氟:元素周期表上的T - rex

我们在实验室的生活似乎是由简单的硼硅酸盐玻璃决定的。有玻璃烧瓶，玻璃柱和玻璃冷凝器。它很华丽:一种明亮透明的材料，触感很好，让你看到你的反应，享受它的颜色。高温?没有问题。低pH值?这不是问题。50%氢氧化钠溶液?一个典型的烧瓶低于沸点温度就可以了。

但每种材料都有弱点，玻璃的弱点就是氟化物。我曾经在最后一刻决定用hf -吡啶进行反应时学到了这个教训。在烧瓶中加入底物和溶剂后，我向玻璃添加漏斗中添加了一些hf -吡啶，并开始将试剂滴入反应中。我注意到一些奇怪的烟雾从添加漏斗，并把我戴着手套的手伸进引擎盖。当我注意到漏斗摸起来是热的，我突然意识到我是多么愚蠢。令人高兴的是，我安全地取出了添加漏斗，将试剂倒入塑料烧杯中，阻止它攻击玻璃中的硅。

找不到更好的词了，氟很奇怪。它的电负性很强，我小时候的一部化学教育片给它起了个外号:the雷克斯霸王龙元素周期表的。它的原子半径很小，类似于氢原子。正是这种有趣的组合诱使化学家在研究中使用氟。为了测试他们的目标活性位点的电子环境，药物化学家将他们的分子制成氟化版本，与在相同位置上只有一个氢的分子进行比较。碳氟键的强度是显著的，所以药物化合物上经常会有一个氟帕拉-一个芳香环的位置，阻止肝脏的酶代谢药物，从而延长分子在体内的半衰期。它特殊的电子特性也吸引了材料科学家:高度惰性、高度疏水的聚(四氟乙烯)和全氟碳基血液替代品都将其独特的物理性能归功于氟的独特电子特性。

氟化通常在专门的工厂进行。对其他人来说，尽可能购买含氟中间体更安全、更容易

但是将氟分子转化为分子并不是一件简单的事情。带有氯基团的芳香环和足够电负性的取代基，在高于150°C的温度下会与氟化钾发生卤素交换。不过，不要用玻璃衬里的反应堆来处理这个问题。如果你能找到一个，使用镍基合金制成的反应堆是一个更好的主意，比如Monel 400 (67% Ni)或Inconel 600 (76% Ni)。

这种反应的最佳溶剂是高沸点和极性足以溶解离子盐。在实验室中，你会看到二甲基亚砜或二甲甲酰胺被用于这些反应，但这些溶剂在制造工厂中并不受欢迎。一旦反应完成(这将需要一段时间)，提取产物可能是棘手的。但如果你在分子中加入氟，那么产物的沸点很可能会比起始物质低你就可以从混合物中蒸馏出氟了。

不想用离子氟化物?总有巴尔兹-席曼反应。不是取代氯离子，而是用苯胺制取重氮盐，然后用氟硼酸或氢氟酸本身来取代重氮。你必须非常小心，把反应堆通风口挂在洗涤器上。释放的氮为挥发性和有毒的氢氟酸从反应器中逸出提供了方便的途径。当然，有几十种，甚至上百种不同的氟化试剂。二乙基氨基三氟化硫(DAST)可能是最著名的。用DAST从酮中制取二氟二酸酯很简单，但该试剂热敏性强，在50°C以上就会爆炸。正因为如此，氟化通常在专门的工厂进行，这些工厂非常适合处理这些试剂及其独特的要求。对其他人来说，尽可能购买含氟中间体更安全、更容易。

虽然含氟化合物在制药行业普遍存在，但很少看到含有三到四种以上氟的化合物。这很容易被全氟辛酸等表面活性剂超过，有15种。要把所有的氟元素都放到位，需要一种不同的方法。Simons电化学氟化工艺采用电化学，以辛酰氯为起始原料，氢氟酸为氟源，在带有镍电极的专用电池中进行。这项强大的技术帮助3M制造了大量的全氟分子，并使其在我们的经济中得到广泛应用。遗憾的是，在这种顽固的不可生物降解材料中，碳氟键的强度意味着它们会在环境中持续存在。化学的作用将是帮助扭转过去的错误，继续利用氟的卓越品质。