【背景及概述】[1][2]
四丁基氟化銨（TBAF）是一種親脂性季銨氟化物，在有機(jī)合成中有廣泛的應(yīng)用：一方面，TBAF是一種強親核氟化劑，可作為氟離子來源參與氟代反應(yīng)； 另一方面，TBAF 釋放的氟離子可與硅原子形成穩(wěn)定的Si-F 鍵，在氟離子促進(jìn)的有機(jī)硅化物反應(yīng)中常被用作硅醚保護(hù)基團(tuán)的脫保護(hù)試劑。此外，TBAF 還可用作有機(jī)堿催化劑，表現(xiàn)出較高的催化活性。TBAF 中氟原子是強有力的氫鍵受體，因此極易與水結(jié)合。市售TBAF 多以結(jié)合水或四氫呋喃溶液的形式銷售。TBAF 的合成方法較多，常用方法是通過四丁基溴化銨的氟代反應(yīng)，或直接用氟化氫的水溶液與正四丁基氫氧化銨的水溶液反應(yīng)合成TBAF，然后在真空狀態(tài)下除水。這種方法會造成TBAF 的損耗和水分殘留。故合成的TBAF 只適用于對水不敏感的反應(yīng)。有關(guān)無水TBAF 合成的報道相對較少，尋找一種綠色環(huán)保的合成無水TBAF 的方法對提升其應(yīng)用效果具有重要的現(xiàn)實意義。TBAF 作為氟化劑適用的范圍多為含硝基的底物，這在一定程度上限制了TBAF 的應(yīng)用。繼續(xù)拓展TBAF 的適用范圍是研究重點。
【合成】[1][2]
方法1：室溫下，在極性非質(zhì)子溶劑（THF，DMSO 等）中，用四丁基氰化銨處理六氟苯，合成的無水TBAF 收率超過95%。
方法2：將氟化鉀與四丁基銨鹽溶解于去離子水中后，置于1-10℃介質(zhì)中冷卻1-5h，過濾后可得四丁 基氟化銨籠形水合物。所述的四丁基氟化銨籠形水合物的水分含量在65-75％。將所述的籠形 水合物干燥即得四丁基氟化銨三水合物。
【應(yīng)用】[1][2]
TABF在有機(jī)合成中有廣泛的應(yīng)用。
1. 氟化反應(yīng)
TBAF 作為氟離子來源，可親核取代氯離子或?qū)妆交酋；?。與無機(jī)氟化試劑相比，TBAF的反應(yīng)條件更加溫和，反應(yīng)時間明顯縮短。用TBAF 替代無機(jī)氟化試劑，與有機(jī)鹵化物或甲苯磺酸酯反應(yīng)，以高收率合成了氟化產(chǎn)物。用無水TBAF 作氟化，與硝基取代的吡啶經(jīng)氟化硝基化反應(yīng)合成了氟吡啶。2-硝基吡啶與4-硝基吡啶更容易反應(yīng)，3-硝基吡啶需要在吸電子劑存在的情況下才能反應(yīng)。值得注意的是，2-或4-硝基吡啶可以在室溫或70 ℃ 下快速制得氟代吡啶，在有供電子基存在時，反應(yīng)時間變長。
以對二硝基苯(PDNB) 為原料，無水TBAF 為氟化劑，經(jīng)氟代脫硝法一步合成對硝基氟苯(PNFB)。結(jié)果表明，PDNB30mmol 和無水TBAF 25 mmol 在室溫下反應(yīng)1.5 h，PNFB 收率達(dá)98.5%。在該反應(yīng)中，將TBAF 與其他氟化劑的反應(yīng)活性作對比，發(fā)現(xiàn)TBAF 活性最強。此外，選用TBAF為氟化劑時，即使加入鄰苯二甲酰氯來捕獲NO2，NO2也很難引發(fā)其他副反應(yīng)，PNFB 收率和選擇性顯著提高。
2. 硅醚保護(hù)基的脫保護(hù)
TBAF 與其他脫保護(hù)試劑（氫氟酸、氟化氫胺絡(luò)合物和氟代無機(jī)鹽等）相比，安全性更高，脫保護(hù)能力更強，是一種性能良好的硅醚脫保護(hù)試劑。自1972 年，發(fā)現(xiàn)用四正丁基氟化銨可以催化二甲基-叔丁基甲硅烷基醚在溫和條件下迅速裂解成醇之后，TBAF 作為硅醚保護(hù)基的脫保護(hù)試劑逐漸進(jìn)入化學(xué)家們的視野。2012 年采用TBAF 脫除了對三苯基衍生物中的OTBS 基團(tuán)，首次實現(xiàn)了不使用氧化劑合成三聯(lián)苯化合物。
目前報道的大多數(shù)氟離子的受體均基于氫鍵或Lewis 酸，其應(yīng)用范圍比較有限-只能在高濃度下捕獲氟離子，選擇性偏低。2016 年改進(jìn)了TBAF 的使用方法（在反應(yīng)結(jié)束后加入離子交換樹脂和碳酸鈣除掉殘留的銨鹽），使TBAF 產(chǎn)生的銨鹽只需要通過簡單的過濾就可除去。TBAF 雖然是一種性能良好的硅醚脫保護(hù)試劑，但也存在一些缺點。首先，它不適用于對堿性條件敏感的化合物和容易與親核試劑發(fā)生反應(yīng)的化合物； 其次，對于空間位阻比較大的化合物脫保護(hù)效果較差，需要提高反應(yīng)溫度或延長反應(yīng)時間。
3.分子內(nèi)環(huán)化
