Издание журнала осуществляется при поддержке ЗАО НПО "Пим-Инвест" и ИНЭОС РАН
Выпуск № 6(139), ноябрь - декабрь 2021 — "α-Фторалкиламины, их свойства и применение в качестве источников нуклеофильного фтор-иона"
Поступило в редакцию: Ноябрь 2021

УДК 542.91:547.416

Fluorine Notes, 2021, 139, 3-4

<

α-ФТОРАЛКИЛАМИНЫ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКОВ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ФТОР-ИОНА

В.Э. Бойкоа,б, В.Л. Дона,б

аИнститут элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАН,119991, Москва, ул. Вавилова, д. 28.
e-mail: boykii@mail.ru
бООО НПО «ПиМ-Инвест», 119991, Москва, Ленинский проспект, 47.

Аннотация: Мини-обзор посвящен α-фторалкиламинам, в том числе соединениям, содержащим более одного атома азота в α-положении к фтору, их получению, свойствам и применению в синтезе фторалифатических и фторароматических соединений в качестве источников нуклеофильного фтор-иона.

Ключевые слова: фтор-ион, α-фторалкиламины, фторметилдиметиламин, дифторметилдиметиламин, трифторметилдиметиламин, бис-(диметиламино)дифторметан, формамидиний гидрофторид, гуанидиний фторид, трис-(диметиламино)фторметан.

Фтор-ион играет большую роль в химии фторорганических соединений. Он не только способен замещать другие галогены и различные уходящие группы на фтор, но, что особенно важно, способен генерировать фторсодержащие анионы из электрофильных ненасыщенных соединений. Нуклеофильность фтор-иона кардинальным образом зависит от среды. В протонных растворителях, а особенно в воде, фтор-ион в силу своего малого радиуса и высокой плотности заряда образует сильные водородные связи и вследствие этого является слабым нуклеофилом. Внутренняя сфера гидратированного фтор-иона содержит пять прочно связанных молекул воды, в отличие от ионов хлора (три) брома (две). [1]. Этим объясняется порядок нуклеофильности галогенид ионов в воде I- < Br- < Cl- >> F- [2, 3]. В полярных апротонных растворителях порядок силы нуклеофила меняется на обратный: F- >>Cl- > Br- > I- [1]. В полярных апротонных растворителях нуклеофильность фтор-иона зависит в том числе и от катиона. Зависимость обусловлена преимущественно радиусом катиона, определяющим способность к диссоциации [4, 5]. Источники фтор-иона для большинства реакций это в первую очередь фториды щелочных металлов. Растворимость неорганических фторидов в полярных апротонных растворителях мала. Увеличивает нуклеофильность фтор-иона специфическая сольватация катиона, как например комплексообразование с краун эфирами [6]. Значительно больше растворимость тетраалкиламмониевых солей, и они являются очень эффективными источниками фтор-иона для многих реакций, однако их чрезвычайно сложно получить в безводном виде, а наличие воды снижает активность фтор-иона [7]. Из экономических соображений, для масштабных промышленных синтезов в 70-80 годы этот выбор ограничивался фторидом калия. Задача поиска новых альтернативных источников фтор-иона была крайне актуальна в 70-80 годы прошлого века, когда И. Л. Кнунянц обратил свое внимание на α-фторалкиламины, и продолжает оставаться актуальной сейчас.

1. α-Фторалкиламины

Известен целый ряд α-фторалкиламинов, к которым относятся фторметилдиалкиламины, в том числе фторметилдиметиламин (1) [8], дифторметилдиметиламин (2) [9-10], трифторметилдиалкиламины (3) [11-14],

полифторалкиламины - наиболее изученные из них, получаемые взаимодействием фторолефинов с диалкиламинами, которые называют иначе фторалкиламино реагенты (ФАР) (4a-c) [15-17], а также перфтортриалкиламины (5) [18-22].

Подобно остальным третичным аминам α-фторалкиламины, за исключением перфторалкиламинов, лишенных основных свойств [23], образуют четвертичные аммониевые соли при действии алкилирующих агентов. Кристаллический йодистый фторметил(триметил)аммоний образуется при смешении фторметилдиметиламина (1) с йодистым метилом [8], такая же соль получена из дифторметилтриметиламина (2) [24].

Четвертичные соли трифтортриметиламина и полифтортриалкиламинов (6) получены взаимодействием с йодистым метилом в присутствии тетрафторбората серебра [23].

Общим свойством α-фторалкиламинов является высокая подвижность α-атомов фтора. Причиной подвижности α-атомов фтора является стабилизация катиона, образующегося при отрыве фтор-иона, неподеленной парой азота [25].

Все α-фторалкиламины легко гидролизуются водой и энергично взаимодействуют с различными гидроксилсодержащими соединениями. Это их свойство нашло широкое применение для замещения гидроксильных групп на фтор.

Наиболее широко для этой цели применяются ФАР: реагенты Яровенко () и Ишикавы (4b), получаемые соответственно взаимодействием хлортрифторэтилена и перфторпропилена с диэтиламином, а также продукт взаимодействия с диэтиламином тетрафторэтилена, называемый также реагентом Петрова ().

