本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种无催化剂和缩合剂制备脂肪酸三氟乙酯的方法。
背景技术：
脂肪酸酯由于可以被生物降解、多数无毒无刺激、部分具有抗菌抗氧化的性质，因此被广泛应用于食品、美容、制药、加工等行业。近年来，随着有机氟化学的发展，脂肪酸三氟乙基酯(RCO2CH2CF3)的应用也备受关注。目前已知的用于医药和材料领域的脂肪酸三氟乙基酯，主要是不饱和脂肪酸三氟乙酯，主要用来合成阴离子交换膜、药物传递媒介、修饰物质表面等(a)A.Arafat,M.Giesbers,M.Rosso,E.J.R.K.R.G.White,L.Yang,M.R.Linford,H.Zuilhof,Langmuir 2007,23,6233-6244；b)W.Du,Z.Xu,A.M.K.Zhang,J.R.Leonard,K.L.Wooley,Bioconjugate Chem.2008,19,2492-2498；c)W.Biesta,B.van Lagen,V.S.Gevaert,A.T.M.Marcelis,J.M.J.Paulusse,M.W.F.Nielen,H.Zuilhof,Chem.Mater.2012,24,4311-4318)。也有一些短链脂肪酸三氟乙酯用作锂离子电池的电解液材料(J.G.Petrov,E.E.Polymeropoulos,H.Langmuir2007,23,2623-2630)。同时由于三氟乙基(CH2CF3)特殊的结构和电子效应，长链脂肪酸三氟乙酯单层分子膜在气-水界面显示出与不含氟脂肪酸酯完全相反的表面电势和偶极矩等(W.Lu,K.Xie,Z.Chen,Y.Pan,C.M.Zheng,J.Fluorine Chem.2014,161,110-119)。鉴于脂肪酸三氟乙酯的重要性和有用性，发展简单高效的方法合成该类化合物，具有重大意义。但是目前已知的脂肪酸三氟乙酯的合成方法一般采用脂肪酸与三氟乙醇直接反应制备。但是由于三氟乙醇的亲核性较弱，反应常常需要缩合剂和催化剂参与，同时反应条件苛刻、官能团耐受性差、产率低。涉及长链脂肪酸、特别是含敏感官能团的长链脂肪酸三氟乙酯的合成，更是鲜有报道。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种不需要添加任何催化剂和缩合剂制备长链脂肪酸三氟乙酯的方法，与其他合成方法相比，本方法原料易得，反应条件温和，官能团兼容性好，底物适用范围广，操作简单，并能以定量的产率得到目标产物。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
制备脂肪酸三氟乙酯的方法，包括以下步骤：
将脂肪酸与碱混合，加入三氟乙基芳基三价碘试剂，在-20℃至100℃下，搅拌反应1～72h得到反应产物。
按上述方案，脂肪酸与碱混合在有机溶剂中，再加入三氟乙基芳基三价碘试剂。
按上述方案，所述有机溶剂为乙腈、甲苯、邻二甲苯、二氯甲烷、二甲亚砜、DMF、THF、1,4-二氧六环、氯仿、苯、1,2-二氯乙烷、乙酸乙酯、正己烷、环己烷的任意一种。
按上述方案，还包括将反应产物加入二氯甲烷萃取，分离后二氯甲烷溶液减压旋干，残留物经柱层析纯化，得到目标产物。
按上述方案，脂肪酸与三氟乙基芳基三价碘试剂的摩尔比为1:(0.2～5)；脂肪酸与碱的摩尔比为1:(0.2～5)。
按上述方案，所述脂肪酸为长链脂肪酸，结构式表述为RCOOH；其中R为含5-29个碳原子的烷基、芳烷基、杂环、并环或稠环。
按上述方案，优化地，所述脂肪酸为月桂酸、肉豆蔻酸、软脂酸、二十二烷酸、油酸、亚麻酸、金刚烷乙酸或齐墩果酸等。
按上述方案，所述三氟乙基芳基三价碘试剂的结构式为[ArICH2CF3][X]，其中Ar为苯环、取代苯环、芳杂环或其衍生物；X为-OTf、-BF4、-PF6、-SbF6或-N(SO2CF3)2。
