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摘 要

5-氟-3-氰基吡啶是一类重要的精细化工中间体，在医药、农药等领域具有广泛的作用。本文将以5-氯-3-氰基吡啶和5-溴-3-氰基吡啶为原料，通过卤素交换法，尝试使用多种不同的催化剂，并研究在相同催化剂下不同温度、不同溶剂、不同反应时间等条件对5-氟-3-氰基吡啶产率的影响。最终经过大量的试验，确定以5-溴-3-氰基吡啶为原料，条件是氟化试剂为KF10.0eq（40毫摩尔为1eq)、催化剂为PH₄PCl 1.5eq、溶剂为环丁砜、反应温度为135摄氏度、反应时间96小时，5-氟-3-氰基吡啶的产率可达51%。

关键词：5-氟-3-氰基吡啶；氟化；卤素交换

Synthesis of 5-fluoro-3-cyanopyridine research process

Abstract

5-fluoro-3-cyanopyridine are an important class of chemical intermediates, has a broader role in the field of medicine and pesticide. This will be of 5-chloro-3-cyano pyridine and 5-bromo-3-cyanopyridine as raw material by halogen exchange, try using a variety of different catalysts and different temperatures, different solvents at the same catalyst, different conditions such as reaction time on 5-fluoro-3-cyanopyridine yield. Eventually after a series of experiments to determine the 5-bromo-3-cyanopyridine as starting material, provided that the fluorinating agent is KF10.0eq (40 mmoles of 1 eq), the catalyst was PH₄PCl 1.5eq, sulfolane solvent, the reaction temperature is 135 degrees C, the reaction time of 96 hours, 5-fluoro-3-cyanopyridine in 51% yield.

Keywords:5-fluoro-3-cyanopyridine;Fluoride;Halogen exchange

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1 氟化吡啶类化合物简介 1

1.2 5-氟-3-氰基吡啶的性质、作用 1

第二章 氟化反应的类型 2

2.1 氟气直接氟化反应 2

2.2 电化学氟化反应 2

2.3 Balz-Schiemann反应 2

2.4 亲电氟化反应 3

2.5 亲核氟化反应 3

2.5.1 脱硝基氟代反应 3

2.5.2 卤素交换反应 4

2.5.3 含氧官能团被氟取代反应 4

2.5.4 磺酸酯被氟取代反应 5

第三章 5-氟-3-氰基吡啶的合成方法 6

3.1 氟代脱硝法 6

3.2 卤素原子置换法 6

3.3 重氮化法 6

3.4 气态氟化法 7

第四章 5-氟-3-氰基吡啶的合成工艺研究 8

4.1 实验原理 8

4.2 实验试剂 8

4.3 实验步骤 8

4.3.1 以5-氯-3-氰基吡啶为原料 8

4.3.2 以5-溴-3-氰基吡啶为原料 9

4.4 实验数据 10

4.5 结果分析 18

4.6 谱图分析 19

致 谢 20

参考文献 21

附 录 22

第一章 前言

1.1 氟化吡啶类化合物简介

最近几年氟化吡啶类化合物的合成研究越见火热。因为要在吡啶环上引入强吸电子基团氟原子，所以含氟吡啶类化合物具有独特而高效的作用，是一类重要的精细化工中间体，在医药，农药等领域具有广泛的作用。而我们国家对农药和医药需求量大，导致氟化吡啶类的化合物市场范围广。同时含氟吡啶的碱性以及反应活性都比相应的氯吡啶、溴吡啶要稍弱^[1]，因此能够定位合成含氟吡啶仍是一个需要深入研究的项目。

1.2 5-氟-3-氰基吡啶的性质、作用

5-氟-3-氰基吡啶，中文别名5-氟烟腈、3-氟-5-氰基吡啶等，常温下是一种粉末状固体，分子式：C₆H₃FN₂，密度：1.514g/cm3，沸点：195.6ºC，闪点：72.1ºC，折射率：1.509。5-氟-3-氰基吡啶可用于含氟吡啶类农药杀虫剂和医药杀菌剂。因为氟原子的半径较小，比氢原子半径略大，具有很大的电负性，可影响生物活性部分的电子分布，破坏有害生物正常的电子传递，使得抑制或杀死有害生物。而接近羟基的电负性，所形成的C-F键能要比C-H键能要大，能够使氟化吡啶类化合物保持较高的稳定性，良好的稳定性可使害虫、病菌、杂草等有害生物的成长受到阻碍阻而导致死亡。又因为氟原子(尤其是CF₃基)的引入，可使分子内的电子云密度降低,从而提高了抗分解能力，使得化合物拥有持久的作用。同时氟原子的引入，能够提高化合物的脂溶性，即可以增强疏水性，容易渗透生物膜易于吸收转移，从而迅速达到被作用的部位,可与生物体内的酶相互结合,使之受到了抑制，从而使被作用的生物体丧失机能而导致死亡^[2]。所以用氟原子代替农药杂环上的其它基团，可明显提高农药的活性，且含氟农药的生物活性能够比其对应的不含氟农药提高数倍之多。以5-氟-3-氰基吡啶为中间体的含氟农药在性能上相对的具有低毒、用量少、杀虫效果好、代谢能力强等一系列的优点，使得它能在新农药品种中占有的比例越来越大。

第二章 氟化反应的类型

氟分子的生成热一般是30-40千卡/克分子，HF分子的生成热一般是64千卡/克分子，然而产物的-CF键能大概在103千卡/克分子，所以氟化反应是放热反应，从能量上看是有利的。根据已有的文献记载，氟化反应大多数是链反应，在其中有自由基以及氟原子的参加,因此看出反应的活化能并不高^[3]。这些有利的因素使得氟化反应较剧烈，但相对来说，也使得氟化产物一般也是稳定的筒单分子。

2.1 氟气直接氟化反应

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