Из спиртов взаимодействием с ФАР получают монофторалканы [15-17, 28], а из кислот и из сульфокислот - фторангидриды и сульфонилфториды [15, 26-28]. Вторым продуктом этой реакции является соответствующий амид (7), в случае реактива Яровенко - диэтиламид хлорфторуксусной кислоты, Ишикавы - диэтиламид 2,3,3,3-тетрафторпропионовой кислоты, и диэтиламид дифторусксусной кислоты в случае реагента Петрова.


С кислотами Льюиса фторалкиламины, в частности ФАР, образуют иминиевые соли (8) [29].

Такие иминиевые соли используют в синтезе фторсодержащих гетероциклов [29-31].

Реакциям ФАР, наиболее часто используемых в качестве фторирующих реагентов для замены гидроксила на фтор: реактивам Яровенко, Ишикавы и Петрова, а также применению полученных из них взаимодействием с кислотами Льюиса иминиевых (иммониевых) ионов в синтезе гетероциклов посвящен ряд обзоров [30-38].

Здесь нам хотелось бы подробнее остановиться на других α-фторалкиламинах, как ковалентных содинениях, которые однако могут рассматриваться как равновесные мезомерные иминиевые структуры, способные выступать в качестве источников фтор-иона, так и ионных бис- и трис-(диамино)фторметанах, где фтор-ион координирован с алкилиминиевым катионом, которые также представляют огромный интерес в качестве источников фтор-иона.

1.1. Фторметилдиметиламин

Фторметилдиалкиламины были впервые получены в 1970 г. расщеплением соответствующих аминалей (9) фторангидридами карбоновых кислот [8].

В отличие от полученных ранее хлорметил-, брометил- и йодметилдиалкиламинов, которые проявляли солеобразные свойства и рассматривались как карбиминиевые соединения [39], фторметилдиалкиламины оказались жидкостями с невысокой температурой кипения, растворимыми в полярных и неполярных органических растворителях, типичными ковалентными соединениями [8]. Однако в 19F спектре фторметилдиалкилмина (1b) спин-спиновое взаимодействие F-H наблюдалось только при отрицательных температурах, при повышении температуры оно исчезало, во фторном спектре триплет переходил в синглет, а, соответственно, в протонном спектре дублет в синглет, что свидетельствовало о быстром обмене фторов между молекулами, т.е. о преобладании ионной структуры [8].

Простейший из фторметилдиалкиламинов фторметилдиметиламин представляет собой бесцветную жидкость, кипящую 46С при нормальном давлении, растворимую в пентане, эфире и других полярных и неполярных органических растворителях. В начале двухтысячных фторметилдиметиламин явился объектом исследований молекулярной структуры и квантово-химических расчетов, была построена модель молекулы в газовой фазе [25].

Исследование FCH2NMe2 газовой электронографией показало его существование в виде единственного конформера с антиперепланарной ориентацией C–F связи по отношению к неподеленной паре N (см. Рис.1).

Рисунок 1. Молекулярная модель FCH2NMe2.

Донорно-акцепторное взаимодействие между неподеленной электронной парой и вицинальными σ* орбиталями - так называемое аномерное взаимодействие, рассматриваемое в классическом варианте как резонансные структуры амин - ион иминия, приводит к ожидаемым структурным последствиям - укорочению связи между атомом азота и связанным со фтором атомом углерода [N–CF = 1,408Å], по сравнению с длиной связи азот – метильная группа [N–CMe = 1,466Å], удлинению связи C–F до 1,410Å и увеличению углов связей азота и углерода. Рассчитанные квантово-химическим путем величины близки к экпериментальным. Рассчитаная квантово-химическим путем энергия взаимодействия неподеленной пары азота с σ* орбиталью С–F связи в антиперепланарной ориентации составляет 28,2 ккал/моль [25].

Эти исследования хорошо согласуются с открытыми в 80-х годах в лаборатории Кнунянца реакциями.

Исследуя химические свойства фторметилдиметиламина, в лаборатории Кнунянца обнаружили, что он легко присоединяется к перфторолефинам - перфторпропилену, перфторизобутилену по ионному механизму [40].

Ионный механизм этой реакции подтверждается образованием характерных побочных продуктов. Для образования (11), которого получилось 20% в результате реакции с перфторпропиленом необходимо, чтобы вначале образовался димер перфторпропилена, образование которого инициируется F-ионом [40].

Подобным образом фторметилдиметиламин реагирует с перфторизобутиленом, давая перфтор(трет-бутил)триметиламин Me2NCH2C(CF3)3, который однако, легко гидролизуется соляной кислотой, в отличие от продукта взаимодействия с перфторпропиленом - перфторизопропилтриметиламина (10), образующего устойчивый хлоргидрат.

Реакция с перфторазапропеном (12), который реагирует исключительно как электрофил, также, по-видимому, начинается с отрыва фтор-иона из фторметилдиметиламина [40].

