有機化合物分子中與碳原子連接的氫被氟取代的一類化合物。分子中全部碳-氫鍵都轉化為碳-氟鍵的化合物稱全氟有機化合物,部分取代的稱單氟或多氟有機化合物。由於氟是電負性最大的元素,多氟有機化合物具有化學穩定性、表面活性(見表面活性劑)和優良的耐溫性能等特點。

  簡史 有機氟化合物的研究始於19世紀末。1930年製成二氟二氯甲烷(氟利昂-12),並作為優良的製冷劑應用於冷凍工業。隨後合成瞭瞭聚四氟乙烯等含氟高分子,它們具有優異的耐化學腐蝕、耐溫性能、電性能和表面性能,為重要的材料。20世紀50年代,含氟甾體激素(見性激素)的合成和應用於醫藥,開拓瞭含氟材料的多種特殊用途。

  命名 有機氟化合物的命名法 見表。

常用多氟有機化合物的命名法

  氟利昂的命名法 於“氟利昂”之後加一數字,以表示化合物的組成,規定如下:右起第一位(個位)數為氟原子的數目,第二位(十位)數減一為氫原子的數目,第三位(百位)數加一為碳原子的數目,如化合物隻含一個碳原子,則隻有兩位數字。分子中應有的其餘原子則均為氯,如化合物含溴,則在上述數字之後加上“B”字和一個數目,表示溴原子的數目,如為環狀化合物則於數字之前加一“C”字。例如氟利昂-11為CFCl3,氟利昂-22為CHF2Cl,三氟溴甲烷為氟利昂-13B1,全氟環丁烷為氟裡昂C-318等。由於“氟裡昂”為美國杜邦公司的商品名,在學術文獻中曾倡議改用“氟碳”字首的表示法,例如三氟三氯乙烷稱為氟碳-113等。

  有機化合物的氟化 選擇性氟化 將鹵代烷或磺酸酯轉化為氟代烷,可用堿金屬的氟化物或銻、汞、銀的氟化物等作試劑,反應一般在無水極性介質中進行;也可用五氯化銻等作催化劑,在無水氟化氫中進行氟化。

  四氟化硫可作為將羥基、羰基和羧基分別轉化為一氟代烷基、二氟次甲基和三氟甲基的專一性試劑,必要時可添加氟化氫、三氟化硼等催化劑。過氯酰氟則可將有機化合物中的活性氫轉化為氟,例如:

  全氟化 元素氟可將有機化合物中的多重鍵用氟飽和並將碳-氫鍵全部轉化為碳-氟鍵。由於反應大量放熱,常伴隨各種斷鍵和一些偶合、聚合反應,產物極為復雜。

  高價金屬氟化物的氟化法是間接利用元素氟進行氟化,例如,三氟化鈷為較元素氟溫和的氟化劑:

反應副產物二氟化鈷與元素氟反應,又得三氟化鈷:

2CoF2+F2─→2CoF3

應用此法可從萘和四氫萘的混合物制取全氟萘烷。其他類似的氟化劑為二氟化銀、三氟化錳等。氟化氙和元素氟與石墨的嵌入物也是較元素氟緩和的氟化劑。

  電化氟化 將有機化合物溶於無水氟化氫中,必要時添加少量導電體,於低電壓下進行電化反應,則在陰極放出氫,化合物中的碳-氫鍵在陽極轉化為碳-氟鍵,多重鍵被氟飽和,並發生一些降解反應。這是制備全氟有機化合物的最好方法之一。

  類別 含氟烷烴 以氟利昂為代表。氟利昂主要是氟化的甲烷和乙烷,也可以含氯或溴。這類化合物多數為氣體或低沸點液體,不燃,化學穩定,而且耐熱、低毒;主要用作制冷劑、噴霧劑等,最常用的是氟利昂-11和氟利昂-12。

  這類化合物也是重要的含氟化工原料或溶劑。如二氟氯甲烷用於合成四氟乙烯;1,1,2-三氟三氯乙烷用於合成三氟氯乙烯,也是優良的溶劑;氟利昂-13B1可作為滅火劑。

  含氟碘代烷如三氟碘甲烷等,為重要的合成中間體。此外,一些低分子含氟烷烴和含氟醚具有麻醉作用,並有不燃、低毒的優點,可用作吸入麻醉劑,例如1,1,1-三氟-2-氯-2-溴乙烷(俗稱“氟烷”)已廣泛應用於臨床。

  含氟烯烴 以四氟乙烯、偏氟乙烯和三氟氯乙烯等為代表。四氟乙烯為最主要的含氟單體,可以用自由基型引發劑引發聚合(見自由基聚合)成聚四氟乙烯,或與其他單體共聚合成多種含氟高分子。

  偏氟乙烯為無色低毒氣體,工業上由偏二氟乙烷氯化裂解制得:

偏氟乙烯在空氣中的濃度在5.8%~20.3%之間時,遇火可爆炸。偏氟乙烯主要用於自由基引發共聚合,以制取含氟彈性體(見 含氟高分子)。

  偏氟乙烯與親電試劑的反應按下式進行:

CF2CH2+HX─→CF2X--CH3(X為Br,I等)

自由基引發的 加成反應則主要生成 CH 2 XCF 2H。

  三氟氯乙烯主要作為單體,用於合成均聚物或共聚物(見聚三氟氯乙烯)。

  含氟芳烴 苯分子中的氫,可以通過間接的方法部分或全部用氟取代。氟苯為含氟芳烴的代表。多氟苯或全氟苯易與親核試劑發生取代反應,但較難發生親電取代反應。

  含氟羧酸 含氟羧酸可以進行一般羧酸的各種轉化,例如還原為醛、伯醇,生成酰鹵、酸酐、酯、鹽、酰胺等。全氟羧酸為強有機酸,長鏈的全氟羧酸及其鹽類均為優良的表面活性劑。

  應用 很多有機氟化合物有重要用途。例如,全氟環丁烷可作為食品的發泡劑;全氟三丁胺乳劑可替換大白鼠的全部血液而使動物仍能正常存活;全氟萘烷和全氟三丙胺的混合乳劑作為氟碳代血液,已成功地應用於臨床;又如聚四氟乙烯可制作人造關節的部件,長期用於人體中。