按上述方案，所述碱为无机碱或有机碱；无机碱包括LiHCO3，NaHCO3，KHCO3，Li2CO3，Na2CO3，K2CO3，Cs2CO3，K3PO4，K2HPO4，KH2PO4，LiOH，NaOH，KOH，NaH，KH，CaH2，NaOCH3，NaOCH2CH3；有机碱包括HN(CH2CH3)2，N(CH2CH3)3，HN(CH(CH3)2)2，N(C4H9)3，DABCO，DBU，吡啶。
按上述方案，优化地，脂肪酸与三氟乙基芳基三价碘试剂的摩尔比为1:1.5；脂肪酸与碱的摩尔比为1:1；反应时间为24h，反应温度在20～30℃之间。
按上述方案，优化地，碱为K2CO3、Cs2CO3或K3PO4。
本方法制备脂肪酸三氟乙酯所用的反应，具有代表性的方程式如下：
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明不需要添加催化剂和缩合剂，甚至可以不需要有机溶剂；而且所用的三氟乙基化试剂PhICH2CF3][X]可由CF3H2I方便合成。本发明所用原料易得，反应条件温和，官能团兼容性好，底物适用范围广，操作简单，并几乎能以定量的产率得到目标产物。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明，但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明合成的长链脂肪酸三氟乙酯，其典型结构如下所示，但不作为对本发明保护范围的限制。
以三氟甲磺酸三氟乙基苯基三价碘盐的制备为例：将三氟乙酸酐、三氟乙酸、过氧化氢与三氟碘乙烷混合物，在常温下搅拌反应20h，制备CF3CH2I(OCOCF3)2，然后CF3CH2I(OCOCF3)2与苯和三氟甲磺酸在0℃条件下反应24h，即可制备三氟甲磺酸三氟乙基苯基三价碘盐。
实施例1
将月桂酸(60.1mg,0.30mmol)与碳酸钾(41.5mg,0.30mmol)混合，加入三氟甲磺酸三氟乙基苯基三价碘盐(196.3mg,0.45mmol)的二氯甲烷溶液(3mL)，于室温下搅拌反应6h。反应毕，加入二氯甲烷萃取(3×3mL)。二氯甲烷溶液减压旋干，残留物经柱层析纯化(洗脱剂为石油醚)，即得月桂酸三氟乙酯(95％yield)。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ4.46(q,J＝10.0Hz,2H),2.40(t,J＝5Hz,2H),1.28(d,J＝20Hz,1H),0.88(t,J＝5.0Hz,3H).19F NMR(471MHz,CDCl3)δ-73.9(t,3F).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ172.2,123.0(q,J＝277.2Hz),60.1(q,J＝36.5Hz),33.7,31.9,29.6,29.6,29.4,29.3,29.2,29.0,24.7,22.7,14.1.
实施例2
将肉豆蔻酸(68.5mg,0.30mmol)与磷酸三钾(63.7mg,0.30mmol)混合,再加入三氟甲磺酸三氟乙基苯基三价碘盐(196.3mg,0.45mmol)的甲苯溶液(3mL)，于100℃搅拌反应1h，反应毕，加入二氯甲烷萃取(3×3mL)。二氯甲烷溶液减压旋干，残留物经柱层析纯化(洗脱剂为石油醚),收集产物段，浓缩抽油泵即得肉豆蔻酸三氟乙酯(93％yield)。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ4.46(q,J＝8.0Hz,2H),2.40(t,J＝2Hz,2H),1.28(d,J＝20Hz,1H),0.88(t,J＝5.0Hz,3H).19F NMR(471MHz,CDCl3)δ-73.9(t,3F).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ172.2,123.0(q,J＝277.2Hz),60.1(q,J＝36.5Hz),33.7,31.9,29.7,29.6,29.6,29.4,29.4,29.2,29.0,24.7,22.7,14.1.
