二溴二氟甲烷的合成及應用

金杭丹 徐衛國 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和理化性質的變化，從而增加有機氟化合物的穩定性及生理活性［1］。含氟化合物通常具有優良的耐溫性能、化學穩定性和表面活性等特點［2］。

二溴二氟甲烷(CF2Br2)在反應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:密度8.7 kg/m3(氣態)、2.27 g/cm3(液態)，熔點 -101.1 ℃，沸點22.8℃，蒸氣壓83 kPa(20℃)，分配系數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℃，產生的混合氣為Br2∶CH2F2=1.9∶1，在石英管中反應，熱溴化溫度為500℃，接觸時間為15 s，轉化率為85%，產品選擇性為93.4%。

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

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，物質的量比為1∶1∶1，反應溫度為320℃，接觸時間為16 s，得到的粗品中 CBr2F2的質量分數可達到41%，CF2ClBr的質量分數為28%，CF2Cl2的質量分數為31%。

1.3 二氟化合物的溴氧化［6］

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

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，但所需的反應溫度較高，溫度很高時有可能導致部分產品分解、結焦，對反應設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，它們的特點是反應溫度較低、選擇性較高，但關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

1)CF2Br2與烯烴的加成反應

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］引發反應，得到相應的加合物。反應中與CF2Br2加成的烯烴化合物可以是任意比例參與加成反應，通常烯烴化合物與CF2Br2的投料物質的量比是10～0.1∶1，優選條件是 1∶1［15］，CF2Br2與烯胺發生水解反應(沒有任何引發劑)，生成了 α -CBrF2酮［16］。

2)CF2Br2與炔烴的加成反應

傳統中將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各種炔烴反應［21］。

2.1.2 與親核試劑反應

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

2.1.3 制備二氟卡賓

CF2Br2是二氟卡賓的前驅體。其應用范圍有合成 β - 受體阻滯劑［32］、二氟甲基丙烯酸甲酯［33］、氟代環丙烷［34］、二溴二氟亞甲基酰亞胺手性烯醇化物［35］，最終反應顯示的是繼續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生成［36］，但這些卡賓配合物不穩定，通常為自凝結狀態。

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物6，6-二氟-5-甲基-5-己烯酸芐酯，產率為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具有抵抗力的寄生蟲。殺蟲劑可使用的濃度為0.0005% ～5%，優選0.001% ～1%(以每100 mL組合物中活性組分的克數計算)。包括動物體外寄生蟲在內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器中加熱、攪拌。將反應混合物蒸發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。合并并蒸發適當的餾份得到產物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 維蒂希反應中的應用

CF2Br2在維蒂希反應(Wittig reaction)中是引入=CF2基團到有機分子中的前驅體。存在CF2Br2與六甲基亞磷酰三胺或三苯基膦的條件下，醛和酮可以被轉換為相應的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-與醛和酮反應也得到了相應的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?；?，得到二乙基-2-氧代-1，1-二氟磷酸鹽，后與格氏試劑反應得到1，1-二氟烯烴。

2.3 CF2Br2作為鹵化劑的應用

2.3.1 CF2Br2在蘭堡-巴克倫反應中的應用

近年來，CF2Br2最顯著的用途之一是在蘭堡-巴克倫反應(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–巴克倫反應中的應用發表了詳細的研究，自此被用于合成各種各樣的復雜體系［50-52］。蘭堡-巴克倫反應中經常用到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，且沸點較低，在反應結束時可以較容易地除去試劑。此外，減少了初始砜類物質的過鹵化作用，且在標準邁耶斯條件(CCl4/KOH)下的持續性問題和低反應性的二氟卡賓說明沒有多余的卡賓在烯烴產品上發生反應。

2.3.2 合成烯二炔和多烯中的應用

曹等使用此改性蘭堡-巴克倫反應與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-巴克倫反應中有了新的應用，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］和二糖中的應用［62］，Franck 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

隨著有機氟化學的興起和發展，二溴二氟甲烷作為多類型反應的試劑原料在醫藥、農藥等領域的應用越來越廣泛，藥物性能上相對具有用量少、高效、低毒、代謝能力強的優點，因此吸引了更多學者進行研究，預示著在今后的生產生活中將有更廣泛的實際應用。

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