Химический синтез лежит в основе современной науки и техники, позволяя создавать различные фармацевтические препараты, агрохимикаты и функциональные материалы. Однако с ростом спроса на химический синтез, обусловленным научными достижениями, возникают проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды и образованием опасных отходов. Чтобы решить эти проблемы, исследователи обращаются к устойчивым альтернативам, используя подходы «зелёной» химии.
Необходимость более экологичных альтернатив
Одним из таких химических процессов, который остро нуждается в более экологичных альтернативах, является фторирование. Органические соединения на основе фтора находят применение в различных отраслях: от фармацевтики до электроники. Эти соединения синтезируются путём фторирования с использованием различных фторирующих агентов, таких как фторид калия (KF) и четвертичные аммониевые фториды, например, тетрабутиламмоний фторид (Bu₄NF).
Хотя эти реагенты перспективны, их реакционная способность часто ограничена из-за низкой растворимости (как в случае KF) и высокой гигроскопичности (как у Bu₄NF). Это требует разработки новых фторирующих агентов с подходящими свойствами и лучшей реакционной способностью.
Новое решение от японских учёных
Группа исследователей под руководством профессора Тошики Тадзимы из Технологического института Шибаура, Япония, предложила интересное решение. Команда разработала новый фторирующий четвертичный аммониевый комплекс, объединив KF с тетрабутиламмоний бромидом (Bu₄NBr). Полученный четвертичный аммониевый три(1,1,1,3,3,3-гексафторизопропанол)-координированный фторид (Bu₄NF(HFIP)₃) показал чрезвычайно низкую гигроскопичность и оказался отличным фторирующим реагентом для электрохимического фторирования. Результаты опубликованы в журнале Chemical Communications.
«KF — безопасный и доступный фторирующий агент, но его плохая растворимость в органических растворителях ограничивала его использование. Мы искали способы повысить его эффективность», — объясняет профессор Тадзима. «Всё стало ясно, когда мы обнаружили, что он легко растворяется в HFIP».
Для получения фторирующего комплекса команда начала с растворения KF в HFIP и Bu₄NBr в дихлорметане. После растворения оба раствора смешали вместе на 30 минут, затем провели фильтрацию и очистку.
В результате получился вязкий и прозрачный раствор Bu₄NF(HFIP)₃. Химический состав продукта был подтверждён с помощью спектроскопии ЯМР. Подход также был применён к другим четвертичным аммониевым бромидам для синтеза различных реагентов.
Преимущества нового метода
Полученные продукты показали низкую гигроскопичность, что благоприятно для увеличения срока хранения. Кроме того, синтез включал только реакцию ионного обмена с использованием KF, что делает метод более простым и недорогим. Более того, метод также безопаснее по сравнению с другими методами синтеза, что делает его более экологичной альтернативой фторированию.
«Новый фторирующий агент, который мы разработали в этом исследовании, может иметь широкий спектр применения в синтезе фармацевтических препаратов, агрохимикатов, функциональных материалов, молекулярных зондов для ПЭТ-инспекции и многого другого», — отмечает профессор Тадзима.
Многие отрасли используют фторирующие агенты для синтеза органофторидных соединений. Наличие более безопасного фторирующего реагента, с которым проще обращаться, может изменить правила игры и стать значительным достижением в области «зелёной» химии.
Преодолевая ограничения двух различных фторирующих реагентов для создания нового фторирующего агента, исследование устранило критический пробел в процессе фторирования, открыв новые возможности для устойчивых и эффективных стратегий синтеза.
Предоставлено:
Технологический институт Шибаура.