Фторметилдиметиламин реагирует и с фторкетонами, но при этом образуются ионные соединения – алкоголяты N,N-диметилметилениминия (13), ионная структура которых подтверждена их физическими свойствами и спектральными данными. Эти соли хорошо растворяются в полярных растворителях (ДМФА, ацетонитрил), но не растворяются в эфире. Некоторые данные говорят об обратимости процесса присоединения фторметилдиметиламина к фторкетонам. Сигналы одиночного F в спектре соли (13) пропадают выше -20°С, что свидетельствует об обменных процессах, связанных, по-видимому, с обратимостью присоединения фторметилдиметиламина к полифторкетонам. [41].

Эти соли легко реагируют с перфторпропиленом и перфторизобутиленом, образуя продукты присоединения перфторалкокси-аниона и метилениминиевого катиона по кратной связи олефина. Поскольку легкость присоединения уменьшается от перфторизобутилена к перфторпропилену и тетрафторэтилену, который совсем не удалось вовлечь в эту реакцию, авторы предположили нуклеофильный механизм присоединения соли, когда сначала происходит атака перфторалксианиона на олефин, а затем полученный β-алкоксикарбанион ковалентно связывается с метилениминиевым катионом, образуя перфтор(алкоксиалкил)амин (14).

В пользу обратимости процесса присоединения фторметилдиметиламина к кетонам говорит и образование Me2NCH2C(CF3)3 в качестве побочного продукта наряду с (14) при присоединении соли (13) к перфторизобутилену при температуре выше -10°С [41].

Образование диалкиламинофторметанов, способных генерировать фтор-ион, при взаимодействии тетраалкилдиаминометанов - бис-(диметиламино)метана, бис-(диэтиламино)метана, бис-морфолино- и бис-пиперидинометанов с фторангидридами перфторкарбоновых кислот, дало возможность использовать тетраалкилдиаминометаны в качестве катализаторов конденсации окиси перфторпропилена с фторангидридами перфторкарбоновых кислот с целью получения фторангидридов перфторалкоксипропановых кислот (16) - исходных для получения перфторалкоксивиниловых мономеров - сырья для получения полимеров, обладающих специальными свойствами [42].

Конденсация в присутствии каталитического количества N,N,N',N'-тетраалкилдиаминометанов протекает с промежуточным образованием диалкиламинофторметана, который генерирует F-ион, инициирующий образование перфторалкоксианиона (15) взаимодействием с фторангидридом перфторкарбоновой кислоты.

В дальнейшем такие реакции легли в основу производства, запущенного С.М. Игумновым в Пермском отделении Российского Центра Прикладной Химии (Пермский филиал ГИПХ) - получения перфторвиниловых эфиров, в частности перфторметилвинилового (17) и перфторбромэтилвинилового (18), и поверхностно активных материалов на основе перфторалкоксипропановых кислот (19) [43]. Для этих процессов использовался N,N,N',N'-тетраэтилметилендиамин в каталитических количествах. Применение этого каталитического метода позволило проводить многие процессы с участием О-анионов в температурном интервале от -10°С до комнатной и при атмосферном давлении, в то время как использование иных источников F-иона в аналогичных процессах требует повышенных температур (90- 150°C) и давления (5 - 200 атм) [44].

Тетраалкилдиаминометаны также были использованы в качестве катализаторов олигомеризации окиси перфторпропилена, при катализе тетраалкилдиаминометанами преимущественно получается тетрамер окиси.

Пример взаимодействия фторметил(диметил)амина с фосфорными электрофилами изучен Рошенталлером и Хоге, в результате взаимодействия фтортриметиламина с трифторидом фосфора или триалкилфосфинами получается твердое вещество, представляющее собой цвиттер-ион (22). Предполагаемый механизм взаимодействия включает первоначальный перенос фтор-иона от фторметилдиметиламина к PRf3 с образованием аниона [Rf3PF]- и иминиевого катиона, атаку этим анионом атома углерода иминиевого катиона с образованием фосфорана Rf3PFCH2NMe2 (20), далее отрыв фосфораном фтор-иона из второй молекулы Me2NCH2F с образованием фосфата (21), который координируется с оставшимся иминиевым ионом, образуя цвиттерион (22) [45].

Обработка продукта реакции с P(C2F5)3 – [(C2F5)3PF2(CH2NMe2CH2NMe2)] (18) водным гидроксидом натрия приводит к образованию перфторалкилфторфосфата натрия - Na+ [(C2F5)3PF2 (CH2NMe2)]ˉ (19) [45].

Перфторалкилфторфосфаты щелочных металлов находят применение в электронной промышленности, выгодно отличаясь от традиционно применяемых гексафторфосфатов большей термостабильностью и устойчивостью к гидролизу, и в качестве ионных жидкостей [46].

1.2. Дифторметилдиметиламин

Дифторметилдиметиламин (2), полученный впервые в 1962 г. [2] взаимодействием карбонилфторида с диметилформамидом, представляет собой легкокипящую жидкость (т.кип. 49-51°С) , в его спектре и при 20°С наблюдается спин-спиновое взаимодействие между атомами фтора и водорода, что определенно указывает на ковалентный характер связи, с то время как аналогичное хлорное производное имеет чисто ионный характер [(CH3)2N=CHCI]+Cl, и представляет собой гигроскопичную нелетучую соль [47].

