二溴二氟甲烷的合成及應(yīng)用

金杭丹 徐衛(wèi)國 李 華

(1.浙江省化工研究院有限公司，浙江杭州 310023)

0 前言

氟是最活潑也是電負性最大的非金屬元素，其形成的C-F鍵的鍵能為485.7 kJ/mol，比C-H鍵的鍵能410.3 kJ/mol要大得多，且氟原子的體積很小，是所有元素中與氫原子最為接近的元素，范德華半徑為1.35 ?，僅為氫的1.13倍。由于這些特性，氟原子的引入能引起化合物電子效應(yīng)和理化性質(zhì)的變化，從而增加有機氟化合物的穩(wěn)定性及生理活性［1］。含氟化合物通常具有優(yōu)良的耐溫性能、化學(xué)穩(wěn)定性和表面活性等特點［2］。

二溴二氟甲烷(CF2Br2)在反應(yīng)中能提供一溴二氟甲基(-BrCF2)和二氟亞甲基(=CF2)基團參與到大分子的殺蟲劑、活性藥物中間體、除草劑等的合成中，因這些基團具有強吸電子性和C-F鍵穩(wěn)定性，將其引入有機分子中是一種有效的修飾生物活性化合物的方法［3］，且使這些物質(zhì)具有某些特定官能團的作用。

二溴二氟甲烷(Dibromodifluoromethane)哈龍命名法命名為Halon1202，其分子式為CBr2F2，分子量為209.82，是無色氣體/液體，不溶于水，可溶于乙醚、丙酮、乙醇和苯。其他物理性質(zhì):密度8.7 kg/m3(氣態(tài))、2.27 g/cm3(液態(tài))，熔點 -101.1 ℃，沸點22.8℃，蒸氣壓83 kPa(20℃)，分配系數(shù)logP=1.99，臭氧破壞潛勢 (ODP)為 0.4(CCl3F=1)。CBr2F2會消耗大氣臭氧層中的臭氧而對環(huán)境造成破壞性影響。故不能直接使用也不能將其廢液傾倒入水池，應(yīng)收集后集中處理。

1 CBr2F2的制備方法

1.1 二氟甲烷的熱溴化［4］

將CH2F2通入液溴中，液溴保持52～58℃，產(chǎn)生的混合氣為Br2∶CH2F2=1.9∶1，在石英管中反應(yīng)，熱溴化溫度為500℃，接觸時間為15 s，轉(zhuǎn)化率為85%，產(chǎn)品選擇性為93.4%。

CH2F2熱溴化時，如果在Br2中混配Cl2可以大大降低反應(yīng)的溫度，在350℃即可發(fā)生反應(yīng)。

1.2 二氟二氯甲烷的催化溴化［5］

二氟二氯甲烷的催化溴化反應(yīng)中所用催化劑為活性炭負載溴化鉻或溴化鋅，如催化劑上負載40%的溴化鋅，原料為 CCl2F2、CF2Br2和 HBr，物質(zhì)的量比為1∶1∶1，反應(yīng)溫度為320℃，接觸時間為16 s，得到的粗品中 CBr2F2的質(zhì)量分數(shù)可達到41%，CF2ClBr的質(zhì)量分數(shù)為28%，CF2Cl2的質(zhì)量分數(shù)為31%。

1.3 二氟化合物的溴氧化［6］

二氟化合物的溴氧化反應(yīng)，需要O2參與，而且CF2Br2主要是作為副產(chǎn)物出現(xiàn)。

上述3種制備二溴二氟甲烷的方法中，主要采用以二氟甲烷為原料通過熱溴化方法制備。采用溴素作為溴化劑，但所需的反應(yīng)溫度較高，溫度很高時有可能導(dǎo)致部分產(chǎn)品分解、結(jié)焦，對反應(yīng)設(shè)備耐腐蝕的要求比較高。溴化方法中還包括光溴化和催化溴化，它們的特點是反應(yīng)溫度較低、選擇性較高，但關(guān)于二溴二氟甲烷的光制備法和催化溴化法的報道很少。

2 CBr2F2的應(yīng)用

2.1 制備一溴二氟甲基(-BrCF2)化合物

2.1.1 與烯烴和炔烴的加成反應(yīng)

