本发明涉及一种同时含氟与三氟甲基基团的乙烯化合物的制备方法，属于有机合成领域。
背景技术：
由于氟原子独特的性质，如小的原子半径，超强的电负性，良好的脂渗透性和代谢稳定性等，含氟化合物具有许多独特的生物和材料活性，所以含氟化合物在农药、医药、材料等方面有着广泛的应用。
三氟甲基因其具备强电负性、亲脂性和牢固的c-f键等特性，将cf3引入到有机分子中能够明显改变化合物的极性、亲脂性和细胞的代谢稳定性。含氟化合物具有许多独特的生物药理和材料活性，所以含氟化合物在农药、医药、材料等方面有着广泛的应用。
已经报道的三氟甲基化反应包括亲核三氟甲基化反应、亲电三氟甲基化反应和自由基三氟甲基化反应。然而，这些反应中大多数需要苛刻的反应条件或者底物范围狭窄,或者产物选择性较差。例如，三氟甲基化反应目前比较成熟的方法是利用tmscf3,togni或者umemoto类型的试剂作为三氟甲基的来源。氟化反应主要是利用各种氟盐、selecfluoro或nsfi等f+试剂，其中很多试剂如togni，或者umemoto,selecfluor试剂等需要提前制备，条件剧烈，需要利用剧毒难操作的f2或hf等，不利于大规模生产。因此，如何避免引入氟盐，且还可以同时在一个底物中高效和选择性地引入f和cf3是迫切需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明提供一种高效和选择性地制备含氟含三氟甲基的乙烯化合物及其衍生物的方法，该制备方法是一步过程，无需外加氟盐，成本低、产率高、工艺简单。考虑到苯乙烯广泛和巨大的市场价值，本发明方法有广阔的实际应用和市场空间，为制备各种氟化的聚苯乙烯类高分子材料提供了基础。
按照本发明提供的技术方案，所述制备含氟和三氟甲基集团的乙烯化合物及其衍生物的方法，是在有机碱的作用下，铜三氟甲基化合物作为三氟甲基源和氟源，与炔烃反应得到α-氟-β三氟甲基取代的乙烯类化合物；所述铜三氟甲基化合物的化学结构式如式(i)所示：
在本发明的一种实施方式中，所示方法是在氮气保护下，铜三氟甲基化合物、炔烃和有机碱的混合溶液于90～120℃油浴锅中反应3～20小时；反应后冷却至室温，经过滤、洗涤、干燥和层析，得到目标产物；
所述铜三氟甲基化合物为如下结构所示的化合物：
所述炔烃的结构式如式(ii)所示：
其中r选自芳香基及其取代衍生基团，或者烷基及其取代衍生基团，或者氢；优选香基及其取代衍生基团。
所述目标产物的结构式如式(iii)所示：
所述取代基团包括卤素、烷氧基、烷基中任意一种。
其中，所述配合物与炔烃的摩尔比为1:1～6:1，，碱与炔烃的摩尔比为1:1～5:1。
进一步的，所述有机碱为et3n、dbu、dabco、dmeda中任意一种或多种。本发明中涉及的有机碱是指含有氮原子的化合物，例如胺类化合物和含氮杂环化合物等。
所述步骤(1)中的溶剂为甲苯、nmp、dma、dmf、dmso中任意一种或多种。
进一步的，所述步骤中，当炔烃为固态时，将铜三氟甲基化合物、有机碱和炔烃加入反应管中，抽真空，充氮气，在氮气保护下用注射器注入溶剂。
进一步的，所述步骤中，当炔烃为液态时，将铜三氟甲基化合物加入反应管中，抽真空，充氮气，在氮气保护下用注射器注入炔烃、有机碱和溶剂。
进一步的，所述步骤经油浴反应后的反应体系冷却至室温，加入二氯甲烷稀释后再取有机层用去离子水洗涤，最后加入硅胶旋干柱层析，得到目标产物含氟三氟甲基化合物。
进一步的，所述步骤中，加入水稀释时水的加入量为反应体系体积的5～10倍，二氯甲烷加入量与水等体积。
本发明具有以下优点：本发明所使用的各反应原料、碱和溶剂均为工业化商品，简单易得，来源广泛，价格便宜，并且性能非常稳定，不需要特殊保存条件。本发明方法无需引入氟盐，还能获得较高产率目标物、具有成本低、工艺简单、污染少等特点，非常有望进行大规模工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。本发明所述含氟和三氟甲基化合物及其衍生物的制备方法，核心策略是利用炔烃的一步同时三氟甲基化与氟化反应制得目标产物。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在本领域内的技术人员对本发明的简单替换或改进均属于本发明所保护的技术方案之内。
实施例1：一种在端炔烃上同时引入氟与三氟甲基基团制备乙烯类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
将铜三氟甲基化合物1(0.1mmol，45mg)、三乙胺(0.2mmol，20mg)和对氯苯乙炔(2a,0.1mmol，13.7mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得无色油状产物3a(产率68％)。
上述步骤的反应过程如下式(1)所示：
产物3a的核磁数据如下：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.55(d,j＝8.6hz,2h),7.45(d,j＝8.5hz,2h),5.70(dq,j＝33.3,7.4hz,1h).19fnmr(376mhz,cdcl3)δ-57.47(d,j＝16.8hz,3f),-102.55(q,j＝16.7hz,1f).13cnmr(101mhz,cdcl3)δ163.62(dq,j＝269.0,5.8hz),132.13(s),128.41(d,j＝1.7hz),126.95(d,j＝26.1hz),125.46(d,j＝7.5hz),122.77(q,j＝269.0hz),94.70(qd,j＝36.2,11.7hz).
