通常所認為的次氟酸是指化學式為HOF的化合物。實際上,該名稱並不準確,由於電負性的緣故,HOF中的氟仍為-1價,而氧則為0價,故認為其名稱應為“氟氧酸”。[1]它可由氟氣緩緩通過細冰表面氧化得到,是唯壹可分離出固態的“次鹵酸”,具爆炸性,會分解為氟化氫氣體和氧氣。1971年由美國科學家斯圖爾傑和阿佩裏曼首次制得。[1]
中文名
次氟酸
外文名
hypoflorous acid
化學式
HOF
分子量
36.0057
熔點
-117 ℃
簡介發現結構化學性質化學反應TA說
簡介
化學式:HOF
中文別稱:氟氧酸
英文名稱:hypoflorous acid
分子量:36.0057
性狀:淡黃色液體或白色固體
熔點:?117 ℃
沸點:< 0℃(0℃分解)
發現
1971年美國的斯圖爾傑和阿佩裏曼在0℃以下,用被氮氣稀釋的氟氣在細冰上緩慢通過制得。[1]
該物質極為不穩定,容易爆炸分解。氟氧酸在室溫下便會分解,帶有刺激性的氣味,並且有劇毒。
需要說明的是:在氟氧酸中,氫與氧之間的電子對偏向氧,氧與氟之間的電子對偏向氟,故氧的氧化數為零。在2HOF→2HF+O2↑這個反應中,所有元素的氧化數都沒有變化,故此反應為非氧化還原反應。(根據氧化還原反應的定義:氧化數發生變化的反應。)
結構
根據X射線晶體學的研究,固態氟氧酸分子為角形,鍵角為101°,O-F和O-H距離分別為1.442A和0.78A,分子間有O-H…O鍵連成的鏈。
化學性質
遇水分解,但在乙腈中可以較為穩定地存在。氟氧酸的乙腈溶液(HOF·CH3CN)可由氮氣稀釋的氟氣通過含水分的乙腈得到,室溫下可穩定存在數小時。
氟氧酸在乙腈中可以完全電離出氫離子,酸性較鹽酸強。
HOF + CH3CN → OF(-) + CH3CNH(+)
氟氧酸是壹個較新穎的具有高度親電性的氧化劑,應用性極強。有機合成中最常用的是它的乙腈溶液,壹般用它作供氧試劑或羥基化試劑。它參與的反應也稱為“Rozen反應”(Rozen oxidation),壹般有兩個特點:
①反應性強,反應速率快,與很多不活潑或鈍化的有機化合物也會發生反應;
②產率高,壹般都超過70%。
化學反應
它參與的反應大致可分為幾類:
烯烴環氧化
氟氧酸可與烯烴發生環氧化反應,反應通常很快,產率很高,與缺電子的對硝基二苯乙烯反應都能得到70%的產率;與帶有雙鍵的羧酸反應時,不需用酯來保護羧基,直接反應即可得到環氧化物,且產率很高;與肉桂酸反應時,雖然分子中雙鍵與羧基相連,但生成環氧化物的產率仍超過90%。
次氟酸的烯烴環氧化
羥基化
制取α-羥基羰基化合物
對α-羥基羰基化合物的研究壹直吸引著有機化學家的興趣。用氟氧酸作氧化劑氧化烯醇醚(通常為三甲矽基)制得α-羥基羰基化合物的方法,避免了其他方法殘留的重金屬廢料,減少了對環境的汙染。壹般認為該反應中氟氧酸先對烯醇的雙鍵進行環氧化,然後氟離子和水分子對環碳原子的親核進攻,引入羥基,三元環打開。而後氟、羥基及矽基離去,恢復羰基,得到α-羥基羰基化合物。
氟氧酸在室溫下與苯乙酮的三甲矽基烯醇醚反應時,反應在5-10分鐘內完成,產物為α-羥基苯乙酮,產率高於90%。
圖1中的化合物與1,2-茚二酮都可用於檢驗指紋。在制備方面,氟氧酸作原料的路線產率最高,有很強的優越性。
氟氧酸還可與富電子的叔碳反應,生成構型保持的叔醇。與金剛烷反應生成1-金剛烷醇,產率80%。
圖1 次氟酸的羥基化
其他氧化反應
①氧化硫醚為碸
硫醚和芳香性的噻吩都會被氟氧酸氧化,且產率很高。不能被過氧酸及二甲基雙環氧乙烷(DMDO)氧化的2,5-二氯噻吩,在室溫下與氟氧酸反應30分鐘後,可以成功被轉化為相應的碸,產率70%。
次氟酸氧化硫醚為碸
②氧化胺為硝基化合物
無論脂肪族還是芳香族的胺類都可以被氟氧酸氧化為硝基化合物,通常反應很快且產率不俗。所有的氨基酸都可以通過此反應被轉化為硝基酸[2],如圖2中,纈氨酸的甲基酯與氟氧酸乙腈溶液反應,成功以超過80%的產率得到了2-硝基-3-甲基丁酸甲酯。
此外,氟氧酸可將膦和胺分別氧化為氧化膦和氧化胺。它與鄰菲羅啉反應成功得到了1,10-二氧化鄰菲羅啉。
圖2 次氟酸氧化胺為硝基化合物
次氟酸與乙腈反應後酸性強了還是弱了
遇水分解,但在乙腈中可以較為穩定地存在。氟氧酸的乙腈溶液(HOF·CH3CN)可由氮氣稀釋的氟氣通過含水分的乙腈得到,室溫下可穩定存在數小時。
氟氧酸在乙腈中可以完全電離出氫離子,酸性較鹽酸強。
HOF + CH3CN → OF(-) + CH3CNH(+)
