四氟化硫氟化法

四氟化硫氟化法是用於將含氧或含其他鹵素的有機化合物轉化為有機氟化物的方法。

四氟化硫是一種氣態氟化試劑，可以氟化羰基、醇、其他鹵素等多種官能基。羰基化合物通常會被轉化為相同氧化態的有機氟化物：例如羧酸氟化生成三氟甲基化合物，醛酮則生成偕二氟化物。該反應適用範圍較廣，是少數可在相對溫和的條件下即可在特定位點直接氟化的方法之一。

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醇與其他鹵化物也可以用SF₄進行氟化。但是，SF₄在室溫下為氣態，而進行氟化時往往又要求升溫，這使得反應處理有些困難。此外，SF₄進行氟化時會產生大量氟化氫。這些問題使得人們開發了更加安全、穩定的氟化試劑，例如DAST （二乙氨基三氟化硫 ）。

機理和立體化學

主要機理

SF₄參與氟化的機理並不確定，並且因底物而異。最初的觀點認為烷氧基三氟化硫是這個反應的中間體； 然而，在分離的烷氧基三氟化硫中加入氟化氫或直接加熱均不會生成相應的有機氟化物。

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鄰二醇的二氟化機理已充分地得到了證實。 反應過程中雙羥基先進攻SF₄形成環狀中間體，然後氟離子從背面進攻，得到氟亞硫酸鹽中間體。此中間體此後又在氟化氫和SF₄的作用下轉化為二氟化物。已有觀測結果第二次氟化在某些條件下可以通過內返機理進行，而S_N1機理則適用於容易形成碳正離子的底物， S_N2機理則在不容易碳正離子化的底物上發生。

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羧酸的氟化不僅生成預期的三氟甲基化合物，而且還會生成α-四氟化醚。現在已有機理可以解釋這一現象，並已得到實驗證實。 二氟甲基陽離子通過分子內氟遷移的方式生成。酰氟中的氧原子進攻二氟甲基陽離子，然後與原位生成的氟離子供體HF₂^-反應，生成 α-四氟化醚產物。與HF₂^-直接反應則會得到含三氟甲基的產物。

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應用範圍和限制

四氟化硫可以對多種官能基進行完全或部分氟化。液態氟化氫可以作為SF₄選擇性氟化醇的溶劑和催化劑。 SF₄對羰基的化合物的反應性並不會因為HF的存在而增強。通常，只有酸性較強的醇才能被SF₄較高效地氟化，但氨基醇是個例外，氟化效果也相對較好。

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當鄰二醇與SF₄結合時，會發生二氟化反應，且手性鄰二醇的一個手性中心將會發生構型翻轉。這在從(L)-酒石酸合成內消旋二氟琥珀酸酯和從內消旋酒石酸合成 (D)- 和 (L)-二氟琥珀酸的立體化學變化情況中得到證實。

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羰基化合物通常與SF₄反應生成偕二氟化物。反應往往需要進行數小時，產率適中。

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內酯可以氟化生成雜環氟化物。但是已經觀察到γ-丁內酯在氟化時會發生開環。六元丙交酯在此條件下不會開環。

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在大多數情況下，SF₄進行氟化時會打開環氧，生成偕二氟化物或鄰二氟化物。單芳基環氧化物會發生芳基遷移，生成偕二氟化物。有大位阻取代基的二取代或三取代環氧化合物氟化產率較低。酯基取代的環氧化合物經歷烷氧基三氟化硫中間體，最終得到鄰二氟化物。

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用SF₄和鹼處理胺可以得到亞氨基二氟化硫。該化合物與鹼金屬氟化物進一步反應將會產生硫化腈，可在親偶極體存在下發生[3+2]環加成反應。

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羧酸與SF₄反應經歷酰氟中間體得到三氟甲基化合物。四氟烷基醚也會通過二氟烷基正離子與酰氟間的反應產生。

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四氟化硫可以有效地氟化聚合物。聚合物氟化後，部分性能將明顯提高——例如，將聚乙烯醇氟化可以提高其對強酸與強鹼的耐受性

合成應用

C-16上帶有三氟甲基的前列腺素合成中，使用四氟化硫氟化羧基得到含三氟甲基的中間產物。

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與其他方法的比較

現代氟化方法基本上已使得四氟化硫氟化法顯得過時。現在更常使用易於處理的DAST（二乙氨基三氟化硫）試劑。DAST試劑在醇的氟化中更有選擇性，並且在氟化對酸敏感的底物時較少發生重排或消去反應。與之相比，SF₄為氣態，處理更加困難。此外，如果使用HF溶劑，則不能兼容對酸敏感的官能基。而親電氟化試劑，例如氟試劑與N-氟磺酰亞胺則可以避免這些問題。

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實驗條件和流程

典型條件

四氟化硫在室溫下是一種無色氣體，在水性介質中會迅速水解，具有腐蝕性和毒性；因此，操作時應戴好手套和護目鏡，在通風性能良好的通風櫥中進行實驗。四氟化硫不與不鏽鋼、銅或鎳反應。使用SF₄的氟化反應通常在不鏽鋼搖床設備中進行。氣態反應物冷凝後引入振盪器，氣態產物則通常在反應完成時排出。將反應混合物倒入水中，然後過濾，可以將氟化氫與所需產物分離，也可以用氫氧化鈣溶液代替水進行處理，生成無害的氟化鈣。

示例反應流程

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將5-羥基組胺二鹽酸鹽 (1700 毫克，3.5 mmol) 溶解在 25 mL 無水液態HF中，並將溶液在乾燥氮氣流中蒸發以除去 HCl。將殘餘物在-78°C下重新溶解在40 mL HF中，加入2.3 mL SF₄ (40.3 mmol)，並升溫至 0°C 2.5 小時。重新冷卻至 -78°C 後，將另外 2 mL SF₄冷凝到溶液中。然後將反應器浸入冰浴（約1升）中，使其升溫至室溫過夜。然後在氮氣流中除去HF，將殘餘物溶解在25mL 2.5N HCl中，並將溶液真空濃縮成膠狀。