친전자성 플루오린화

친전자성 플루오린화()는 탄소 중심의 친핵체와 플루오린의 친전자체 공급원을 결합하여 유기 플루오린 화합물을 생성하는 반응이다. 원소 플루오린과 산소-플루오린 결합을 포함하는 시약도 이 목적으로 사용될 수 있지만, 질소-플루오린 결합을 포함하는 시약으로 대부분 대체되었다.

친전자성 플루오린화는 유기 플루오린 화합물 제조를 위해 알칼리 또는 암모늄 플루오린화물을 사용하는 친핵성 플루오린화 방법과 황 플루오린화물을 사용하는 방법에 대한 대안을 제공한다. 친전자성 플루오린화 시약 개발은 항상 플루오린에 결합된 원자로부터 전자 밀도를 제거하는 데 중점을 두었지만, 질소-플루오린 결합을 포함하는 화합물이 가장 경제적이고 안정적이며 안전한 친전자성 플루오린화제로 입증되었다. 친전자성 N-F 시약은 중성이거나 양이온성이며 sp2 또는 sp3 혼성 질소를 가질 수 있다. 친전자성 플루오린화의 정확한 메커니즘은 현재 불분명하지만, 고효율 및 입체선택적 방법이 개발되었다.

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유기 합성에서 사용되는 몇 가지 일반적인 플루오린화제는 N-플루오로-o-벤젠다이설폰이미드(NFOBS), N-플루오로벤젠설폰이미드(NFSI), 그리고 셀렉트플루오르이다.

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 메커니즘 및 입체화학 
 일반적인 메커니즘 
친전자성 플루오린화의 메커니즘은 여전히 논란의 여지가 있다. 반응이 SN2 또는 단일 전자 이동 (SET) 과정을 통해 진행되는지가 문제이다. SN2 메커니즘을 지지하는 증거로, 아릴 그리냐르 시약 및 아릴리튬은 N-플루오로-o-벤젠다이설폰이미드(NFOBS)와 결합하여 비슷한 수율의 플루오로벤젠을 제공하며, 이 시약들의 SET 과정 참여 경향은 상당히 다르다. 또한, 5-헥세닐 및 사이클로프로필 엔올 에테르를 사용한 라디칼 탐색 실험은 어떠한 재배열 생성물도 주지 않았다. 최근에는 일련의 1,3-다이카보닐 유도체에 대한 다양한 N-F 시약에 의한 친전자성 플루오린화에 대한 동역학 연구가 아이링 방정식 및 하메트 방정식 연구를 통해 SN2 메커니즘이 더 유력함을 시사했다.

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반면에, SET 과정에서 라디칼의 수명은 가장 민감한 라디칼 탐색기의 검출 한계보다 4자리 수 짧을 것으로 예측된다. 전자 이동 후 플루오린 라디칼과 알킬 라디칼의 즉각적인 재결합이 일어난다고 가정되었다.

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 입체선택적 변형 
입체선택적 플루오린화는 부분입체선택적 또는 거울상선택적일 수 있다. 부분입체선택적 방법은 친핵성 기질에 카이랄 보조제를 사용하는 데 중점을 두었다. 카보닐 화합물의 플루오린화에는 카이랄 옥사졸리디논이 성공적으로 사용되었다.

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카이랄 친핵체를 통합하는 연속적인 짝 첨가 반응은 키랄성 비라세미 형태의 β-아미노 α-플루오로 에스터를 합성하는 데 사용되었다.

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거울상 선택적 방법은 키랄 플루오린화제의 화학량론적 양을 사용한다. 신코나 알칼로이드의 N-플루오로암모늄 염은 이러한 유형의 반응에 대한 최첨단 기술을 나타낸다. 또한, 이 시약들은 셀렉트플루오르와 모체 알칼로이드로부터 쉽게 합성된다.

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 범위 및 한계 
 플루오린화 시약 
친전자성 N-F 플루오린화 시약은 질소에 전자 끌림 그룹을 통합하여 플루오린의 전자 밀도를 감소시킨다. N-플루오로설폰아미드는 다소 약한 플루오린화 시약이지만, N-플루오로벤젠설폰이미드(NFSI)와 같은 N-플루오로설폰이미드는 매우 효과적이고 일반적으로 사용된다. N-플루오로-o-벤젠다이설폰이미드(NFOBS)는 다이설폰산으로부터 합성된다.

