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含氟化学品在冶金工业、锂离子电板、电子居品、含氟团员物、制冷剂、农用化学品和药示寂学中具有粗拙的应用，而且目下这些化学品中通盘的氟原子均源自当然界中常见的矿物——萤石（也称氟石，主要因素为氟化钙，CaF2）。两百多年以来，东说念主类行使萤石中氟资源的主要方式也曾1771年C. W. Scheele等报说念的形状——萤石（CaF2）和硫酸在严苛条款下响应制备氟化氢（HF），基于这种这种剧毒且腐蚀性强的气体再制备多样氟化试剂（图1A）。了然于目，这种工艺耗能大且具有宽阔的安全风险。比拟之下，若径直以萤石为氟源来构建C-F键，不仅不错幸免HF的产生，而且不错极地面普及氟资源的行使率，从而减少动力需求、简化工艺、普及安全性。关联词，目下以萤石为原料构建含氟化学品的例子极为保养，这主如若因为CaF2具有高晶格能（ΔUL=2640 kJ mol-1），水中溶化度很差且在有机溶剂中险些不溶，仅有的例子包括：1）在极其严苛的条款下合成LiPF6、PF5、POF3或Ca(SO3F)2；2）用碱石灰和HF合成多孔CaF2，在200 ℃下可将α-氯醚改革为α-氟醚。此外，尽管可溶性CaF2协作物已被制备并表征，但并没联系于其参与有机氟化响应的报说念。

近日，英国牛津大学Véronique Gouverneur和Michael A. Hayward等磋商者受到当然界中磷酸钙生物矿化历程的启发，在机械化学条款下用K2HPO4活化CaF2并得到新的无机盐——Fluoromix，可当作亲核氟化试剂合成一系列磺酰氟、α-氟酮、α-氟酯、α-氟酰胺、苄基氟化物、烷基氟化物和(杂)芳基氟化物，从而奏凯地完毕了从酸性萤石径直坐褥含氟化学品（触及C-F键和S-F键的构建）（图1B）。机理磋商标明Fluoromix的因素是K3(HPO4)F和K2-xCay(PO3F)a(PO4)b 。关联后果发表于Science 上。

图1. 萤石为原料合成含氟化学品。图片起原：Science

磷酸钙生物矿化对骨骼和牙齿的酿成以过甚他病感性钙化历程至关膺惩，这为作家的初步磋商提供了灵感。他们于是磋商了CaF2在无机磷酸盐存不才的响应性，即用磷酸根离子取代CaF2中的氟离子并酿成一种可能的钙化物——Ca3(PO4)2（ΔUL=3534 kJ mol-1/Ca2+），初步磋商标明将CaF2与磷酸盐和多样底物置于一系列条款仅不雅察到痕量产物。进一步优化发现液相化学并不行取得很好的效果，这或者也曾与CaF2厄运的溶化度联系，为此作家将注眼力转向不依赖响应物溶化度的机械化学。具体而言：作家以4-甲苯磺酰氯（TsCl）为模板底物、CaF2（5 equiv）为氟源并将其置于15 mL不锈钢研磨罐中，同期在30 Hz下使用一个不锈钢球（4 g）进行机械研磨，然而响应1 h后并莫得取得4-甲苯磺酰氟（TsF，1）；比拟之下，用KF（1.1 equiv）代替CaF2后则能以>95%的产率取得TsF（1）。关联词，在K3PO4（2 equiv）或K2HPO4（2 equiv）的存不才使用CaF2（5 equiv）进行响适时，分裂以7%和17%的19F NMR产率取得TsF（1），但K2HPO4并不行促进响应。进一步磋商发当今加入TsCl之前将CaF2（4 equiv）和K2HPO4（2 equiv）研磨3 h，然后再将羼杂物研磨3 h便能以66%的产率取得产物1。由于TsCl和TsF在这些条款下王人发生了部分降解，因此作家改造了上述决策，即用K2HPO4（4 equiv）研磨CaF2（4 equiv），并将所得粉末溶于tBuOH（0.25 M）中于100 °C进行氟化响应，不错81%的19F NMR产率取得产物1。值得一提的是，用酸性萤石代替合成试剂级CaF2相通有用。此外，用K2HPO4（悉数2.5 equiv）在35 Hz下相接球磨酸性萤石（1 equiv）得到氟化试剂（Fluoromix），欧博游戏平台Fluoromix在H2O（2 equiv）的存不才进行响应不错86%的分离产率取得产物1。