Рентгенографическое исследование четвертичной соли (CH3)3NCHF2, проведенное в 1986 году, показало, что длина связи N-CHF2 (1,497 Å) меньше, чем связи N-CH3 (1,508 Å) [24].

Дифторметилдиметиламин также проявляет химические свойства, обусловленные подвижностью атомов фтора - экзотермически разлагается водой, при взаимодействии с трехфтористым бором образует тетрафторборат N,N-диметилфторметилениминия, реагирует с карбоновыми кислотами с образованием фторангидридов при 0С и с бензальдегидом, давая α,α-дифтортолуол с хорошим выходом [10].

Дифторметилдиметиламин, как и фторметилдиметиламин, как было показано, способен быть источником фтор-иона при взаимодействии с сильно электрофильными соединениями, такими как бистрифторметилкетен и трифторметилизоцианат, давая гексафторизобутенилдиметиламин (20) и N-трифторметил-N',N'-диметилформамидин (21). Предполагается, что первоначально амин присоединяется по кратной связи ненасыщенного соединения, затем промежуточные продукты подвергаются дефосгенированию [48].

При взаимодействии с гексафторацетоном образуется нерастворимый в эфире кристаллический продукт, по аналогии с реакцией фторметилдиметиламина можно предположить образование соли (22), однако его не удалось идентифицировать, поскольку при температуре выше -30°С он разлагается, предположительно через диметиламинофторкарбен (23), который с избытком гексафторацетона образует диоксолан (24) (Был выделен и идентифицирован продукт гидролиза диоксолана) [48].

Дифторметилдиметиламин (2) присоединяется к перфторизобутилену, образуя иминиевую соль, стабилизированную третбутиланионом (25), которая находится в равновесии с солью (). При 20°C третбутил-анион атакует углерод катиона иминиевой соли (25) и образуется 1-фтор-1-перфтор(трет-бутил)триметиламин (26), а при 80°C третбутиланион соли (25) депротонирует катион с образованием гидроперфторизобутана и диметиламинофторкарбена (23), который реагирует с перфторизобутиленом, частично находящемся в равновесии () ↔ (25), образуя 1-диметиламино-перфтор((3-метил)бутен-2) (27) с выходом 80% [48].

В последнее время возник интерес к применению дифторметилдиметиламина в качестве фторирующего агента. Недавно дифторметилдиметиламин был с успехом применен как фторирующий агент для замены гидроксила на F в синтезе интермедиата (28) для лекарственного препарата фторфеникола. Фторирование проводили в дихлорметане, авторы сообщают, что применение дифтордиметиламина позволило сократить отходы, поскольку побочный продукт (диметилформамид) используют повторно для получения дифтордиметиламина, снизить температуру, необходимую для реакции, по сравнению с фторированием реагентом Ишикавы, и повысить выход до 97% [49].

Другие авторы сообщают, что с его помощью возможно проводить фторирование вторичных спиртов. 1-Фторэтилбензол получен из соответствующего спирта с выходом более 80% [50].

1.3. Трифторметилдиметиламин

Трифторметилдиалкиламины, впервые полученные в 1957 г, представляют собой ковалентные соединения [51].

Трифторметилдиметиламин представляет собой легкокипящую жидкость с температурой кипения 20°C, трифторметилдиэтиламин кипит 71°C.

Эти соединения были получены также фторированием диметилформамида четырехфтористой серой в присутствии фтористого калия [14] или фторированием соответствующего трихлорметилдиалкиламина трехфтористой сурьмой [52].

Рентгенографическое исследование четвертичной соли трифторметилдиметиламмоний иодида, проведенное в 1986 г. показало, что разница межатомных расстояний N-CF3(1,491Å) и N-CH3 (1,514Å) становится еще существеннее, чем для соответствующей соли дифторметилдиметиламина [24].

Трифторметил(диалкил)амины весьма реакционноспособные соединения, дымят на воздухе, бурно разлагаются водой, давая соответствующие формиламины (29).

Дмовский с сотрудниками исследовали возможность применения трифторметилдиэтиламина в качестве фторирующего агента, и пришли к выводу, что он может быть полезен для фторирования вторичных и третичных спиртов, в то время как взаимодействие с первичными спиртами дает сложные смеси продуктов. [53]. Так при фторировании им изопропанола изопропилфторид получен с выходом 75%, а при фторировании трет-бутанола получается 3,5:1 трет-бутилфторида и 2-метилпропена, в то время как при использовании реактива Яровенко побочный продукт преобладает [53].

Трифторметилдиэтиламин не удалось присоединить к перфторолефинам, кроме того он не катализирует олигомеризацию гексафторпропена даже при повышенных температурах [53].

