1974 年发现TBAF 可以催化苄氧羰基苯基丙酰胺分子内环化形成乙内酰脲。之前,该类型反应都在强碱作用下进行,副反应较多,环化产物的收率很低(20%~40%)。2011 年以TBAF 催化6-羟基-2-己酸乙酯和7 -羟基-2 -庚酸乙酯发生分子内环化反应,分别生成了2,5-取代四氢呋喃环和2,6-取代四氢吡喃环,该反应在15 min 内即可完成,E-产物立体选择性高且收率良好。反应得到的产物是Z-和E-烯醇醚的混合物,其中Z式产物为主产物:

2014 年报道了用TBAF 催化炔丙基脲分子内环化合成咪唑啉酮或亚甲基咪唑烷酮的方法:

虽然早在1995 年就已报道了TBAF 催化炔基酰胺的5-exo-dig 分子内环化反应,但TBAF 促进的尿素环化反应尚未见报道。以14 为底物,最终得到相应的芳香咪唑2-酮,收率66%~67%。该反应不需要回流,还保留了甲酯基团。F - 是反应顺利进行的关键,四丁基铵阳离子对三键进行活化,F-使氮的亲核性增加。2017 年报道了用TBAF 催化炔基环化反应,合成异恶唑啉和吡唑啉的方法。这种含有两个杂原子的环化产物可以在温和的条件下生成。

4.分子间环化

以TBAF 为催化剂,合成了吡唑并[1,2-b]酞嗪和二氢螺二氢吲哚-3,1'吡唑并[1,2-b]酞嗪:

实验需在超声协助下进行,环合产物收率较高。用TBAF 作催化剂效果最好,反应时间较短,收率较高。与以往的方法相比,用四丁基作催化剂具有经济可行性等优点,同时缩短反应时间,在较短时间内可以得到较高收率的杂环产物。可应用于各种芳香醛合成杂环化合物的反应。以TBAF 作催化剂,合成1,5-苯并硫氮酮衍生物,收率较高。研究发现,芳基肉桂酸和脂肪肉桂酸都可以发生此种环化反应,以中等至良好收率制得产物。但如果苯环上含有强给电子基团时,收率会明显降低。该反应的机理为2-氨基苯硫酚被氟离子催化,对不饱和酸产生更强的亲核攻击性,经Michael 加成反应生成中间体40;40 中的酸基团被n-Bu4N + 原位激活,发生分子内酰胺化,从而生成1,5-苯并噻吩酮衍生物:

5.其他反应

TBAF 还参与许多其他类型的反应。TMS 保护的炔烃与醛在TBAF 作用下生成烯醇,该方法简化了反应步骤,无需使用强碱,底物适用范围广;通过TES-重氮酮与多种醛在TBAF 作用下发生醛醇型加成反应,合成了β-羟基-α-重氮酮,在CuCl2和TBAF 共同作用下,末端炔可以发生氧化偶联反应,生成1,3-二炔。该方法适用于多种杂芳族和脂族炔,无需使用金属催化剂也可顺利反应;在合成4-甲基-7-芳基/ 杂芳香香豆素时发现,使用TBAF·3H2O 可以缩短反应时间,提高反应收率。其原因可能是TBAF·3H2O 除具有中等程度的碱性外,还在反应中作为亲核活化剂促进Pd( OAc)2中的Pd2 + 转化为具有催化活性的Pd + ,并且提高了氧化产物的稳定性,从而提高了反应速率。在合成6-苄氨基嘌呤的过程中,使用TBAF作为相转移催化剂,有效解决了传统固-液相催化反应中络合剂价格高昂、合成困难等问题。

【主要参考资料】

[1] 李琳,魏鹏飞,唐甜,杨丰科. 四丁基氟化铵的合成及其应用研究进展.

2018 ,第26 卷.合成化学, 第4 期,300~306
[2] 李义涛;伍阳;刘新烁;李凯;曾水明;张兵兵;卢沁月;屈季春.一种制备四丁基氟化铵三水合物的方法. CN201510030408.8,申请日2015-01-21