实施例3
将软脂酸(76.9mg,0.30mmol)与碳酸铯(97.7mg,0.30mmol)混合均匀,再加入三氟甲磺酸三氟乙基苯基三价碘盐(196.3mg,0.45mmol)的1,4-二氧六环溶液(3mL)，于60℃搅拌反应24h，反应毕，加入二氯甲烷萃取(3×3mL)。二氯甲烷溶液减压旋干，残留物经柱层析纯化(洗脱剂为石油醚)收集产物段，浓缩抽油泵即得十六烷酸三氟乙酯(99％yield)。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ4.46(q,J＝8.0Hz,2H),2.41(t,J＝8Hz,2H),1.25(s,26H),0.88(t,J＝6.0Hz,3H).19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-73.9(t,3F).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ172.2,123.0(q,J＝277.2Hz),60.1(q,J＝36.5Hz),33.7,31.9,29.7,29.7,29.6,29.4,29.4,29.2,29.0,24.7,22.7,14.1.
实施例4
将软脂酸(76.9mg,0.30mmol)与碳酸铯(97.7mg,0.30mmol)混合均匀后,加入三氟甲磺酸三氟乙基苯基三价碘盐(196.3mg,0.45mmol)，不加任何溶剂，于室温下搅拌反应48h，反应毕，粗品经柱层析纯化(洗脱剂为石油醚)收集产物段，浓缩抽油泵即得十六烷酸三氟乙酯(98％yield)。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ4.46(q,J＝8.0Hz,2H),2.41(t,J＝8Hz,2H),1.25(s,26H),0.88(t,J＝6.0Hz,3H).19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-73.9(t,3F).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ172.2,123.0(q,J＝277.2Hz),60.1(q,J＝36.5Hz),33.7,31.9,29.7,29.7,29.6,29.4,29.4,29.2,29.0,24.7,22.7,14.1.
实施例5
将二十二烷酸(102.2mg,0.30mmol)与氢氧化钾(16.8mg,0.30mmol)混合均匀,再加入三氟甲磺酸三氟乙基苯基三价碘盐(196.3mg,0.45mmol)的二氯甲烷溶液(3mL)，于室温下搅拌反应72h，反应毕，加入二氯甲烷萃取(3×3mL)。二氯甲烷溶液减压旋干，残留物经柱层析纯化(洗脱剂为石油醚)，收集产物段，浓缩抽油泵即得二十二烷酸三氟乙酯(78％yield)。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ4.46(q,J＝10Hz,2H),2.41(t,J＝5Hz,2H),1.28(d,J＝20.0Hz,38H),0.88(t,J＝6.0Hz,3H).19F NMR(471MHz,CDCl3)δ-73.9(t,3F).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ172.2,123.0(q,J＝277.2Hz),60.1(q,J＝32.8Hz),33.7,31.9,29.7,29.6,29.6,29.4,29.4,29.2,29.0,24.7,22.7,14.1.
实施例6
将油酸(84.7mg,0.30mmol)与碳酸铯(97.7mg,0.30mmol)混合均匀,再加入三氟甲磺酸三氟乙基苯基三价碘盐(196.3mg,0.45mmol)的二氯甲烷溶液(3mL)，于室温下搅拌反应32h，反应毕，加入二氯甲烷萃取(3×3mL)。二氯甲烷溶液减压旋干，残留物经柱层析纯化(洗脱剂为石油醚),收集产物段，浓缩抽油泵即得油酸三氟乙酯(90％yield)。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ5.34(t,J＝15.0Hz,2H)，δ4.46(q,J＝7.5Hz,2H),2.41(t,J＝8Hz,2H),2.01(t,3H),0.88(t,J＝6.0Hz,3H).19F NMR(471MHz,CDCl3)δ-73.9(t,3F).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ172.1,130.1,129.7,123.0(q,J＝277.2Hz),60.1(q,J＝36.5Hz),33.6,31.9,29.8,29.7,29.5,29.3,29.1,29.0,28.9,27.2,27.1,24.7,22.7,14.1.