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양이온성 질소 염의 사용은 플루오린으로부터 전자 밀도를 제거하기 때문에 친전자성 플루오린화의 속도와 수율을 증가시킨다. N-플루오로피리디늄 이온과 이미늄 이온도 친전자성 플루오린화 시약으로 사용될 수 있다. 이들 염의 대음이온은 플루오린의 기질로의 전달에 직접적으로 관여하지 않지만, 미묘한 방식으로 반응성에 영향을 미치며 다양한 방법을 사용하여 조절될 수 있다.

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가장 유용한 암모늄 염은 셀렉트플루오르를 포함하는 치환된 DABCO 비스(암모늄) 이온이다. 이들은 알킬화 후 플루오린화를 통해 쉽게 합성될 수 있다. 처음에는 더 유용해 보이는 다이플루오로 버전은 하나의 플루오린 원자만 전달한다.

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N-F 결합을 포함하는 중성 헤테로고리와 같은 보다 특수화된 친전자성 플루오린화 시약은 제한된 범위의 기질의 플루오린화에 유용하다.

 친핵성 기질 
알켄의 단순 플루오린화는 종종 복잡한 혼합물을 생성한다. 그러나 친핵체의 존재 하에 공동 플루오린화는 깨끗하게 진행되어 이웃한 알콕시 플루오린화물을 생성한다. 알카인은 N-F 시약으로 플루오린화되지 않는다. 음이온성 계면활성제는 수성 셀렉트플루오르와 알켄 사이의 접촉을 용이하게 하는 데 사용되었다.

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전자가 풍부한 방향족 화합물의 플루오린화는 아릴 플루오린화물을 생성한다. 이 부류의 반응에서 가장 흔한 두 가지 문제는 낮은 오르토/파라 선택성과 탈방향족화 (후자는 특히 페놀의 경우 심각한 문제이다)이다.

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엔올 에테르와 글리칼은 셀렉트플루오르에 의해 플루오린화될 만큼 충분히 친핵성이다. 다른 알켄과 유사하게, 공동 할로겐화는 중간체 첨가물 분리 및 친핵체와의 반응 또는 DABCO의 현장 직접 치환에 의해 이루어질 수 있다. 엔올은 키랄 플루오린화제의 존재 하에 거울상 선택적으로 플루오린화될 수 있다(위 참조).

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금속 엔올레이트는 NFSI, NFOBS, 설폰아미드를 포함한 많은 플루오린화 시약과 호환된다. 그러나 특수 시약인 2-플루오로-3,3-다이메틸-2,3-다이하이드로벤조[d]아이소싸이아졸 1,1-다이옥사이드가 리튬 엔올레이트와의 반응에서 모노플루오린화 카보닐 화합물의 더 나은 수율을 일관되게 제공한다. 다른 금속 엔올레이트는 많은 양의 다이플루오린화 생성물을 제공했다.

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 다른 방법과의 비교 
분자 플루오린을 친전자성 플루오린 공급원으로 사용하는 것이 종종 가장 저렴하고 직접적인 방법이지만, F2는 종종 라디칼을 형성하고 C-H 결합과 비선택적으로 반응한다. 라디칼 형성을 억제하기 위해 양성자 공급원 또는 루이스 산이 필요하며, 이러한 시약이 존재하더라도 특정 기질만이 높은 선택성으로 반응한다. 기체 F2를 다루려면 극도로 전문적이고 값비싼 장비가 필요하다.

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CF3OF와 같은 O-F 결합을 포함하는 시약은 N-F 시약보다 모노플루오린화에 더 선택적인 경향이 있다. 그러나 취급의 어려움과 극단적인 산화력으로 인해 N-F 시약으로 대체되었다.

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이불화 제논, 사플루오린화 제논, 육플루오린화 제논은 선택적인 모노플루오린화 시약이다. 그러나 이들의 불안정성과 높은 비용으로 인해 질소계 플루오린화제보다 인기가 덜하다.

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 일반적인 조건 
N-F 시약을 사용하는 플루오린화는 분자 플루오린을 직접 사용하지 않지만, 거의 보편적으로 F2로부터 제조된다. F2를 적절하게 다루려면 세심한 주의와 특수 장치가 필요하다. 분자 플루오린과 관련된 반응에는 스테인리스 스틸이나 유리보다 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, 테플론이라고도 함) 반응 용기가 선호된다. N2 또는 He와 혼합된 F2는 상업적으로 이용 가능하며 플루오린 전달 속도를 제어하는 데 도움이 된다. 자유 라디칼 반응을 방지하기 위해 온도를 낮게 유지하고 플루오린 도입을 천천히 해야 한다.

 같이 보기 
 친전자성 할로젠화
 친핵성 플루오린화

 각주 

분류:플루오린 화합물
분류:치환 반응