氟氧酸是壹個較新穎的具有高度親電性的氧化劑,應用性極強。有機合成中最常用的是它的乙腈溶液,壹般用它作供氧試劑或羥基化試劑。它參與的反應也稱為“Rozen反應”(Rozen oxidation),壹般有兩個特點:
①反應性強,反應速率快,與很多不活潑或鈍化的有機化合物也會發生反應;
②產率高,壹般都超過70%。
乙腈,是壹種有機化合物,化學式為CH3CN或C2H3N[3],為無色透明液體,有優良的溶劑性能,能溶解多種有機、無機和氣體物質,與水和醇無限互溶。乙腈能發生典型的腈類反應,並被用於制備許多典型含氮化合物,是壹個重要的有機中間體。
中文名
乙腈[5]
外文名
Acetonitrile[5]
別名
甲基氰
化學式
C2H3N[5]
分子量
41.052[5]
理化性質
密度:0.786g/cm3
熔點:-45℃
沸點:81-82℃
閃點:12.8℃(CC)
折射率:1.344(20℃)
飽和蒸氣壓:13.33kPa(27℃)[5]
臨界溫度:274.7℃[5]
臨界壓力:4.83MPa[5]
引燃溫度:524℃[5]
爆炸上限(V/V):16.0%[5]
爆炸下限(V/V):3.0%[5]
外觀:無色透明液體
溶解性:與水混溶,溶於乙醇、乙醚等多數有機溶劑[4]
分子結構數據
摩爾折射率:11.22[5]
摩爾體積(cm3/mol):54.9[5]
等張比容(90.2K):120.0[5]
表面張力(dyne/cm):22.7[5]
極化率(10-24cm3):4.45[4]
計算化學數據
疏水參數計算參考值(XlogP):0[5]
氫鍵供體數量:0[5]
氫鍵受體數量:1[5]
可旋轉化學鍵數量:0[5]
互變異構體數量:0
拓撲分子極性表面積(TPSA):23.8[5]
重原子數量:3[5]
表面電荷:0[5]
復雜度:29.3[5]
同位素原子數量:0[5]
確定原子立構中心數量:0[5]
不確定原子立構中心數量:0[5]
確定化學鍵立構中心數量:0[5]
不確定化學鍵立構中心數量:0[5]
***價鍵單元數量:1[4]
用途
1、化學分析和儀器分析
乙腈近年來用於薄層色譜、紙色譜、光譜和極譜分析的有機改性劑和溶劑。由於高純乙腈在200nm~400nm不吸收紫外線,因此,壹個正在開發的應用是作為高效液相色譜HPLC的溶劑,可使分析靈敏度高達10-9級。
2、烴類抽提分離溶劑
乙腈是壹種應用廣泛的溶劑,主要作為萃取蒸餾法的溶劑,從C4烴類中分離丁二烯。乙腈也用於其它烴類的分離,如從烴的餾分中分離出丙烯、異戊二烯和甲基乙炔等。乙腈還用於壹些特殊的分離,如從植物油和魚肝油中萃取分離脂肪酸,使處理過的油色淡、純凈、氣味改善,而維生素含量不變。在醫藥、農藥、紡織、塑料部門裏,也廣泛采用乙腈作溶劑。[2]
3、合成醫藥與農藥的中間體
乙腈可用於合成多種醫藥和農藥的中間體。在醫藥上,用於合成維生素B1、甲硝羥乙唑、乙胺丁醇、氨苯蝶啶、腺嘌呤和敵退咳等壹系列重要藥物中間體;在農藥上,用於合成擬除蟲菊酯類殺蟲劑和乙肟威等農藥中間體。[1]
4、半導體清洗劑
乙腈是極性較強的有機溶劑,對油脂、無機鹽、有機物和高分子化合物均有很好的溶解性,可以清洗掉矽片上的油脂、蠟、指紋、腐蝕劑和助焊劑殘留物等。所以,可以使用高純乙腈作半導體清洗劑。
5、其他應用
除了上述應用外,乙腈還可作有機合成原料,催化劑或過渡金屬配合物催化劑的組分。此外,乙腈在織物染色和塗料復配物中也有應用,而且它還是氯化溶劑的有效穩定劑。
毒理學數據
1、急性毒性
LD50:2460mg/kg(大鼠經口);1250mg/kg(兔經皮)
LC50:7551ppm(大鼠吸入,8h)
2、刺激性
家兔經皮:500mg,輕度刺激(開放性刺激試驗)
3、亞急性與慢性毒性
貓吸入其蒸氣7mg/m3,每天4h,***6個月,在染毒後1個月,條件反射開始破壞。病理檢查見肝、腎和肺病理改變。
4、致突變性
性染色體缺失和不分離:釀酒酵母菌47600ppm。姐妹染色單體交換:倉鼠卵巢5g/L。
5、致畸性
倉鼠孕後8d吸入最低中毒劑量(TCLo)5000ppm(1h),致中樞神經系統發育畸形。
倉鼠孕後8d吸入最低中毒劑量(TCLo)8000ppm(1h),致肌肉骨骼系統發育畸形。
6、其他毒性
倉鼠經口最低中毒劑量(TDLo):300mg/kg(孕8d),引起肌肉骨骼發育異常。
7、生態毒性
LC50:1640mg/L(96h)(黑頭呆魚)
8、生物降解性
好氧生物降解性:168~672h
厭氧生物降解性:672~2688h
9、非生物降解性
水中光氧化半衰期:2.80×106~1.10×108h
空氣中光氧化半衰期:1299~12991h
壹級水解半衰期:>150000ah。