从含氟烷基氯代烷制备含氟烷基亚磺酸盐的方法 本发明涉及一种从含氟烷基氯代烷制备含氟烷基亚磺酸盐的方法。
在有机合成化学中，含氟烷基亚磺酸盐可以转化成含氟烷基磺酰卤或含氟烷基磺酸，它们不仅是一类重要的原料，同时在氯碱、染织、催化、表面活性剂等方面具有重要的用途。尤其是全氟磺酸型离子交换膜的开发，推动了人们对全氟烷基亚磺酸盐及其衍生物的研究。
七十年代全氟烷基亚磺酸盐的制备是利用全氟碘代烷制备相应的金属有机化合物，再与SO2反应，得到全氟烷基亚磺酸盐(Von Werner K,Blank H.Angew Chem Int.Ed.Eng,1,1980,19,128),该方法条件苛刻，需要隔绝空气和水。黄维垣等人发明的亚磺化脱卤反应具有反应条件温和、操作简便的优点(化学学报，1985,43,409；1986,44,488)，但是必须采用原料比较昂贵的全氟碘代烷或溴代烷，而相对价廉的全氟氯代烷，由于其化学稳定性高，不能发生上述反应。黄炳南等人发明了用亚硫酸氢盐与多卤烷烃在极性溶剂与水的混合溶剂中进行亚磺化脱卤反应，生成多卤烷基亚磺酸盐的方法(CN99107533.X)。龙正宇等人发明了2,2,2-三氟乙基亚磺酸盐及其衍生物的制备方法，在适于电子转移反应的极性非质子性溶剂中和弱碱条件下，与亚磺化脱卤反应试剂反应合成2,2,2-三氟乙基亚磺酸盐及其衍生物，克服了CF3CH2Cl分子中CF3基团的吸电子性、氟原子的屏蔽反应及碳-氯键的高能量而使亚磺化脱卤反应中表现出的化学惰性(CN98110884.9)。氯代含氟烷烃-CFHCl或-CF2Cl及其衍生物的化学惰性较CH3CHCl更强，同时许多药物中间体当引入-CF2CO2R(Zhen Yu Yang等，J.Chem.Soc.Chem. Commun,1992,234),-CFHCO2R(ChengXin Zhi等，J.Chen.Soc.Perkin Trans.1,1996,1741),等，Synthies,1996,606)等基团时，能显著提高药物地生理活性，而这些砌块的引入一般都是使用原料昂贵的碘代物或溴代物，这些碘代物或溴代物又是从相应的氯化物制备而得，对于ω-碘代全氟氯化烷，在普通的脱卤亚磺化条件下，仅碘代端发生反应，而使两端成为亚磺酸盐的产物是极困难的。此外，包括HCF2Cl、CF2Cl2、ClCF2CFCl2等在内的氟里昂产品，因其破坏臭氧层而将被禁用，开发它们的用途也是急待解决的课题。所以，人们仍在不断研究从含氟或全氟氯代烷制备含氟或全氟烷基亚磺酸盐及其衍生物的方法。
本发明目的是提供一种由含氟或全氟氯代烷制备含氟或全氟亚磺酸盐及其衍生物的方法，该方法不仅使-CFHCl或-CF2Cl可转换成-CFHSO2Na或-CF2SO2Na，而且也适用于-CF2X(X=Br或I)和不含氟的氯代烃发生碳-卤键断裂反应。
本发明方法中采用分子式为R(CF2)nCFYCl的含氟或全氟氯代烷为原料，在加热和极性非质子性溶剂存在下，与亚磺化脱卤试剂发生亚卤化脱卤反应生成R1(CF2)nCFZSO2Na，其中R=H、X、CFHCO2R2、CO2R2、CFHPO(OR2)2或PO(OR2)2,Y=H或X,R1=H、F、CFHCO2R2、CO2R2、CFHPO(OR2)2、PO(OR2)2,Z=H、F、SO2Na,n=0-10,X=F、Cl、Br或I,R2=C1-4的烷基。含氟或全氟氯代烷、亚磺化脱卤试剂的摩尔比为1∶1-5。所述的亚磺化脱卤试剂是Na2S2O4。所述的极性非质子性溶剂可以是二甲基亚砜DMSO.六甲基磷酸酰胺HMPA,N,N-二甲基甲酰胺DMF,N-甲基吡咯环酮NMP等。反应时间1-10小时，反应温度40-120℃。推荐反应时间为3-8小时，反应温度为50-90℃。
由于Na2S2O4在弱酸性溶剂中易于分解而不利于反应的完成，所以在弱碱条件更有利于反应的进行，保持弱碱的反应条件是适当加入强碱弱酸盐，强碱弱酸盐可以是碱金属或碱土金属的弱酸盐，如Na2CO3,NaHCO3,K2CO3,KHCO3,Li2CO3,LiHCO3,CH3COONa,NaHSO4,Na3PO4,Na2HPO4,K3PO4,K2HPO4等，含氟或全氟卤代烷与强碱弱酸盐的摩尔比为1∶0-5，推荐摩尔比为1∶1-2。从经济考虑，推荐采用的强碱弱酸盐以价廉的Na2CO3或NaHCO3为好。