2. Соединения, содержащие более одного атома азота в α-положении к фтору

2.1. N,N,N',N'-формамидиний бифторид

Известно, что стабильность иминиевых катионов увеличивается в ряду

В поисках источника фтор-иона для того, чтобы повысить устойчивость иминиевого катиона, а значит и его способность генерировать карбанионы, в лаборатории Кнунянца в 80-е годы были предприняты попытки получения соединений, содержащих более одного атома азота в α-положении к фтору.

Первой целью исследований стало получение бис-(диметиламино)фторметана. Замещение подвижного атом фтора в дифторметилдиметиламине на диметиламино группу идет уже при комнатной температуре, однако, бис-(диметиламино)фторметан, образующийся в реакции дифторметилдиметиламина с диметиламином, удалось выделить только в виде фторгидрата, бифторида тертаметилформамидиния (ТМФБФ) (30), обладающего ярко выраженным ионным характером.

По-видимому, фтор-ион образующегося бис-(диметиламино)фторметана отрывает HF от фторгидрата диметиламина, что и приводит к образованию соли (30).

В присутствии бифторида ТМФБФ (30) Игумнову удалось получить и зафиксировать методом ЯМР при пониженных температурах карбанионы из ряда перфторолефинов, в том числе из тех, из которых не удавалось получить карбанионы прежде, используя CsF и KF - из перфтор(2-метилпент-2-ена) (31), перфтор(4-метилгепт-3-ена) (32) и перфтор(этилциклогекс-1-ена) (33) [54].

Полученные таким образом перфторалкилкарбанионы были ацилированы фторангидридами карбоновых кислот с получением перфторалкилкетонов и их енольных производных [55].

Можно отметить, что перфторпропилен реагирует с бензоилфторидом в присутствии ТМФБФ уже при комнатной температуре [56], в то время как в присутствии фтористого калия эта реакция осуществляется под давлением при 120°С [57].

В случае ацилирования перфторпропена бензоилфторидом получают перфторизопропилфенилкетон (34), в случае ацилирования ацетилфторидом смесь кетона (35) с ацетатом его енольной формы (36) [55].

Используя ТМФБФ удалось также ацилировать перфтортретбутил анион. При ацилировании перфторизобутилена ацетилфторидом образуются только ацетат (37) и перфторизобутиленолят (38) соответствующего енола. [55]

Ацилаты енолов (37) при кипячении с H2SO4 с количественным выходом превращаются в соответствующие кетоны [55].

2.2. Бис-(диметиламино)дифторметан (39) и его циклический аналог 2,2-дифторо-1,3-диметил имидазолин (40).

Бис(диметиламино)дифторметан (39) может быть получен фторированием KF тетраметилхлорформамидиний хлорида (41), легко доступного хлорированием тетраметилмочевины каким-либо хлорирующим агентом, подобным образом получают и его циклический аналог (40) [58, 59].

2,2-Дифторо-1,3-диметилимидазолин (40) был применен в качестве мягкого фторирующего агента, он реагирует со алкилкарбинолами подобно реактиву Яровенко и остальным ФАР, а также с карбонильными соединениями. Из бензальдегида с хорошим выходом получен дифторметилбензол, в реакциях же с карбонильными соединениями, содержащими атомы водорода у соседнего атома углерода, наблюдаются побочные реакции, приводящие к образованию алкилвинилфторидов [59].

Взаимодействием бис-(диметиламино)дифторметана (39) с трифторидом фосфора Рошенталлер получил гексакоординированный карбеновый комплекс P(V)-фторида (42) и предложил механизм его образования, в котором на первом этапе фтор-ион переносится из амина (39) к трифториду фосфора с образованием фосфоранид-иона и катиона 2‑фторамидиния, далее катион атакуется фосфоранид-ионом и образуется связь C-P, после чего фосфор отнимает еще один фтор-ион и образут комплекс фосфора (V) с карбеном из амина (39). Подтверждением предложенного механизма явилась фиксация с помощью низкотемпературного ЯМР тетрафторфосфоранид-аниона в растворе [60].Такой же комплекс получен и из 2,2-дифторо-1,3-диметил имидазолина (40) [60].

Полученные гексакоординированные комплексы фосфора представляют собой бесцветные твердые вещества, устойчивые и слабо растворимые в воде.

Теми же авторами были получены аналогичные комплексы с элементами главной подгруппы IV группы – германием и оловом – соединения (43) и (44) окислительным присоединением бис-(диалкиламино)дифторметанов к соответствующим галогенидам [58]

При этом если с германием выделяют нерастворимые в ТГФ твердые комплексы (43 a и b), соответствующие нейтральные комплексы олова не получены. Взаимодействие (39) и (40) с SnF2 приводит к раствору соли (44), связано это вероятно с тем, что тетрафторид олова (IV) является более сильной кислотой Льюиса и способен оторвать дополнительный F -ион из бис-диметиламинодифторметана (39) или 2,2-дифторо-1,3-диметил имидазолина (40) с образованием гигроскопичных солей (44 a и b) с 2- фторамидинием, выступающим в качестве противоиона.

