氟化氫作為一種危險性的化學(xué)品在含氟化合物領(lǐng)域處于非常重要的位置，但是氟化氫有關(guān)化合物的合成（300℃）和運輸?shù)膯栴}一直無法解決。通常各種含氟化學(xué)品（包括制冷、電力運輸、農(nóng)用化學(xué)品和藥品等）都是從CaF2原料生成的氟化氫之后，進一步轉(zhuǎn)化制備得到。有鑒于此，牛津大學(xué)Véronique Gouverneur等報道一種能夠繞過氟化氫并且反應(yīng)條件溫和的路徑，從CaF2直接生成含氟化合物的方法。這種方法使用純度97%的CaF2（螢石：fluorspar（純度較高，97%））作為原料，在存在草酸的情況，通過B(OH)3或者SiO2處理，反應(yīng)在低溫（<50℃）的水溶液中進行反應(yīng)，制備許多含氟化合物，包括四氟硼酸、堿金屬氟化物、四烷基氟化銨、氟芳烴。當(dāng)使用H2SO4替代草酸與B(OH)3反應(yīng)獲得類似的效果，但是使用H2SO4替代草酸與SiO2反應(yīng)效果不理想。使用純度更低的CaF2（metspar（純度較低，85%））同樣能夠很好的反應(yīng)。這種從CaF2直接生產(chǎn)氟化合物的方法為分布式制備氟化物提供可能，對于氟化工行業(yè)具有很強的吸引力，這項技術(shù)為含氟化學(xué)品行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供可能。 值得一提，2023年7月20日，Véronique Gouverneur等人在Science報道了一條直接從酸性螢石中提取氟化合物的途徑，該方法操作簡單，包括在機械化學(xué)條件下用 K2HPO4 活化 CaF2。
圖1. 螢石（CaF2）制備氟化學(xué)品的各種方法作者考慮在溫和反應(yīng)條件直接活化水溶液中的CaF2，從而能夠直接合成一些常用氟化學(xué)品。作者認(rèn)為Br?nsted酸和親氟Lewis酸之間協(xié)同作用能夠活化CaF2，捕獲Ca2+形成不溶的鹽，并且捕獲HF形成合適的狀態(tài)進行隨后的氟化。發(fā)現(xiàn)草酸（C2H2O4 H2Ox）是比較合適的Br?nsted酸，CaOx的溶解性較低（0.0061mg mL-1, 20℃, H2O），而且草酸的價格便宜，合成比較方便。基于文獻研究結(jié)果，B(OH)3和HF在水中容易反應(yīng)，因此選擇B(OH)3作為Lewis酸。 實驗結(jié)果顯示，在50℃在草酸存在下，螢石能夠與B(OH)3反應(yīng)。通過19F和11B NMR表征生成的[B-F]產(chǎn)物，19F NMR表征結(jié)果說明主要產(chǎn)物是HBF4（-150.3ppm，1JB–F=1.1Hz）和HBF3OH（-145.3ppm, 1JB–F=10.7Hz）。此外，發(fā)現(xiàn)對應(yīng)于草酸二氟硼酸酯的單峰（-152.3ppm）。對比實驗表明，當(dāng)使用草酸作為反應(yīng)物，生成的產(chǎn)量最高（96%），產(chǎn)量比酒石酸（2%）、H2SO4（69%）、HCl（60%）更高。草酸與SiO2結(jié)合，能夠得到比較好的產(chǎn)率（97%）。使用草酸和SiO2結(jié)合，在50℃的水中反應(yīng)15h，生成[Si-F]產(chǎn)物的氟化物達(dá)到97%。通過19F NMR表征，說明反應(yīng)生成H2SiF6（-129.6ppm）、H2SiF5(OH)（-128.8ppm）。29Si NMR表征，發(fā)現(xiàn)生成草酸合四氟化硅(H2C2O4SiF4)（-124.5ppm和-135.9ppm）。通過這種[Si-F]化合物進一步合成常用的氟化物。當(dāng)CaF2（1.1當(dāng)量）與草酸（1當(dāng)量）、SiO2（0.4當(dāng)量）在50 ℃反應(yīng)15h，過濾去除不溶的副產(chǎn)物，隨后與2倍量KOH反應(yīng)，生成K2SiF6，與6倍量KOH反應(yīng)，生成KFAGF，(其中AGF=螢石)，產(chǎn)率達(dá)到85%。通過類似過程，分別于NaOH或者CsOH·H2O能夠生成NaFAGF（產(chǎn)率85%，純度94%）、CsFAGF（產(chǎn)率89%，純度96%）。當(dāng)使用四甲基氫氧化銨處理（6當(dāng)量），能夠生成四甲基氟化銨，之后能夠進一步轉(zhuǎn)化為[Me4NF·(tAmOH)]AGF，產(chǎn)率達(dá)到88%，這種試劑是非常好用的SNAr親核反應(yīng)試劑。這個反應(yīng)方法能夠用于制備四丁基氟化銨，并且轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的氟化物[Bu4NF·(tBuOH)4]AGF，產(chǎn)率達(dá)到71%。這些結(jié)果表明，Br?nsted酸和Lewis酸之間的協(xié)同作用能夠在溫和條件活化CaF2，避免HF揮發(fā)，能夠一步從CaF2合成HBF4 (aq.)、KF、NaF、CsF、Me4NF·tAmOH、nBu4NF·(tBuOH)4等氟化物。合成氟芳烴化合物。由于發(fā)現(xiàn)CaF2能夠轉(zhuǎn)化為HBF4 (aq.)、KF、Me4NF·tAmOH，因此進一步測試將這些氟化物用于合成氟芳烴。通過Balz–Schiemann的兩步反應(yīng)制備氟芳烴。HBF4 (aq.)與亞硝酸叔丁酯（tert-butyl nitrite）和芳基胺反應(yīng)生成四氟硼酸重氮鹽，隨后分離純化加熱，四氟硼酸重氮鹽轉(zhuǎn)化為氟化物。結(jié)果表明該反應(yīng)方法制備4-溴氟苯得到98%的產(chǎn)率。這種化學(xué)方法能夠制備多種氟芳烴，作為各種有機含氟藥物分子的砌塊，產(chǎn)率高達(dá)87%。包括包括立普妥（降膽固醇）、諾氟沙星（抗生素）、拉替拉韋（HIV）、伊拉瓦環(huán)素（抗生素），瑞舒伐他汀（心血管疾病）、氟比洛芬（抗炎）、氟桂利嗪（眩暈）和依折麥布（降膽固醇藥物）的前體化合物。而且，能夠合成氟吡啶化合物（4、8、13），作為MK2抑制劑（自身免疫性疾病）和維立西呱（心力衰竭，vericiguat），農(nóng)藥除草劑炔草酯（clodinafop）。對于容易分解的重氮鹽，開發(fā)了亞硝酸叔丁酯和LiBF4一鍋反應(yīng)，能夠不分離重氮鹽的情況合成氟芳烴化合物（4、9）。 Klose, I., Patel, C., Mondal, A. et al. Fluorspar to fluorochemicals upon low-temperature activation in water. Nature (2024).DOI: 10.1038/s41586-024-08125-1https://www.nature.com/articles/s41586-024-08125-1