采用本发明的方法，可以使同时连接氟原子和氯原子的碳原子上发生碳-氯键断裂反应，可以方便地制得含氟或全氟亚磺酸盐，还可以获得二端的亚磺酸盐。该亚磺酸盐可方便地转化成磺酸盐、磺酰氯或磺酸。也为开发一系列氟里昂产品的其它用途提供了方法。由于本发明的方法，采用的原料价廉易得，条件温和、方法简便，是一种适于工业化生产的方法。
通过下述实施例将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。
实施例1 H(CF2)4SO2Na的制备
将2.36g H(CF2)4Cl,2.61g Na2S2O4和1.30g NaHCO3加入到20-50ml DMSO或DMF中，在60-80℃搅拌反应4-5小时，然后减压抽干溶剂，得白色固体。用2×10ml甲醇提取，抽干甲醇，得白色。H(CF2)4SO2Na固体2.16g，产率75％。
同上操作，不加入NaHCO3，产率仅65％。
产物分析：
19F NMRδ(D2O):47.2(2F,CF2CF2SO2Na),52.6(2F,CF2CF2H),53.3(2F,CF2SO2Na),61.6(d,J=52Hz,2F,HCF2)。
1H NMR:δ(D2O):6.02(tt,J=52HZ,6HZ,1H)
实施例2 C4F9SO2Na的制备
将2.55gC4F9Cl,2.0-3.0g Na2S2O4,1.0g NaHCO3或Na2CO3溶于40ml DMSO或NMP中，在75℃反应5小时，后处理同实施例1，得C4F9SO2Na,2.35g,产率77％。
产物分析：
19F NMR,δ(D2O):4.3(3F),46.5(2F),48.5(2F),53.1(2F,CF2SO2Na)
实施例3 NaO2SCF2CO2Et的制备
将1.6g ClCF2CO2Et,2.61g Na2S2O4和10-20mmol NaHCO3或KHCO3溶于40mlDMSO中，在70-80℃反应8小时，后处理方法同实施例1，得Na2OSCF2CO2Et1.69g，产率80％。
产物分析：
19F NMR,δ(D2O):43.7(2F)；
1HNMR,δ(D2O):4.35(q,J=7HZ,2H,OCH2),1.37(t,J=7HZ,3H,CH3)。
实施列4:NaO2S(CF2)4SO2Na的制备
将2.7g Cl(CF2)4Cl,5.4g Na2S2O4和2-3g Na2CO3溶于40ml HMPA,在90℃反应10h,后处理同实施例1，得白色固体NaO2S(CF2)4SO2Na 2.6g，产率70％。
产物分析：
19F NMRδ(D2O):45.2(4F,-CF2CF2-),53.0(4F,2×CF2SO2Na)
实施例5 R1(CF2)nCFZSO2Na的制备
将1mmol R(CF2)nCFYCl、2-4mmol Na2S2O4和1-2mmol NaHCO3溶于40mlDMSO中，在70-80℃时反应8-10小时，后处理同实施例1，结果如下表： 原料 产物 产率％Y R n Y R1 nH F o H F O 60H CO2E o H CO2Et O 78F I 3 F SO2Na 3 72F I 5 F SO2Na 5 70F Cl 3 F SO2Na 3 68F Cl 5 F SO2Na 5 80F PO(OEt)2 o F PO(OEt)2 0 75产物分析：数据HCF2SO2Na19Fδ(D2O):52.8(d,J=48HZ 2F)1Hδ(D2O):5.95(t,J=48HZ.1H)NaO2SCFHCO2Et.19Fδ(D2O):126.0(d,J=50HZ,1F)1Hδ(D2O):6.22(d,J=50HZ,1H,CFH)
4.27(q,J=7HZ,2H,OCH2)
1.40(t,J=7HZ,3H,CH3)NaO2S(CF2)6SO2Na19Fδ(D2O):38.6(4F,) 46.8(4F)
53.3(4F,)NaO2SCF2PO(OEt)219Fδ(D2O):54.0(d,JF-P=113,2F)1Hδ(D2O):4.30(q.,J=7.5HZ,4H,2×OCH2),1.10(t,J=7.5HZ.6H,2×CH3)