1,3-二氟-5-乙烯基苯:操作与应用实验方案
1,3-二氟-5-乙烯基苯:操作与应用实验方案
1,3-Difluoro-5-vinylbenzene是一种含氟苯乙烯衍生物,作为多功能缺电子乙烯基构建单元,广泛应用于钯催化交叉偶联反应、自由基及阴离子聚合,以及先进含氟材料的合成。
- 化学名称
- 1,3-二氟-5-乙烯基苯
- 同义词
- 3,5-二氟苯乙烯;1,3-二氟-5-乙烯基苯
- 分子式
- C₈H₆F₂
- 分子量
- 140.13 g/mol
- 关键官能团
- 末端乙烯基(苯乙烯型),苯环间位两个芳基C–F键
- 主要应用
- 交叉偶联反应、自由基/阴离子聚合、含氟聚合物合成、药物化学构建单元
- Aladdin货号
- D729417
产品概述与化学性质
1,3-二氟-5-乙烯基苯(货号:D729417)是一种二氟化苯乙烯单体,两个氟原子位于苯环的1位和3位(间位),乙烯基位于5位。两个间位氟取代基的诱导效应和共振效应协同作用,使苯环呈缺电子状态,降低了π体系的HOMO能量,增强了乙烯基末端对亲核试剂和自由基加成的反应活性。
该类化合物的关键理化特性通常包括:室温下为液态、黏度较低,以及与常见有机溶剂(如THF、二氯甲烷、甲苯、DMF和乙醚)的互溶性。与未氟化的苯乙烯相比,氟取代基赋予该化合物更高的亲脂性、在药物化学应用中更强的代谢稳定性,以及可用于反应监测的特征性19F NMR信号(相对于CFCl₃通常位于δ –108至–112 ppm),无需额外标记。
注意:具体物理常数(沸点、密度、折射率、闪点)应以Aladdin D729417批次检验报告或安全数据表中的当前数据为准,因这些数值未包含在现有来源材料中,已标记为待审核项。
储存、操作与安全
储存:将1,3-二氟-5-乙烯基苯置于惰性气氛(氮气或氩气)下密封容器中,于2–8 °C或按当前产品标签规定的条件储存。由于苯乙烯型单体易发生自由基自聚,商业品通常含有自由基阻聚剂(如4-叔丁基邻苯二酚或对甲氧基苯酚)。除非应用要求,否则不得去除阻聚剂;若需去除,应在使用前立即通过短柱活性氧化铝或使用专用阻聚剂去除柱。
操作:所有操作应在通风良好的通风橱中进行。须佩戴适当的个人防护装备:丁腈或氯丁橡胶手套、护目镜和实验服。避免与皮肤、眼睛及衣物接触,避免吸入蒸气。转移较大体积时应对容器进行接地和等电位连接,以防止易燃蒸气被静电点燃。
不相容性:大量储存时远离强氧化剂、强碱、过氧化物和自由基引发剂。与路易斯酸或强布朗斯特酸接触可能引发阳离子聚合。
废物处置:所有废物的处置须符合当地、国家及机构关于易燃含卤有机溶剂的法规要求,不得倒入下水道。
使用前请查阅Aladdin D729417最新安全数据表(SDS),获取完整的危险分类、急救措施和法规信息。
分步操作规程:用作交叉偶联底物或聚合单体
以下通用操作规程概述了1,3-二氟-5-乙烯基苯在两种典型应用中的使用方法。请针对您的具体底物和目标产物优化所有参数(催化剂用量、溶剂、温度、反应时间)。
A. Heck型交叉偶联(乙烯基官能化)
- 准备:对所有玻璃器皿和搅拌子进行火焰或烘箱干燥。用干燥氮气或氩气吹扫反应容器至少10分钟。
- 投料:在惰性气氛下,将芳基卤偶联底物(1.0当量)、1,3-二氟-5-乙烯基苯(1.0–1.5当量,如需去除阻聚剂)、钯催化剂(如Pd(OAc)₂或Pd₂(dba)₃,1–5 mol%)、膦配体(2–10 mol%)和碱(如Et₃N或K₂CO₃,2–3当量)加入反应容器。
- 加入溶剂:加入干燥脱气溶剂(DMF、DMA或甲苯;浓度通常为0.1–0.5 M),密封容器。
- 反应:在80–120 °C下搅拌反应12–24 h(或经优化的时间),通过TLC或GC监测转化率。
- 后处理:冷却至室温,用乙酸乙酯稀释,依次用水和饱和食盐水洗涤,有机层用MgSO₄干燥,过滤,减压浓缩。
- 纯化:采用硅胶柱色谱法,选用适当洗脱体系对产物进行纯化。
B. 自由基均聚或共聚
- 单体制备:将单体通过短柱碱性氧化铝去除阻聚剂,去除阻聚剂后立即使用。
- 聚合体系配制:在Schlenk瓶中将单体(1.0当量或设定的共聚投料比)和自由基引发剂(如AIBN,0.5–2 mol%)溶于干燥甲苯或THF(单体质量分数10–50%)。通过三次冻融循环脱气。
- 聚合反应:回充氮气,于60–80 °C搅拌反应6–24 h。通过冷却并暴露于空气或加入阻聚剂溶液终止反应。
- 聚合物分离:将反应液倒入冷甲醇或正己烷中沉淀聚合物,过滤,洗涤,于40–50 °C真空干燥至恒重。
- 表征:用GPC/SEC分析分子量,DSC测定玻璃化转变温度(Tg),¹H/¹⁹F NMR分析组成和微观结构。
分析表征与质量控制
使用前请通过以下技术确认1,3-二氟-5-乙烯基苯的结构和纯度:
- ¹H NMR(400 MHz,CDCl₃):预期信号包括:δ 6.7–7.1 ppm区域的三个芳香质子(1,3,5-三取代苯环的特征多重峰)、约δ 5.2 ppm(dd,=CH₂,反式)和5.7 ppm(dd,=CH₂,顺式)的乙烯基质子,以及6.6–6.7 ppm(dd,–CH=)。精确化学位移应以检验报告为准。