1)CF2Br2與烯烴的加成反應(yīng)

CF2Br2與烯烴和炔烴加成的基本條件是由輻射［7］、金屬［8-11］、硼［12］、過氧化氫［13-14］引發(fā)反應(yīng)，得到相應(yīng)的加合物。反應(yīng)中與CF2Br2加成的烯烴化合物可以是任意比例參與加成反應(yīng)，通常烯烴化合物與CF2Br2的投料物質(zhì)的量比是10～0.1∶1，優(yōu)選條件是 1∶1［15］，CF2Br2與烯胺發(fā)生水解反應(yīng)(沒有任何引發(fā)劑)，生成了 α -CBrF2酮［16］。

2)CF2Br2與炔烴的加成反應(yīng)

傳統(tǒng)中將CF2Br2加成到雙鍵或三鍵化合物上的方法仍在廣泛使用［17-19］。Yoshida 等人［20］報道稱，當錫介導(dǎo)的自由基CF2Br2加成到C60單元上時，鈰鹽和過硫酸銨可用于引發(fā)各種炔烴反應(yīng)［21］。

2.1.2 與親核試劑反應(yīng)

CF2Br2與親核試劑反應(yīng)，如CF2Br2與碳負離子［(EtO2C)2CR］-［22］、RC≡C-［23］、［PhCH=NC(Me)CO2Me］-［24］反應(yīng)得到了具有 -CBrF2基團的相應(yīng)化合物。CF2Br2與膦或亞磷酸酯的反應(yīng)能提供一溴二氟甲基磷鹽和一溴二氟甲基磷酸鹽［25-26］。CF2Br2還能與硫和氧親核試劑反應(yīng)，得到二氟溴甲基硫化物［27-29］和醚［30］。吡唑與 CF2Br2和 NaH 反應(yīng)得到N'-一溴二氟甲基吡唑［31］。

2.1.3 制備二氟卡賓

CF2Br2是二氟卡賓的前驅(qū)體。其應(yīng)用范圍有合成 β - 受體阻滯劑［32］、二氟甲基丙烯酸甲酯［33］、氟代環(huán)丙烷［34］、二溴二氟亞甲基酰亞胺手性烯醇化物［35］，最終反應(yīng)顯示的是繼續(xù)進行所示的卡賓機制，而不是通過直接位移。

二氟卡賓也可以由CF2Br2與鐵四羰基二價陰離子反應(yīng)生成［36］，但這些卡賓配合物不穩(wěn)定，通常為自凝結(jié)狀態(tài)。

2.2 制備二氟亞甲基(=CF2)化合物

2.2.1 制備6，6-二氟-5-甲基-5-己烯酸芐酯［37］

制備殺蟲劑和殺螨劑的鹵代鏈烯烴，將三(二甲基氨基)膦逐滴加到含有二溴二氟甲烷的二甘醇二甲醚溶液中，再加入5-氧代己酸芐酯得到目標產(chǎn)物6，6-二氟-5-甲基-5-己烯酸芐酯，產(chǎn)率為86%，其沸點為145～152℃/1.8 kPa，Rf=0.50(己烷/乙酸乙酯=8/2)=1.4760。

此殺蟲劑對廣泛范圍幼小的節(jié)肢動物都具有活性，因此不僅能用來防治植物害蟲，也能用來消滅人體和家畜的寄生蟲，特別是能用來消滅對其他物質(zhì)具有抵抗力的寄生蟲。殺蟲劑可使用的濃度為0.0005% ～5%，優(yōu)選0.001% ～1%(以每100 mL組合物中活性組分的克數(shù)計算)。包括動物體外寄生蟲在內(nèi)的能用此殺蟲劑消滅的昆蟲有:鱗翅目，例如棉鈴蟲和大粉蝶;雙翅目，例如家蠅、地中海實蠅和絲光綠蠅等。

2.2.2 制備3-腈基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-(2，2-二氟乙烯基)吡唑

將3-腈基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-甲?；吝?、二溴二氟甲烷和二氯甲烷置于不銹鋼反應(yīng)器中加熱、攪拌。將反應(yīng)混合物蒸發(fā)并將殘余物在硅膠上用二氯甲烷 ∶己烷洗脫進行柱色譜純化。合并并蒸發(fā)適當?shù)酿s份得到產(chǎn)物3-腈基-1-(2，6-二氯-4-三氟甲基苯基)-4-(2，2-二氟乙烯基)吡唑，為白色固體，熔點為75 ～77 ℃［38］。