2.3.Трис-диметиламинофторметан (гуанидиний фторид) (46)

Трис-(диметиламино)фторметан (46) представляет особый интерес для генерации фтор-ионов. Впервые он был получен Игумновым реакцией соли пивалата гексаметилгуанидиния (45) с диметиламинотрифторсульфураном и выделен в виде гигроксопичных кристаллов [61].

Физические свойства (46) оказались близки к свойствам известных солей гуанидиния. Полученная соль хорошо растворялась в полярных растворителях, таких как ДМФА и ацетонитрил, но не растворялась в эфире. В ИК спектре соединения наблюдали полосу, соответствующую С=N связи в солях гуанидиния. В ПМР спектре имелся только один сигнал, соответствующий CH3N в солях гуанидиния, а в 19F спектре два сигнала - синглет - 25 м.д. (от CF3COOH), соответствующий не связанному прочной водородной связью фтор-иону. и дублет. в области 71 м.д. (от CF3COOH), что дало основание предполагать, что эта соль существует частично в виде гидрофторида, такие сдвиги и константа характерны для HF2 [62].

Подобно тетраметилформамидиний бифториду гексаметилгуанидиний фторид реагирует с перфторизобутиленом с образованием ионного соединения, где карбанион стабилизирован гексаметилтриаминометановым катионом - (47) [61].

Это же соединение (47) было получено взаимодействием гуанидиний хлорида с цезием фтористым и перфторизобутиленом в диглиме. Образование соли (47) в этом случае также подтверждено ацилированием ее хлористым ацетилом с образованием енольных производных (37) и (38) и хлористым бензоилом, в результате чего был получен кетон (48) [61]. Получение фенилперфтортретбутилкетона (48), который как было показано распадается на перфторизобутилен и фтористый бензоил в присутствии следов фтор-иона [63], свидетельствует о необратимости присоединения перфторизобутилена к гексаметилгуанидинийфториду [61].

Также полученный in situ взаимодействием гуанидиний хлорида с цезием фтористым или калием фтористым в диметилформамиде гуанидиний фторид может быть использован в качестве катализатора фторирования.

Так с использованием его в качестве катализатора фторирования, была разработан технология фторирования ароматических соединений фтористым калием с непрерывным отбором целевых продуктов, которая позволила снизить температуру фторирования гексахлорбензола с 300°С [64] до 130-160°С и отказаться от использования автоклавов. Эта технология легла в основу производства фторированной ароматики в Пермском филиале РНЦ Прикладная Химия [65].

Используя полученный таким образом гексаметилгуанидиний фторид или подобный гексаэтилгуанидиний фторид, удается также провести фторирование пентахлорпиридина в ДМФА при температуре его кипения [66], в то время как без катализатора требуется температура 200°С. [67].

Трис-(диметиламино)фторметан впоследствии привлек внимание многих исследователей.

Чанг с коллегами попыталиссь получить его взаимодействием гуанидиний гидроксида, полученного взаимодействием гуанидиний хлорида с гидроксидом серебра, с водным раствором фтористого водорода в стекле, что ожидаемо привело к гексафторсиликату гуанидиния, который они и выделили в виде его гексагидрата и изучили рентгенографически [68].

В 2000 г. Рёшенталлер сообщил о получении и выделении в кристаллическом виде гексаметилгуанидиний фторида взаимодействием бис-(диметиламино)дифторметана (39) с диметиламинотриметилсиланом [69], однако позже они установили, что выделенная соль представляла собой дифтортриметилсиликат (49), т.е. фактически комплекс гуанидиний фторида с фтортриметилсиланом [70].

Полученный ими гексаметилгуанидиний дифтортриметилсиликат (фактически комплекс гуанидиний фторида с фтортриметилсиланом) также является источником фтор-иона, реагирует с трифторацетилфторидом и гексафторацетоном в ацетонитриле, давая устойчивые соли. Реакцией соли (Me2N)3C+C2F5O- с метилфтрифлатом при 20С получен с выходом 95% CF3CF2OCH3, с трифторэтилтрифлатом - CF3CF2OCH2CF3. Эти эфиры в последнее время привлекают значительное внимание, поскольку могут заменить запрещенные к использованию хлорсодержащие фреоны [70].

Гуанидиний фторид был также получен взаимодействием борфторида гуанидиния [C(NMe2)3]BF4 с высушенным распылением фтористым калием в растворе абсолютного метанола, но при попытке выделить его, упарив метанол, получили только бифторид [C(NMe2)3]HF2. [70].

Можно отметить еще одно востребованное соединение, представляющее собой α‑фторамин ‑ [18F] фторметил-диметил-2-гидроксиэтиламмоний – [18F]-фторметилхолин, которое используется в качестве радиофармпрепарата для визуализирования метаболизма клеточной мембраны при диагностике рака простаты и мозга методом ПЭТ [71].

Таким образом необходимо отметить, что α-фторалкиламины, как ковалентные, так и ионные, существенно расширили выбор источников фтор-иона. Они продолжают находить широкое синтетическое применение в реакциях нуклеофильного фторирования и перфторалкоксилирования, предоставляя больше возможностей для управления ходом таких реакций, в частности конденсаций с участием фтор-иона и таким образом повышая синтетические возможности химии фтора.

