氟代烷

氟代烷（通式為 R − F {\displaystyle {\ce {R-F}}} ，其中 R {\displaystyle {\ce {R}}} 代表烷基），屬鹵代烴的一種，指烷烴中的一個或多個氫原子被氟取代的有機化合物。因此氟代烷中只有氟、氫和碳三元素。氟甲烷是結構最簡單的氟代烷。氟代烷的命名跟其他鹵代烷很相似，同樣以IUPAC命名法來命名，找出相應烷烴作爲母體，將氟視作取代基，然後以數字標明其位置。 氟代烷像醇與其他鹵代烷一樣，可以按照連着氟原子的碳所連的碳之數目來去分成伯（一級）、仲（二級），和叔（三級）氟代烷。例如氟甲烷為一級氟代烷。以下是各種氟代烷的結構： 一級氟代烷的結構 二級氟代烷的結構 三級氟代烷的結構 氟代烷不能直接由烷烴和氟氣的自由基鹵代反應反應得到，因爲這反應會釋放大量的熱，使得碳-碳鍵斷裂，生成碳和氟化氫。但可用活性較低的氟化試劑，如三氟化鈷，來製備氟代烴。這方法又名 Fowler 法 （Fowler process（英语：Fowler process）），反應在高溫進行。 第一步中，二氟化鈷被氟化，生成三氟化鈷。反應式如下： 2 CoF 2 + F 2 ⟶ 2 CoF 3 {\displaystyle {\ce {2 CoF2 + F2 -> 2 CoF3}}} 第二步中，引入有機化合物與三氟化鈷反應: 2 CoF 3 + R − H ⟶ CoF 2 + R − F + HF {\displaystyle {\ce {2CoF3 + R-H -> CoF2 + R-F + HF}}} 例如可以分別由甲烷和己烷來製備四氟化碳與全氟己烷： CH 4 + 8 CoF 3 ⟶ CF 4 + 8 CoF 2 + 4 HF {\displaystyle {\ce {CH4 + 8CoF3->CF4 + 8CoF2 + 4HF}}} C 6 H 14 + 28 CoF 3 ⟶ C 6 F 14 + 14 HF + 28 CoF 2 {\displaystyle {\ce {C6H14 + 28 CoF3 -> C6F14 + 14 HF + 28 CoF2}}} 反應涉及到單電子轉移和碳正離子機理。由於反應中的碳正離子有機會發生重排，所以反應有機會生成很多不同產物。而三氟化鈷則會變回二氟化鈷，可循環再用。反應機理如下： 此外，尚有不少的自由基氟化反應，可以用來製備氟代烷。如下： 以二氟化氙為氟化試劑，與羧酸作用，發生自由基脫羧氟化反應： 在N-氟代雙苯磺酰胺和氟試劑存在下，叔丁基過酸酯的熱裂可生成氟代烷： 在銀、錳催化劑存在下，羧酸可脫羧、氟化，生成氟代烷。光氧化還原催化劑也可以觸發反應。 在親核取代反應中，氟代烷的反應性是所有鹵代烷之中最低的。碳-氟鍵是碳-鹵鍵之中最强的，因此最難斷鍵。同時，由於氫鹵酸的强弱順序為HI>HBr>HCl>HF，鹵素離子（其共軛鹼）的鹼性順序為 F->Cl->Br->I-。因此氟離子是鹵素離子中最弱的離去基團，氟代烷在親核取代反應中的反應速率也就是所有鹵代烷之中最低的。 有些氣態的氟代烷可用作冷凍劑。例子有1,1,1,2-四氟乙烷（二氟二氯甲烷的替代品）、五氟乙烷等。 在醫藥上，據估計有多達五分之一的藥物含有氟，其中有很多藥物都屬於氟代烷。 很多氟代烷都是溫室氣體，全球暖化潛勢（GWP）很高，會加劇溫室效應。例如1,1,1,2-四氟乙烷的全球暖化潛勢相當高，100年GWP為1430。其他屬於溫室氣體的氟代烷有二氟甲烷、1,1,1-三氟乙烷、五氟乙烷等。 氯代烷 溴代烷 鹵代烷 有機氟化合物 碳-氟鍵 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] 邢, 其毅; 裴, 偉偉; 徐, 瑞秋; 裴, 堅. 第6章. 基礎有機化學. 北京. 2017: 270. ISBN 978-7-301-27212-1 （中文）.  Fowler, R. D.; Burford, W. B., III; Hamilton, J. M., Jr.; Sweet, R. G.; Weber, C. E.; Kasper, J. S.; Litant, I. (1947). "Synthesis of Fluorocarbons." Ind. Eng. Chem. 39: 292–298. doi:10.1021/ie50447a612. Sandford, G. (2003). " Perfluoroalkanes." Tetrahedron 59: 437–454. doi:10.1016/S0040-4020(02)01568-5. Coe, P. L. "Cobalt(III) Fluoride" in Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis (Ed: L. Paquette) 2004, J. Wiley & Sons, New York. DOI: 10.1002/047084289. Tius, Marcus A. Xenon difluoride in synthesis. Tetrahedron. Jun 1995, 51 (24): 6605–6634. doi:10.1016/0040-4020(95)00362-C.  