2.2.3 維蒂希反應(yīng)中的應(yīng)用

CF2Br2在維蒂希反應(yīng)(Wittig reaction)中是引入=CF2基團到有機分子中的前驅(qū)體。存在CF2Br2與六甲基亞磷酰三胺或三苯基膦的條件下，醛和酮可以被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的1，1-二氟烯烴［39-41］。此外，存在膦或金屬(鋅或鎘)的條件下，鏻鹽［R3PCF2Br］+Br-與醛和酮反應(yīng)也得到了相應(yīng)的1，1- 二氟烯烴［42-43］。

1997年，蔡米氏阿爾布佐夫報告了霍納爾-沃茲沃斯-埃蒙斯過程(Horner-Wadsworth-Emmons process)的變化［44］，亞磷酸三乙酯與CF2Br2反應(yīng)得到二乙基(二氟溴甲基)膦酸二乙酯。在鋅的作用下，可以用各種酰氯?；玫蕉一?2-氧代-1，1-二氟磷酸鹽，后與格氏試劑反應(yīng)得到1，1-二氟烯烴。

2.3 CF2Br2作為鹵化劑的應(yīng)用

2.3.1 CF2Br2在蘭堡-巴克倫反應(yīng)中的應(yīng)用

近年來，CF2Br2最顯著的用途之一是在蘭堡-巴克倫反應(yīng)(Ramberg–B?cklund Reaction)中被用作鹵化劑［45-47］。邁耶首次于1974年報道了烯烴的合成［48］，但1994年陳等人［49］就對其在蘭堡–巴克倫反應(yīng)中的應(yīng)用發(fā)表了詳細的研究，自此被用于合成各種各樣的復(fù)雜體系［50-52］。蘭堡-巴克倫反應(yīng)中經(jīng)常用到CF2Br2試劑，主要是因為可以在室溫或低于室溫的條件下進行反應(yīng)，且沸點較低，在反應(yīng)結(jié)束時可以較容易地除去試劑。此外，減少了初始砜類物質(zhì)的過鹵化作用，且在標準邁耶斯條件(CCl4/KOH)下的持續(xù)性問題和低反應(yīng)性的二氟卡賓說明沒有多余的卡賓在烯烴產(chǎn)品上發(fā)生反應(yīng)。

2.3.2 合成烯二炔和多烯中的應(yīng)用

曹等使用此改性蘭堡-巴克倫反應(yīng)與CF2Br2合成了一系列的共軛烯二炔［53-54］、己三炔和辛四烯［55-56］。

2.3.3 合成外烯糖和C-連接二糖中的應(yīng)用

近年來，Taylor［57-58］和 Franck［59］的研究小組利用CF2Br2作為鹵化劑，使其在蘭堡-巴克倫反應(yīng)中有了新的應(yīng)用，報道了使用二氧化硫苷試劑合成外烯糖的研究［60］。

Taylor還報告了CF2Br2在合成C-連接的氨基酸［61］和二糖中的應(yīng)用［62］，F(xiàn)ranck 也用這種方法合成了抗生素阿托霉B的一個片段。

2.3.4 制備三氟甲基化合物CF3Cu

由CF2Br2制備 CF3Cu是比較容易的，處理CF2Br2和DMF中的Zn或Cd可形成CF3ZnX或CF3CdX。CuX和CF3ZnX或CF3CdX復(fù)分解得到CF3Cu試劑、芳基和乙烯基碘、烯丙基氯［63］和活化的芳基氯［64］。

3 展望

隨著有機氟化學(xué)的興起和發(fā)展，二溴二氟甲烷作為多類型反應(yīng)的試劑原料在醫(yī)藥、農(nóng)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，藥物性能上相對具有用量少、高效、低毒、代謝能力強的優(yōu)點，因此吸引了更多學(xué)者進行研究，預(yù)示著在今后的生產(chǎn)生活中將有更廣泛的實際應(yīng)用。

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