图2. 底物拓展。图片起原：Science

在最优条款下，Fluroromix推崇出精致的响应性，以高达98%的产率为药示寂学、化学生物学和材料科学等畛域提供了多种磺酰氟化物（2-25，图2），包括：多用途含氟化学品乙烯磺酰氟（ESF，19）、抗生素药效团NBSF（10）、酶阻难剂（20-25）以及脱氧氟化试剂PyFluor（17）和SulfoxFluor（18）。另外，作家发现Fluroromix还可用于构建C(sp3)-F键，其在18-crown-6的存不才合成了一系列苄基氟化物、烷基氟化物、α-氟酮、α-氟酯和α-氟酰胺（26-45），产率高达91%。临了，作家还将该决接应用于C(sp2)-F键的构建，其不错在DMSO为溶剂的条款下完毕(杂)芳基氯化物的氟化，并以中等的产率取得(杂)芳基氟化物（46-51），这些是药物分子和农用化学品的有价值合成砌块。

图3. 机理磋商。图片起原：Science

临了，作家进行了一系列推行来探究Fluoromix的构成以过甚进行氟化响应的机制（图3），具体而言：1）将Fluoromix置于D2O中搅动、离心并用19F NMR检测上清液，限度清楚-121.9 ppm的信号为氟化物，而第二个19F峰[(δ)= -73.8 ppm，1JP-F= 864 Hz]是FPO32-的特征峰。此外，31P NMR谱中δ= 2.7 ppm是HPO42-的特征峰，而δ = 1.1 ppm（1JP-F = 864 Hz）则是FPO32-的特征峰；2）用K2HPO4球磨CaF2后得到的物资很雄厚，行使粉末X-射线衍射（PXRD）进行非原位分析并笃定新的晶相为K3(HPO4)F和K2-xCay(PO3F)a(PO4)b以及残余的CaF2晶体，同期未检到结晶氟磷灰石[Ca5(PO4)3F]；3）机械推行限度标明KF与K2HPO4球磨后酿成了新的晶相X(K)（图3A），其存在于Fluoromix中，为K3(HPO4)F（图3B、3C），其与K3(PO3F)F和K3(SO4)F同结构；4）在优化的液相条款下，作家以TsCl为模板底物磋商了寂然制备X(K)的响应性，限度清楚X(K)是一种与Fluoromix特别的高效氟化试剂（图3D）；5）用CaHPO4进一步球磨X(K)（K3(HPO4)F）得到了一种新物种Y(KCa)，也存在于Fluoromix中（图3A、3B），况且其包含具有K+和Ca2+的K2-xCay(PO3F)a(PO4)b，同期在拓扑上与报说念的K3CaH(PO4)2结构密切关联；6）D2O中Y(KCa)的19F NMR谱清楚FPO32−的共振（δ= -73.9 ppm, 1JP-F= 865 Hz）以及归因于氟化物（δ= -122.2 ppm）的信号，而当作氟化试剂，Y(KCa)的性能显然低于Fluoromix（图3D）。总的来说，上述磋商对Fluoromix的构成和响应性进行了真切了解，并标明组分X(K)是优于Y(KCa)的氟化试剂。

转头

在东北虎豹国家公园，东北虎和东北豹作为顶级捕猎者，有着丰富的食物来源。成千上万的梅花鹿、狍子、野猪等有蹄类食物都是东北虎和东北豹的捕食对象。由于东北虎体型较大，因此更偏向于梅花鹿、野猪等大型猎物，而体型较小的东北豹则更偏向捕猎狍子、獐子等体型较小的野生动物。利用“天地空”一体化监测系统，虎豹公园捕捉到了东北虎捕食的精彩瞬间。

牛津大学磋商团队在机械化学条款下用K2HPO4活化CaF2并得到新的无机盐——Fluoromix，可当作亲核氟化试剂径直构建C-F键和S-F键，从而完毕从酸性萤石坐褥含氟化学品的径直改革。机理磋商标明Fluoromix的因素是K3(HPO4)F和K2-xCay(PO3F)a(PO4)b 。Gouverneu锤真金不怕火称，“径直使用CaF2进行氟化是该畛域的圣杯，多年来东说念主们一直在寻找处治这个问题的方针。” [1] 这项磋商有助于化工坐褥向着可合手续工艺过渡，减少或舍弃对环境的无益影响。

Fluorochemicals from fluorspar via a phosphate-enabled mechanochemical process that bypasses HF

皇冠hg86a

Calum Patel, Emy André-Joyaux, Jamie A. Leitch, Xabier Martínez de Irujo-Labalde , Francesco Ibba, Job Struijs, Mathias A. Ellwanger, Robert Paton, Duncan L. Browne , Gabriele Pupo, Simon Aldridge, Michael A. Hayward, Véronique Gouverneu

Science, 2023, 381, 302-306. DOI: 10.1126/science.adi1557

参考府上：

1. Breakthrough method for hazard-free production of fluorochemicals

https://www.chem.ox.ac.uk/article/breakthrough-method-for-hazard-free-production-of-fluorochemicals

（本文由吡哆醛供稿）