实施例2：一种在端炔烃上同时引入氟与三氟甲基基团制备乙烯类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
将铜三氟甲基化合物1(0.10mmol，45mg)、三乙胺(0.2mmol，20mg)和对甲氧苯乙炔(2b,0.1mmol，13mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得无色油状产物3b(产率61％)。
上述步骤的反应过程如下式(2)所示：
产物3b的核磁数据如下：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.55(d,j＝8.8hz,2h),6.96(d,j＝8.7hz,2h),5.57(dq,j＝33.9,7.5hz,1h),3.88(s,3h).19fnmr(376mhz,cdcl3)δ-56.62(d,j＝16.3hz,3f),-102.23(q,j＝16.3hz,1f).
实施例3：一种在端炔烃上同时引入氟与三氟甲基基团制备乙烯类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
将铜三氟甲基化合物1(0.10mmol，45mg)、三乙胺(0.5mmol，75mg)和对羰基苯乙炔(2c,0.1mmol，15mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得白色固体产物3c所示：
上述步骤的反应过程如下式(3)所示：
产物3c的核磁数据如下：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ8.03(d,j＝8.3hz,2h),7.70(d,j＝8.5hz,2h),5.83(dq,j＝33.1,7.4hz,1h),2.65(s,3h).19fnmr(376mhz,cdcl3)δ-57.34(d,j＝16.6hz,3f),-102.86(q,j＝16.6hz,1f).
实施例4：一种在端炔烃上同时引入氟与三氟甲基基团制备乙烯类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
将铜三氟甲基化合物1(0.10mmol，45mg)、三乙胺(0.5mmol，75mg)和对乙基苯乙炔(2d,0.1mmol，13mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得无色油状产物3d(产率64％)。
上述步骤的反应过程如下式(4)所示：
产物3d的核磁数据如下：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.53(d,j＝8.3hz,2h),7.29(d,j＝8.4hz,2h),5.66(dq,j＝33.6,7.5hz,1h),2.73(q,j＝7.6hz,2h),1.28(t,j＝7.6hz,3h).19fnmr(376mhz,cdcl3)δ-56.85(d,j＝16.4hz,3f),-102.37(q,j＝16.4hz,1f).
实施例5：一种在端炔烃上同时引入氟与三氟甲基基团制备乙烯类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
将铜三氟甲基化合物1(0.10mmol，45mg)、三乙胺(0.5mmol，75mg)和对酯基苯乙炔2e(0.1mmol，16mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得白色固体3e(64％)。
上述步骤的反应过程如下式(5)所示：
产物3e的核磁数据如下：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ8.13(d,j＝8.3hz,2h),7.69(d,j＝8.5hz,2h),5.82(dq,j＝33.1,7.4hz,1h),3.97(s,3h).19fnmr(376mhz,cdcl3)δ-57.32(d,j＝16.6hz,3f),-102.71(q,j＝16.6hz,1f).
实施例6：一种在端炔烃上同时引入氟与三氟甲基基团制备乙烯类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
将铜三氟甲基化合物1(0.10mmol，45mg)、三乙胺(0.5mmol，75mg)和间氯苯乙炔2f(0.1mmol，13.7mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得白色固体3f(64％)。
上述步骤的反应过程如下式(6)所示：
产物3f的核磁数据如下：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.60(s,1h),7.49(dd,j＝6.1,4.1hz,2h),7.45–7.36(m,1h),5.73(dq,j＝33.1,7.4hz,1h).19fnmr(376mhz,cdcl3)δ-57.29(d,j＝16.6hz,3f),-102.50(q,j＝16.6hz,1f).
实施例7一种在端炔烃上同时引入氟与三氟甲基基团制备乙烯类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
将铜三氟甲基化合物1(0.10mmol，45mg)、dabco(0.2mmol，20mg)和对氯苯乙炔(2a,0.1mmol,13.7mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得无色油状产物3a(产率35％)。
上述步骤的反应过程如下式(7)所示：
实施例8一种在端炔烃上同时引入氟与三氟甲基基团制备乙烯类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
将铜三氟甲基化合物1(0.10mmol，45mg)、tmeda(0.2mmol，20mg)和对氯苯乙炔(2a,0.1mmol，13.7mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得无色油状产物3a(产率48％)。
上述步骤的反应过程如下式(8)所示：
对比例1
参照实施例1，将三乙胺替换为氢氧化钠或者叔丁醇钠，其他条件不变，进行α-氟-β三氟甲基取代的乙烯类化合物的制备。结果发现，所得产物中有90％以上的取代产物4a：