1974 年發(fā)現(xiàn)TBAF 可以催化芐氧羰基苯基丙酰胺分子內(nèi)環(huán)化形成乙內(nèi)酰脲。之前，該類型反應(yīng)都在強堿作用下進(jìn)行，副反應(yīng)較多，環(huán)化產(chǎn)物的收率很低（20%～40%）。2011 年以TBAF 催化6-羥基-2-己酸乙酯和7 -羥基-2 -庚酸乙酯發(fā)生分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)，分別生成了2，5-取代四氫呋喃環(huán)和2，6-取代四氫吡喃環(huán)，該反應(yīng)在15 min 內(nèi)即可完成，E-產(chǎn)物立體選擇性高且收率良好。反應(yīng)得到的產(chǎn)物是Z-和E-烯醇醚的混合物，其中Z式產(chǎn)物為主產(chǎn)物：
2014 年報道了用TBAF 催化炔丙基脲分子內(nèi)環(huán)化合成咪唑啉酮或亞甲基咪唑烷酮的方法：
雖然早在1995 年就已報道了TBAF 催化炔基酰胺的5-exo-dig 分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)，但TBAF 促進(jìn)的尿素環(huán)化反應(yīng)尚未見報道。以14 為底物，最終得到相應(yīng)的芳香咪唑2-酮，收率66%～67%。該反應(yīng)不需要回流，還保留了甲酯基團(tuán)。F － 是反應(yīng)順利進(jìn)行的關(guān)鍵，四丁基銨陽離子對三鍵進(jìn)行活化，F(xiàn)-使氮的親核性增加。2017 年報道了用TBAF 催化炔基環(huán)化反應(yīng)，合成異惡唑啉和吡唑啉的方法。這種含有兩個雜原子的環(huán)化產(chǎn)物可以在溫和的條件下生成。
4.分子間環(huán)化
以TBAF 為催化劑，合成了吡唑并［1，2-b］酞嗪和二氫螺二氫吲哚-3，1'吡唑并［1，2-b］酞嗪：
實驗需在超聲協(xié)助下進(jìn)行，環(huán)合產(chǎn)物收率較高。用TBAF 作催化劑效果，反應(yīng)時間較短，收率較高。與以往的方法相比，用四丁基作催化劑具有經(jīng)濟(jì)可行性等優(yōu)點，同時縮短反應(yīng)時間，在較短時間內(nèi)可以得到較高收率的雜環(huán)產(chǎn)物?？蓱?yīng)用于各種芳香醛合成雜環(huán)化合物的反應(yīng)。以TBAF 作催化劑，合成1，5-苯并硫氮酮衍生物，收率較高。研究發(fā)現(xiàn)，芳基肉桂酸和脂肪肉桂酸都可以發(fā)生此種環(huán)化反應(yīng)，以中等至良好收率制得產(chǎn)物。但如果苯環(huán)上含有強給電子基團(tuán)時，收率會明顯降低。該反應(yīng)的機(jī)理為2-氨基苯硫酚被氟離子催化，對不飽和酸產(chǎn)生更強的親核攻擊性，經(jīng)Michael 加成反應(yīng)生成中間體40；40 中的酸基團(tuán)被n-Bu4N + 原位激活，發(fā)生分子內(nèi)酰胺化，從而生成1，5-苯并噻吩酮衍生物：
5.其他反應(yīng)
TBAF 還參與許多其他類型的反應(yīng)。TMS 保護(hù)的炔烴與醛在TBAF 作用下生成烯醇，該方法簡化了反應(yīng)步驟，無需使用強堿，底物適用范圍廣；通過TES-重氮酮與多種醛在TBAF 作用下發(fā)生醛醇型加成反應(yīng)，合成了β-羥基-α-重氮酮，在CuCl2和TBAF 共同作用下，末端炔可以發(fā)生氧化偶聯(lián)反應(yīng)，生成1，3-二炔。該方法適用于多種雜芳族和脂族炔，無需使用金屬催化劑也可順利反應(yīng)；在合成4-甲基-7-芳基/ 雜芳香香豆素時發(fā)現(xiàn)，使用TBAF·3H2O 可以縮短反應(yīng)時間，提高反應(yīng)收率。其原因可能是TBAF·3H2O 除具有中等程度的堿性外，還在反應(yīng)中作為親核活化劑促進(jìn)Pd( OAc)2中的Pd2 + 轉(zhuǎn)化為具有催化活性的Pd + ，并且提高了氧化產(chǎn)物的穩(wěn)定性，從而提高了反應(yīng)速率。在合成6-芐氨基嘌呤的過程中，使用TBAF作為相轉(zhuǎn)移催化劑，有效解決了傳統(tǒng)固-液相催化反應(yīng)中絡(luò)合劑價格高昂、合成困難等問題。
【主要參考資料】
[1] 李琳，魏鵬飛，唐甜，楊豐科. 四丁基氟化銨的合成及其應(yīng)用研究進(jìn)展.
2018 ,第26 卷.合成化學(xué), 第4 期，300～306
[2] 李義濤;伍陽;劉新爍;李凱;曾水明;張兵兵;盧沁月;屈季春.一種制備四丁基氟化銨三水合物的方法. CN201510030408.8，申請日2015-01-21