Благодарности

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.

Литература

  1. У. Шеппард, К. Шартс, Органическая химия фтора, "Мир", Москва, 1972, 480 с.
  2. Puar M.S., J.Chem. Educ., 1970, 47(6), 473-474.
  3. Parker A.J. Q. Rev. Chem. Soc., 1962,16, 163-187.
  4. Redwood M.E., Wills S J., Can. J. Chem., 1965, 43(7), 1893-1898.
  5. Redwood M.E.,Wills S J., Can J Chem., 1967, 45(4), 389-395
  6. Liotta C.L., JACS, 1974, 96(7), 2250-2252.
  7. Li, Hui-Yin; Sun, Haoran; DiMagno, Stephen G. e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 2007, 1-9.
  8. Böhme H., M.Hilp, Chem. Ber., 1970, 103, 104-111.
  9. Faucett F.S., Tullock C.W., Coffman D.D., JACS, 1962, 84(22), 4275-4285.
  10. Arnold Z., Collect. Czech. Chem. Commun., 1963, 28, 2047-2051.
  11. Harder J.R., Smith W.C., JACS, 1961, 83(16), 3422-3224.
  12. Tyrra W., J. Fluorine Chemistry, 2001, 109(2), 189-194.
  13. Pawelke G. J. Fluorine Chemistry, 1991, 52(2), 229-234.
  14. Dmowski W., Kaminski M., J. Fluorine Chemistry, 1983, 23(3), 207-218.
  15. Яровенко Н. Н., Ракша М. А., ЖОХ, 1959, 29, 2159–2163. (in Russian)
  16. Takaoka A., Iwakiri H., Ishikawa N., Bull. Chem. Soc. Jpn., 1979, 52, 3377–3380.
  17. Petrov V. A., Adv. Org. Synth., 2006, 2, 269–290.
  18. Haszeldine R. N., J.Chem.Soc., 1951, 102-104.
  19. Livingston, R. L.; Vaughan, G., JACS, 1956, 78, 4866-9.
  20. Bürger, H.; Eujen, R.; Niepel, H.; Pawelke, G., J. Fluorine Chemistry, 1981, 17(1), 65-74.
  21. Satori P., Velayutham D., Ignat'ev N.; Noel M., J. Fluorine Chemistry, 1997, 83(1), 1-8.
  22. Молдавский Д.Д., Фурин Г.Г., Шкультетская Л.В., Эйфман Б.Я., ЖПХ, 2002, 75(6), 959‑961.
  23. Ягупольский Л.М., Кондратенко Н.В., Дронкина М.И., Ягупольский Ю.Л., ЖОрХ, 1980, 16(12), 2508.
  24. Brauer D. J., Bürger M, . Grunwald M., Pawelke G., J. Wilke J., Z. Anorg. Allg. Chem. 1986, 537, 63-78.
  25. Oberhammer H., Mendeleev Commun., 2006, 16(3), 136–137.
  26. А.В. Фокин, Ю.Н. Студнев, А.И. Рапкин, Д.А.Султанбеков, Т.М. Потарина, Изв. АН СССР, Сер. хим., 1984, 2, 411-415.
  27. Фокин А.В., Зимин В.И., Студнев Ю.Н., Султанбеков Д.А., ЖОХ, 1968, 38(7), 1510-1511.
  28. V. A. Petrov, S. Swearingen, W. Hong and W. Chris Petersen, J. Fluorine Chem., 2001, 109, 25–31.
  29. Schmitt E., Panossian A., Vors J.-P., Funke C., Lui N., Pazenok S., Leroux F.R., Chem. A Eur. J., 2016, 22, 11239-11244.
  30. Takaoka A., Iwamoto K., Kitazume T., Ishikawa N., J. Fluorine Chem., 1979,14, 421-428.
  31. Aribi F., Schmitt E., Panossian A., Vors J.-P., Pazenok S., Leroux F.R., Org. Chem. Front., 2016, 3, 1392–1415.
  32. Liska F., Chemicke Listy, 1972, 66(2), 189-197.
  33. Dax, K. Science of Synthesis, 2006, 2005, 34, 71-148.
  34. Igumnov S., Kornilov V., Fluorine Notes, 2000, 1(8).
  35. Caster K. C., Zefirov N. S., Lermontov S. A., Filler R., N,N‐Diethyl‐2‐chloro‐1,1,2‐trifluoroethylamine, e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 2009, 1-3 https://doi.org/10.1002/047084289X.rd184.
  36. Commare B., Schmitt E., Aribi F., Panossian A., Pazenok S., Leroux F.R., Molecules, 2017, 22, 977-1003.
  37. Filler R., Hofferberth J., Beckett J., N,N‐Diethyl‐1,1,2,3,3,3‐hexafluoropropylamine, e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 2007, https://doi.org/10.1002/9780470842898.rd196.pub2.
