Fluor w chemii organicznej

Fluor, mimo iż należy do pierwiastków dość rozpowszechnionych w przyrodzie, praktycznie nie występuje w postaci związków organicznych. Wyjątek stanowi kwas fluorooctowy, stanowiący składnik trujących roślin występujących w suchym klimacie. Aby zatem zbadać właściwości związków fluoroorganicznych, należy je najpierw zsyntezować.

Fluor, jako najbardziej elektroujemny pierwiastek w układzie okresowym, może odgrywać znaczącą rolę w chemii medycznej. Selektywne wprowadzenie tego niewielkiego atomu może znacznie poprawić stabilność metaboliczną związku oraz zwiększyć jego przepuszczalność przez błony komórkowe. Taka rola fluoru jako podstawnika wynika z faktu, iż może on imitować zarówno atom wodoru, jak i ugrupowanie hydroksylowe. Atom fluoru stanowi izosteryczny zamiennik grupy –OH, ponieważ długość wiązania C-F (1,35 Å) jest zbliżona do długości wiązania C-O (1,43 Å), przez co organizmy często nie są wstanie odróżnić podstawionego fluorem związku od jego niepodstawionego prekursora.

Istnieje wiele metod selektywnego wprowadzania atomu fluoru do związku organicznego. Należą do nich między innymi:

1. Zastąpienie grupy hydroksylowej

Pierwotnie do tego celu wykorzystywano tetrafluorek siarki, jednak ze względu na dużą toksyczność zaczęto poszukiwać innych związków o podobnym działaniu. Do najbardziej popularnych należą: DAST (dietyloaminotrifluorek siarki) oraz Deoxofluor (bis(2-metoksyetylo)trifluorek siarki).

Związki te przekształcają alkohole pierwszo-, drugo-, trzeciorzędowe, allilowe oraz benzylowe w monofluorowe pochodne, a diole oraz zwiazki karbonylowe (aldehydy, ketony) w difluoropochodne.

2. Wykorzystanie soli arylodiazoniowych

Użyteczną metodą wprowadzania fluoru do pierścienia aromatycznego jest wykorzystanie soli arylodiazoniowych. Pierwszorzędowa amina aromatyczna poddana działaniu mocnego kwasu nieorganicznego oraz azotanu(III) sodu ulega przemianie w sól diazoniową według schematu:

Powstała w ten sposób sól poddawana jest natychmiast kolejnej reakcji, gdyż związki tego typu ulegają rozkładowi nawet w obniżonej temperaturze. Dodanie zimnego wodnego roztworu NaBF4, HBF4 lub NH4BF4 prowadzi do wytrącenia osadu tetrafluoroboranu diazoniowego, który poddaje się ogrzewaniu po przesączeniu i przemyciu. Tetrafluoroborany diazoniowe charakteryzują się największą trwałością 17 spośród wszystkich soli diazoniowych, a ich powstawanie, a następnie rozkład pod wpływem ogrzewania prowadzący do powstania fluorku arylu, trifluorku boru oraz azotu nazywane są reakcją Schiemanna.

3. Wymiana halogenu (bromu,chloru) na fluor

Do tego celu wykorzystuje się nieorganiczne sole zawierając fluor.