有机氟化学

是药物、材料等科学中的学科

有机氟化合物特别是全氟化合物具有一些不一般甚至是非常特殊的物理化学性质，它们被用于从药物化学到材料科学等多个科学领域中。物理性质方面，有机氟化物的性质主要是由两个因素所控制的：一是氟的高电负性和较小的原子半径，氟原子的2s和2p轨道与碳的相应轨道尤其匹配；二是由此产生的氟原子的特别低的可极化性。碳-氟键是有机化学中已知的最强的化学键，它不仅较短，而且是高度极化的，其偶极矩在1.4D左右。不过全氟碳烷分子中由于所有局部偶极矩相互抵消，却是属于十分非极性的溶剂，很多情况下比相应的碳烷的介电常数还低；对比之下，部分氟化的碳烷分子的偶极矩则较高。

性质

氟原子仅比氢原子稍大（范德华半径比氢原子大23%），而且具有很低的可极化性，因此全氟碳烷的分子结构和分子动力学也受到影响。直链碳烷是线性锯齿形构型，全氟碳烷则为了避免1-和3-位上氟原子间的电子和立体排斥，而采取螺旋形结构。

全氟烷烃的沸点要比相同分子量的烷烃低很多，而且由于全氟烷烃的低可极化性，造成它与其他烃类溶剂的混溶性很差，从而产生所谓液相的第三相，即相对于水相和有机相的氟相。

应用

应用综述

有机氟化物在医药工业中有非常重要的应用。上市的新药中，每年大约有15-20%都是有机氟化合物。在含氟的药物分子中，通常氟的含量都比较低，每个引入的氟原子或含氟基团都有其特定的目的。总体上看，氟原子对药物分子的影响主要有： 1.氟的引入不使分子发生明显的立体构型变化，但使分子的电子性质产生很大的改变。这是由于氟原子虽然与氢原子大小相似，但却具有很大的电负性。有机氟精细化学品包括氟农药、氟医药、氟染料、含氟芳香族中间体、含氟表面活性剂和氟惰性流体等。

具体应用

(1)氟医药由于含氟有机化合物具有特异的生物活性和生物体适应性，含氟药物的疗效比一般药物均强好几倍，其开发最为活跃。世界上已商品化和正在开发的含氟医药有近百种。部分重要产品有：镇静剂氟哌利多；抗肿瘤药氟脲嘧啶；消炎药二氟拉松；激素类药氟氢可的松、氟氯耐德、，氟氢缩松、氟地卡松；抗心率失常药氟卡尼；抗真菌药氟康唑、氟胞嘧啶；抗癌药磷酸氟达拉宾；催眠药氟马西尼；抗哮喘药氟尼缩松；抗忧郁药氟西汀(百忧解，抗忧郁药类世界销量第一)；减肥药氟拉明。

(2)氟农药70年代以来我国开始了含氟农药的研究，先后开发了伏草隆、氟乐灵、乙氧氟草醚等除草剂和氟蚜蝗、除虫脲、含氟拟除虫菊酯等杀虫剂，其中氟乐灵实现了工业化生产，果尔、虎畏、除虫脲等也有批量生产。以杂环类化合物为原料的农药本身具有较强的性能，氟的引入使其性能更进一步得到了提高。如含氟吡啶衍生物制成的除草剂吡氟禾草灵(稳杀特)的性能提高了1倍多；杀虫剂氯氟脲(定虫隆)兼有杀虫和不育功能。

国内含氟农药的品种、数量都满足不了市场需求，大量依赖进口。

(3)氟染料氟元素的引入能增强染料的光泽和艳度，提高其耐晒、耐水、耐有机溶剂的性能。如含氟氯嘧啶型活性基的F型活性染料取代K型、KN型丝印染料，其反应性、固色率和牢度等均有显著提高。**染料中间体2，6-二氟-3-硝基吡啶还具有杀菌作用，可用作口香糖添加剂。

在含氟染料方面，国内先后合成出了大红色基VD、桔橙色基RD、含氟色淀澄、三聚氟氰、热敏染料、FT2等品种。北京服装学院有三聚氟氰、热敏染料等技术的提供。

(4)有机氟中间体有机氟中间体主要包括芳香族氟化物和脂肪族氟化物，其中又以芳香族氟化物为主。芳香族氟化物有：多氟苯类；氯、溴、碘氟苯类；氟硝基苯类；氟苯胺类；氟苯酚类；氟苯甲醛类；氟苯丙酮类；氟苯甲酸类；苯甲酚氯类；氟甲苯类和其它氟苯类；以及单三氟甲苯类；双三氟甲苯类；氟吡啶类；三氟甲基吡啶类等。

芳香族氟化物是合成医药，农药和染料的重要中间体，如：2，4-二氯氟苯用于抗感染喹酮类药环丙沙星、氟氧沙星、氟哌酸等的合成；对氟苯酚用于消炎抗风湿类药硫茚酸、醛糖还原酶制剂索比尼尔合成；对氟苯甲酰氯用于心脑血管类药有氟伐他汀钠合成；3-氯-4-氟苯胺用于氟喹酮类抗菌药合成；4-溴-2-氟苯胺用于消炎药布洛芬合成；4-氯-4-氟苯甲酮用于医用驱虫剂氟苯咪唑合成；另外，脂肪族氟化物氟溴甲烷是头孢类药头孢氟铵的重要中间体。

天然产物

与氟元素在药物中的广泛应用形成鲜明对比的是天然有机产物中氟元素的缺乏。与上千种含氯、溴和碘的天然有机分子不同的是，迄今为止，人们发现的含氟天然产物仍然屈指可数。如果将天然存在的一类尾端还有氟原子的脂肪酸看作是一种化合物的话，则生物来源的含氟有机物仅有6个——氟乙酸、(2R,3R)-2-氟代柠檬酸、氟丙酮、核杀菌素、4-氟-L-苏氨酸和氟代脂肪酸；而且这个数字也在减少中——以前认为是天然存在的含氟有机物，由于实验证据不足而准确性遭到质疑。此外还有一些氟化合物是可以通过地质过程产生的，比如三氟一氯甲烷和二氟二氯甲烷。生物来源的含氟有机物之少一般认为是由三个因素造成的：

1.地表水中较低的氟离子浓度（对比[F−]=1.3ppm、[Cl−]=19000ppm），尽管氟是地壳中含量最多的卤素；

2.水中的氟离子是高度溶剂化的，不易参与化学反应；

3.氟正离子的不稳定性，致使氟不能像其他卤素一样以X+的形式被引入到分子中去（见加卤酶机制）。

在上述生物来源的含氟有机物中，最著名的是氟乙酸。它的毒性和在植物中的存在是很早就已知的，也曾被大量合成作为杀鼠剂使用。氟乙酸是作为乙酸的竞争性抑制剂，通过阻断柠檬酸循环中草酰乙酸向柠檬酸的转化（产生的氟代柠檬酸不能再进行消除产生顺乌头酸）而产生作用。其生物合成的机制是在2008年才探明的，S-腺苷基蛋氨酸(SAM)作为合成前体，在氟化酶催化下与氟离子发生亲核取代，生成含氟中间物，再经磷酸化酶、异构酶、醛缩酶和脱氢酶催化的多步反应转化为氟乙酸。

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