  38. Junk C.P., Petrov V. A., 1,1,2,2‐Tetrafluoroethyl‐N,N‐dimethylamine, e-EROS Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 2014, https://doi.org/10.1002/047084289X.rn01690.
  39. Böhme H., Hartke K., Chem. Ber., 1960, 93, 1305-1309.
  40. Кнунянц И. Л., Делягина Н. И., Игумнов С. М., Изв. AH СССР. Сер. хим., 1981, 4, 857‑859.
  41. Игумнов, С.М, Делягина Н.И., Зейфман Ю.В. , Кнунянц И.Л. , Изв. АН СССР, Сер. хим.,1984, 4, 827-832.
  42. Игумнов С.М., Леконцева Г.И., Шипигусев А.А., Мухаметшин В.Ф., ЖПХ, 2005, 78(3), 438-440.
  43. Igoumnov S.M., Fluorine Notes, 2006, 46, 3-4.
  44. Синтезы фторорганических соединений, под ред. И.Л. Кнунянца и Г.Г. Якобсона. М; Химия, 1973, 312 с.
  45. Allefeld N., Neumann B., Stammler H.-G., Röschenthaler G.-V., Ignat’ev N., and Hoge B., Chem. A Eur. J. 2014, 20, 7736-7745.
  46. Aravindan V., Gnanaraj J., Madhavi S., and Liu H.-K., Chem. Eur. J. 2011, 17, 14326-14346.
  47. Arnold Z., Coll.Czech. Chem. Comm, 1959, 24, 4048-4049.
  48. Кнунянц И.Л., Делягина Н.И., Игумнов С.М., Изв. АН СССР., Сер. хим., 1981, 4, 860‑863.
  49. Патент CN111153867A, 2020.
  50. Патент CN111635321, 2020.
  51. Патент US2957001, 1957.
  52. Ягупольский Л.М., Кондратенко Н.В., Тимофеева Г.Н., Дронкина М.И., Ягупольский Ю.Л., ЖОрХ, 1980, 16(12), 2508-2513.
  53. Dmowski W., Kaminski M., J Fluorine Chem. 23, 1983, 219-228.
  54. Делягина Н.И., Игумнов С.М., Снегирев В.Ф., Кнунянц И.Л., Изв. АН СССР, Сер. хим., 1981, 10, 2238-2243.
  55. Игумнов С.М. , Делягина Н.И., Кнунянц И.Л., Изв. АН СССР, Сер. хим., 1981, 10, 2339‑2342.
  56. Игумнов С.М. Новые источники фторид-иона, стабилизированные органическими катионами: диссертация кандидата хим. наук, Москва, 1983, 145 с.
  57. Ishikawa N., Shin S., Bull.Chem. Soc.Jpn, 1975, 48(4), 1339-1340.
  58. Böttcher T., Bassil B.S., Zhechkov, Röschenthaler G.-V., Inorganic Chemistry, 2012, 51(2), 763-765.
  59. Hidetoshi Hayashi, Hiroshi Sonoda, Kouki Fukumura and Teruyuki Nagata, Chem. Comn., 2002, 1619-1619.
  60. Böttcher T., Shyshkov O., Bremer M., Bassil B. S., Röschenthaler G.-V., Organometallics, 2012, 31(4), 1278-1280.
  61. Игумнов С.М. , Делягина Н.И., Кнунянц И.Л., Изв. АН СССР, Сер. хим., 1986, 6,, 1315-1317.
  62. Fujiwara F.Y., Vartin J.S., JACS, 1974, 96(25), 7625-7626.
  63. Кнунянц И.Л., Зейфман Ю.В., Ланцева Л. Г., Докл. АН СССР., 1980, 254(1), 117-120.
  64. Ворожцов Н.Н.-мл., Платонов В. Е., Якобсон Г. Г., Изв. AH СССР., 1963, 8, 1524.
  65. Игумнов С.M., Заболотских А.В., Патент РФ 2164508 (2001).
  66. Синтезы фторорганических соединений, ч.4, под ред. Игумнова С.М., Игумновой Э.В., Москва, ЗАО ПиМ Инвест, 2018, 222 с.
  67. Chambers K. D., Hutchinson J., and Musgrave W. K. R., Chem Soc 1964, 3573.
  68. Zhang, R. Bau,J.A,Sheehy, K.O.Christe J., Fluor.Chem., 1999, 98, 121-126.
  69. Kolomeitsev A.A., Bissky G., Kirsch P., Röschenthaler G.-V., Journal of Fluorine Chemistry, 2000, 103, 159-161.
  70. Kolomeitsev A. A., Bissky G., Barten J., Kalinovich N, Lork E., Röschenthaler G.-V., Inorganic Chemistry, 2002, 41(23), 6118-6124.
  71. Fedorova O. S., Vaitekhovich F. P., Krasikova R. N.,  Pharmaceutical Chemistry Journal, 2018, 52(8), 730-734.

Статья рекомендована к публикации членом редколлегии к.х.н. М. А. Манаенковой

Fluorine Notes, 2021, 139, 3-4

© 1998-2022 Fluorine Notes. All Rights Reserved.