Rueda-Becerril, Montserrat; Chatalova-Sazepin, Claire; Leung, Joe C. T.; Okbinoglu, Tulin; Kennepohl, Pierre; Paquin, Jean-François; Sammis, Glenn M. Fluorine Transfer to Alkyl Radicals. Journal of the American Chemical Society. Mar 2012, 134 (9): 4026–4029. ISSN 0002-7863. PMID 22320293. doi:10.1021/ja211679v.  Yin, Feng; Wang, Zhentao; Li, Zhaodong; Li, Chaozhong. Silver-Catalyzed Decarboxylative Fluorination of Aliphatic Carboxylic Acids in Aqueous Solution. Journal of the American Chemical Society. Jun 2012, 134 (25): 10401–10404. ISSN 0002-7863. PMID 22694301. doi:10.1021/ja3048255.  Huang, Xiongyi; Liu, Wei; Hooker, Jacob M.; Groves, John T. Targeted Fluorination with the Fluoride Ion by Manganese-Catalyzed Decarboxylation. Angewandte Chemie International Edition. Apr 2015, 54 (17): 5241–5245. ISSN 1521-3773. PMID 25736895. doi:10.1002/anie.201500399.  Rueda Becerril, Montserrat; Mahé, Olivier; Drouin, Myriam; Majewski, Marek B.; West, Julian G.; Wolf, Michael O.; Sammis, Glenn M.; Paquin, Jean-François. Direct C–F Bond Formation Using Photoredox Catalysis. Journal of the American Chemical Society. Jan 2014, 136 (6): 2637–2641. PMID 24437369. doi:10.1021/ja412083f.  Ventre, Sandrine; Petronijević, Filip R.; MacMillan, David W. C. Decarboxylative Fluorination of Aliphatic Carboxylic Acids via Photoredox Catalysis. Journal of the American Chemical Society. Apr 2015, 137 (17): 5654–5657. PMC 4862610 . PMID 25881929. doi:10.1021/jacs.5b02244.  Blanksby SJ, Ellison GB. Bond dissociation energies of organic molecules. Acc. Chem. Res. April 2003, 36 (4): 255–63. PMID 12693923. doi:10.1021/ar020230d.  邢, 其毅; 裴, 偉偉; 徐, 瑞秋; 裴, 堅. 第6章. 基礎有機化學. 北京. 2017: 241-242. ISBN 978-7-301-27212-1 （中文）.  Franklin J. The Atmospheric Degradation and Impact of 1,1,1,2-Tetrafluorethane (Hydrofluorocarbon 134a). Chemosphere. 1993, 27 (8): 1565–1601. doi:10.1016/0045-6535(93)90251-Y.  Ann M. Thayer "Fabulous Fluorine" Chemical and Engineering News, June 5, 2006, Volume 84, pp. 15-24. http://pubs.acs.org/cen/coverstory/84/8423cover1.html （页面存档备份，存于互联网档案馆） Forster, P.; et al. Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing. (PDF). Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 2007 [2011-12-23]. （原始内容存档 (PDF)于2007-12-15）.  存档副本. [2008-07-03]. （原始内容存档于2004-08-25）.  epa.gov reported GWP, published Mar-2006