- ¹⁹F NMR(376 MHz,CDCl₃):间位两个等价氟原子在约δ –108至–112 ppm处(以CFCl₃ = 0 ppm为基准)给出单一共振峰,单峰确认了对称取代结构。
- GC纯度:合成用途的可接受纯度通常按GC面积归一化法≥97%。请查阅Aladdin D729417当前批次检验报告以获取具体纯度规格。
- 红外光谱:预期特征吸收峰包括C–F伸缩振动(约1100–1270 cm⁻¹)、乙烯基C=C伸缩振动(约1630 cm⁻¹)以及乙烯基C–H面外弯曲振动(约910和990 cm⁻¹)。
- 质谱(EI-MS):分子离子峰[M]⁺位于m/z 140,与C₈H₆F₂一致。
务必将测试结果与参考谱图和Aladdin检验报告数据进行比对,以确保批次间一致性。
代表性研究应用
1,3-二氟-5-乙烯基苯在多个化学研究领域具有广泛应用:
- 药物化学:3,5-二氟苯基是生物电子等排体,常用于改善候选药物的结合亲和力、代谢稳定性和水溶性。乙烯基官能团可通过Heck偶联、Diels–Alder环加成或硫醇-烯反应实现快速结构多样化。
- 聚合物与材料科学:含3,5-二氟苯乙烯单元的均聚物和共聚物表现出不同的玻璃化转变温度、相对于聚苯乙烯更高的热稳定性以及改变的介电性能,可作为低介电常数(low-k)材料和含氟聚合物涂层的候选材料。
- 有机电子学:缺电子含氟苯乙烯可被引入π共轭体系,用于调控LUMO能级,改善有机薄膜晶体管和有机光伏活性层中的n型半导体特性。
- 生物正交和标记化学:¹⁹F核在生物介质中提供无背景干扰的NMR信号;含该基团的聚合物或小分子探针可通过¹⁹F MRI或NMR进行示踪,无背景干扰。
- 合成中间体:乙烯基可转化为多种官能团:环氧化得到芳基缩水甘油醚类似物;双羟基化得到二醇;氢甲酰化得到醛;硼氢化-氧化得到伯醇。
每种应用领域的详细实验条件请参阅原始文献,放大实验前务必先在小规模条件下验证操作规程。
常见问题
聚合前如何去除1,3-二氟-5-乙烯基苯中的阻聚剂?
在使用前立即将单体通过短柱活性碱性氧化铝(约每克单体用5克氧化铝)。在惰性气氛下将去除阻聚剂的单体直接收集至反应容器中并立即使用,因为不含阻聚剂的苯乙烯型单体在室温下即可发生自发聚合。
1,3-二氟-5-乙烯基苯为反应监测提供哪种NMR波谱信号?
两个等价的间位氟原子在¹⁹F NMR谱中约δ –108至–112 ppm(以CFCl₃为基准)处给出特征单峰。该信号可用于直接、定量监测单体消耗、产物生成或聚合物中的单元嵌入,不受质子溶剂或生物介质的干扰,特别适用于动力学研究和原位NMR实验。
1,3-二氟-5-乙烯基苯是否适用于钯催化交叉偶联反应?
是的,1,3-二氟-5-乙烯基苯的乙烯基可在标准钯催化条件下作为烯烃偶联底物与芳基或乙烯基卤化物参与Heck型反应。吸电子氟取代基活化了双键,有利于与钯氧化加成中间体的反应。在Heck条件下,芳基C–F键通常保持惰性,但在专门设计用于C–F键官能化的Pd/Ni条件下可能被活化;在尝试C–F活化前,请查阅最新文献。
为防止该单体聚合,推荐的储存条件是什么?
将1,3-二氟-5-乙烯基苯储存于密封、避光容器中,在惰性气氛(N₂或Ar)下置于2–8 °C保存。确保商业品中所含阻聚剂在储存期间不被去除。避免长时间暴露于热、光和氧气中,这些因素均会加速阻聚剂耗尽并引发聚合。使用前务必检查容器,观察是否有黏度增大或凝胶形成的迹象。
1,3-二氟-5-乙烯基苯能否与苯乙烯或丙烯酸酯共聚?
是的,作为苯乙烯型单体,1,3-二氟-5-乙烯基苯预期可与苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及其他乙烯基单体进行自由基共聚。由于吸电子氟取代基的影响,决定共聚物组成的竟聚率(r₁和r₂)将与苯乙烯本身有所不同;应针对每对新的共聚单体体系通过实验测定竟聚率,以准确预测共聚物微观结构。
参考文献
- Aladdin Scientific. Product page: 1,3-Difluoro-5-vinylbenzene, SKU D729417. Aladdin Scientific (accessed 2024).
- Heck, R. F. Palladium-catalyzed reactions of organic halides with olefins. Acc. Chem. Res. 1979, 12, 146–151. doi:10.1021/ar50136a002
- Gouverneur, V.; Müller, K. (Eds.) Fluorine in Pharmaceutical and Medicinal Chemistry. Imperial College Press, London, 2012.
- Hung, M.-H.; Grabowski, J. J. Fluorinated vinyl monomers: synthesis and polymerization. In: Scheirs, J. (Ed.) Modern Fluoropolymers. Wiley, 1997.
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