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次氟酸

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次氟酸是一種無機物,化學式為HOF,淡黃色液體或白色固體,遇水分解,但在乙腈中可以較為穩定地存在,次氟酸是很好的氧化劑,可以和很多難以被氧化的有機物反應,且反應條件温和。
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,是唯一可分離出固態的“次滷酸”,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製得。 [1] 
中文名
次氟酸
外文名
hypoflorous acid
化學式
HOF
分子量
36.0057
熔    點
-117 ℃
沸    點
0 ℃
外    觀
淡黃色液體或白色固體
詞    性
名詞

次氟酸簡介

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)

次氟酸發現

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製得。 [1] 
該物質極為不穩定,容易爆炸分解。氟氧酸在室温下便會分解,帶有刺激性的氣味,並且有劇毒。
需要説明的是: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。)

次氟酸結構

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。

次氟酸化學性質

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,室温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(+)
氟氧酸是一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,一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),一般有兩個特點:
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,一般都超過70%。

次氟酸化學反應

它參與的反應大致可分為幾類:

次氟酸烯烴環氧化

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 次氟酸的烯烴環氧化

次氟酸羥基化

對α-羥基羰基化合物的研究一直吸引着有機化學家的興趣。用氟氧酸作氧化劑氧化烯醇醚(通常為三甲硅基)製得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,減少了對環境的污染。一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、羥基及硅基離去,恢復羰基,得到α-羥基羰基化合物。
氟氧酸在室温下與苯乙酮的三甲硅基烯醇醚反應時,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。在製備方面,氟氧酸作原料的路線產率最高,有很強的優越性。
圖1 次氟酸的羥基化 圖1 次氟酸的羥基化
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%。

次氟酸其他氧化反應

①氧化硫醚為碸
硫醚芳香性噻吩都會被氟氧酸氧化,且產率很高。不能被過氧酸二甲基雙環氧乙烷(DMDO)氧化的2,5-二氯噻吩,在室温下與氟氧酸反應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 次氟酸氧化硫醚為碸
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。
圖2 次氟酸氧化胺為硝基化合物 圖2 次氟酸氧化胺為硝基化合物
此外,氟氧酸可將膦和胺分別氧化為氧化膦氧化胺。它與鄰菲羅啉反應成功得到了1,10-二氧化鄰菲羅啉。
參考資料
  • 1.    全部化學品  .化學品數據庫[引用日期2017-07-11]
  • 2.    計從斌. 基於α-單取代硝基乙酸酯的反應方法學研究[D]. 華東師範大學, 2013.