实施例7
将亚麻酸(83.5mg,0.30mmol)与碳酸铯(97.7mg,0.30mmol)混合均匀后，加入三氟甲磺酸三氟乙基苯基三价碘盐(196.3mg,0.45mmol)的二氯甲烷溶液(3mL)，于室温下搅拌反应12h，反应毕，加入二氯甲烷萃取(3×3mL)。二氯甲烷溶液减压旋干，残留物经柱层析纯化(洗脱剂为石油醚),收集产物段，浓缩抽油泵即得亚麻酸三氟乙酯(76％yield)。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ)δ5.37(s,6H)，δ4.46(q,J＝7.5Hz,2H),δ2.81(s,4H),δ2.01(t,3H),δ2.41(t,J＝5.0Hz,2H),δ2.07(q,J＝5.0Hz,4H),δ1.29(d,J＝30.0Hz,10H),δ0.98(t,J＝5.0Hz,3H).19F NMR(471MHz,CDCl3)δ-73.9(t,3F).13C NMR(126Hz,CDCl3)δ172.1,132.0,130.2,128.3,128.2,127.8,127.1,123.0(q,J＝277.2Hz),60.1(q,J＝36.5Hz),33.6,29.7,29.5,29.1,29.0,28.9,27.2,25.6,25.5,24.7,20.6,14.3.
实施例8
将金刚烷乙酸(58.3mg,0.30mmol)与碳酸铯(97.7mg,0.30mmol)混合均匀后,加入三氟甲磺酸三氟乙基苯基三价碘盐(196.3mg,0.45mmol)的二氯甲烷溶液(3mL)，于0℃搅拌反应24h，反应毕，加入二氯甲烷萃取(3×3mL)。二氯甲烷溶液减压旋干，残留物经柱层析纯化(洗脱剂为石油醚)，收集产物段，浓缩抽油泵即得金刚烷三氟乙酯(92％yield)。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ4.45(q,J＝5.0Hz,2H),2.17(s,2H),1.98(s,3H),1.62(t,J＝10.0Hz,12H).19F NMR(471MHz,CDCl3)δ-73.6(t,3F).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ170.0,123.0(q,J＝220.0Hz),60.0(q,J＝37.0Hz),48.2,42.2,36.6,32.9,28.6.
实施例9
将齐墩果酸(137.0mg,0.30mmol)与碳酸铯(97.7mg,0.30mmol)，混合均匀后,加入三氟甲磺酸三氟乙基苯基三价碘盐(196.3mg,0.45mmol)的二氯甲烷溶液(3mL)，于-20℃至室温下搅拌反应24h，反应毕，加入二氯甲烷萃取(3×3mL)。二氯甲烷溶液减压旋干，残留物经柱层析纯化(洗脱剂为石油醚：乙酸乙酯＝5:1)，收集产物段，浓缩抽油泵即得齐墩果酸三氟乙酯(94％yield)。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ5.31(dd,J＝4.0,4.0Hz,1H),δ4.45(q,J＝4.0Hz,2H),3.21(dd,J＝12.0,4.0Hz,1H),2.86(dd,J＝12.0,4.0Hz,1H),2.01(ddd,J＝12.0,12.0,4.0Hz,1H),1.89(m,1H)1.63(m,14H),1.42(m,3H),1.19(m,1H),1.14(s,3H),0.98(s,3H),0.96(m,1H),0.92(s,3H),0.90(s,6H),0.78(s,3H),0.71(s,3H).19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-73.6(t,3F).