氟化学炼金术：成功开发将碳氟化合物气体转化为药品的制造工艺

　Tetsuo Shibata 教授和他的同事成功开发了一种新的制造工艺，可以轻松地从工业废氟碳气体中生产氟有机化合物，这些化合物可用作药物材料。人们高度期待该工艺将成为显着改善有机氟材料合成中经常出现的制造成本问题的垫脚石。含氟有机化合物广泛应用于我们的日常生活中，例如液晶、农用化学品和药品，因此这一过程预计将对各种产品的制造产生积极影响。该研究结果于2018年7月31日发表在科学期刊《》网络突发新闻版上。

背景

含氟有机化合物已成为我们生活中必不可少的物质。例如，其用途广泛，包括计算机和手机中使用的液晶显示屏、煎锅等经聚四氟乙烯处理的产品、农作物生长所必需的农药和杀虫剂、与生活习惯病密切相关的降低血液胆固醇水平的药物、抗抑郁药、抗癌药物和艾滋病治疗药物等。氟化合物还用于人造血液和血管等医疗材料。因此，正在积极进行研究开发，以开发有效生产氟化合物的合成方法。然而，由于含氟有机化合物几乎不作为自然资源存在，因此不能从植物或化石燃料合成氟化合物。因此，它完全由人造材料制造，成本很高。特别是用于医药和农用化学品的有机氟化合物化学结构复杂，生产成本更高，如何低成本生产有机氟化合物已成为重要问题。

目录

　柴田教授和他的同事们将目光投向了工业废料氟仿，将其作为解决这一问题的关键物质。氟仿（三氟甲烷）是一种称为 Freon-23 的碳氟化合物气体，在从萤石中提取的氢氟酸制造聚四氟乙烯等氟树脂时，每年会产生 15,000 至 20,000 吨氟仿气体。由于其臭氧破坏潜势为0且无毒，因此作为有机氟化合物（三氟甲基化合物）的原料具有吸引力。然而，当合成所需的三氟甲基阴离子由Freon-23产生时，其极不稳定且难以处理，使其完全不适合作为氟材料。此外，CFC-23在大气中的寿命长达250年以上，其全球变暖潜能值是二氧化碳的10,000倍以上，因此其向大气中的释放受到管制。为此，目前CFC-23的处理方法是热氧化或催化水解，但由于处理成本巨大，大部分实际上被储存起来。

Shibata教授和他的同事多年来一直在对CFC-23的有效使用进行研究（引用文献1）。 2013年，我们发现由Freon-23产生的不稳定的三氟甲基阴离子可以通过使用磷腈碱来稳定，磷腈碱是一种结构大的有机超强碱。使用该方法，我们实现了可用于生产药品和其他产品的三氟甲基化反应（引用文献2）。该研究于2012年9月提交了专利申请，并于2013年1月在《英国化学会杂志》上发表（引用文献3）。大约在同一时间，美国南加州大学的Prakash教授也利用金属碱的方法成功地从Freon-23合成了三氟甲基化合物，并于2012年12月在《科学》杂志上发表了该成果（引文4），这项研究的重要性已得到公众的广泛认可（引文5）。然而，这两种方法在实际应用中仍然存在问题，例如碱昂贵以及反应需要在极低的温度下进行。
　Shibata 教授和他的同事们通过在称为二甘醇二甲醚的通用聚醚溶剂中用廉价的钾碱处理而不分解它，成功地产生了不太不稳定的三氟甲基阴离子。成功的关键在于聚醚溶剂封装钾阳离子形成络合物（[CF3]-[K(四甘醇二甲醚)2]+、[CF3]-[K(三甘醇二甲醚)2]+），完全阻断钾阳离子和三氟甲基阴离子的进入，而钾阳离子和三氟甲基阴离子是分解的主要原因。通过计算化学分析还揭示了详细的反应机理。这种新的三氟甲基化反应是一种优秀的方法，可以通过结合廉价的碱和通用溶剂来轻松进行，因此有望成为 Freon-23 实际应用的主要垫脚石。

　这项研究成果不仅将颠覆多年来一直只是废物的碳氟化合物23的存在价值，还将给受制造成本问题困扰的含氟药物和液晶材料的制造工艺带来重大革命。未来，预计这项研究成果将成为降低氟药物制造成本的重要垫脚石。

　该研究成果由斋藤卓也（V体育研究生）、王建东（V体育研究生）、德永悦子（研究员）等人提交，并与都筑精二（名古屋工业技术综合研究所）等人合作进行。它将在《报告》的网络版中发布。这项研究还得到了旭硝子基金会、日本科学技术振兴机构 (JST-ACT-C)（负责研究资助的独立管理机构）和东曹精细化学株式会社的支持。

引用
1) “氟化学的炼金术：将氟树脂副产物氟仿用于制药原料和液晶材料” Tetsuo Shibata、Yutaka Sugita、Hiroyuki Kawai，《精细化学》，2013 年 11 月号，第 42 卷，第 11 期，第 48-55 期。
2) “名古屋大学，氟树脂副产品氟仿 – 在药物和液晶中的应用” Tetsuo Shibata，日刊工业新闻，第 14 页，2013 年 3 月 14 日； “氟科学的进步：小而自信的元素”Tetsuo Shibata，中部经济新闻，第 4 页，2013 年 5 月 20 日。
3) 河合，H；袁，Z；德永，H；柴田，N Org。生物分子。化学。 2013, 11, 1446-1450
4) G K S Prakash、P V Jog、P T D Batamack、G A Olah，科学 2012, 338, 1324-1327。
5) “驯服氟仿” Stephen K Ritter，化学。工程师。新闻, 2012, 90, 12

＜发表论文信息＞
论文标题：强效温室气体氟仿对羰基化合物的直接亲核三氟甲基化：提高甘醇二甲醚中阴离子三氟甲基物质的反应性
出版期刊：Scientific Reports，2018。doi：101038/s41598-018-29748-1

作者：斋藤卓也、王建东、德永悦子、都筑精二、柴田纪夫 *(*通讯作者)

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