【背景及概述】[1][2]
四丁基氟化銨（TBAF）是一種親脂性季銨氟化物，在有機合成中有廣泛的應用：一方面，TBAF是一種強親核氟化劑，可作為氟離子來源參與氟代反應； 另一方面，TBAF 釋放的氟離子可與硅原子形成穩(wěn)定的Si-F 鍵，在氟離子促進的有機硅化物反應中常被用作硅醚保護基團的脫保護試劑。此外，TBAF 還可用作有機堿催化劑，表現(xiàn)出較高的催化活性。TBAF 中氟原子是強有力的氫鍵受體，因此極易與水結合。市售TBAF 多以結合水或四氫呋喃溶液的形式銷售。TBAF 的合成方法較多，常用方法是通過四丁基溴化銨的氟代反應，或直接用氟化氫的水溶液與正四丁基氫氧化銨的水溶液反應合成TBAF，然后在真空狀態(tài)下除水。這種方法會造成TBAF 的損耗和水分殘留。故合成的TBAF 只適用于對水不敏感的反應。有關無水TBAF 合成的報道相對較少，尋找一種綠色環(huán)保的合成無水TBAF 的方法對提升其應用效果具有重要的現(xiàn)實意義。TBAF 作為氟化劑適用的范圍多為含硝基的底物，這在一定程度上限制了TBAF 的應用。繼續(xù)拓展TBAF 的適用范圍是研究重點。
【合成】[1][2]
方法1：室溫下，在極性非質子溶劑（THF，DMSO 等）中，用四丁基氰化銨處理六氟苯，合成的無水TBAF 收率超過95%。
方法2：將氟化鉀與四丁基銨鹽溶解于去離子水中后，置于1-10℃介質中冷卻1-5h，過濾后可得四丁 基氟化銨籠形水合物。所述的四丁基氟化銨籠形水合物的水分含量在65-75％。將所述的籠形 水合物干燥即得四丁基氟化銨三水合物。
【應用】[1][2]
TABF在有機合成中有廣泛的應用。
1. 氟化反應
TBAF 作為氟離子來源，可親核取代氯離子或對甲苯磺?；?。與無機氟化試劑相比，TBAF的反應條件更加溫和，反應時間明顯縮短。用TBAF 替代無機氟化試劑，與有機鹵化物或甲苯磺酸酯反應，以高收率合成了氟化產物。用無水TBAF 作氟化，與硝基取代的吡啶經氟化硝基化反應合成了氟吡啶。2-硝基吡啶與4-硝基吡啶更容易反應，3-硝基吡啶需要在吸電子劑存在的情況下才能反應。值得注意的是，2-或4-硝基吡啶可以在室溫或70 ℃ 下快速制得氟代吡啶，在有供電子基存在時，反應時間變長。
以對二硝基苯(PDNB) 為原料，無水TBAF 為氟化劑，經氟代脫硝法一步合成對硝基氟苯(PNFB)。結果表明，PDNB30mmol 和無水TBAF 25 mmol 在室溫下反應1.5 h，PNFB 收率達98.5%。在該反應中，將TBAF 與其他氟化劑的反應活性作對比，發(fā)現(xiàn)TBAF 活性最強。此外，選用TBAF為氟化劑時，即使加入鄰苯二甲酰氯來捕獲NO2，NO2也很難引發(fā)其他副反應，PNFB 收率和選擇性顯著提高。
2. 硅醚保護基的脫保護
TBAF 與其他脫保護試劑（氫氟酸、氟化氫胺絡合物和氟代無機鹽等）相比，安全性更高，脫保護能力更強，是一種性能良好的硅醚脫保護試劑。自1972 年，發(fā)現(xiàn)用四正丁基氟化銨可以催化二甲基-叔丁基甲硅烷基醚在溫和條件下迅速裂解成醇之后，TBAF 作為硅醚保護基的脫保護試劑逐漸進入化學家們的視野。2012 年采用TBAF 脫除了對三苯基衍生物中的OTBS 基團，首次實現(xiàn)了不使用氧化劑合成三聯(lián)苯化合物。
目前報道的大多數(shù)氟離子的受體均基于氫鍵或Lewis 酸，其應用范圍比較有限-只能在高濃度下捕獲氟離子，選擇性偏低。2016 年改進了TBAF 的使用方法（在反應結束后加入離子交換樹脂和碳酸鈣除掉殘留的銨鹽），使TBAF 產生的銨鹽只需要通過簡單的過濾就可除去。TBAF 雖然是一種性能良好的硅醚脫保護試劑，但也存在一些缺點。首先，它不適用于對堿性條件敏感的化合物和容易與親核試劑發(fā)生反應的化合物； 其次，對于空間位阻比較大的化合物脫保護效果較差，需要提高反應溫度或延長反應時間。
3.分子內環(huán)化
1974 年發(fā)現(xiàn)TBAF 可以催化芐氧羰基苯基丙酰胺分子內環(huán)化形成乙內酰脲。之前，該類型反應都在強堿作用下進行，副反應較多，環(huán)化產物的收率很低（20%～40%）。2011 年以TBAF 催化6-羥基-2-己酸乙酯和7 -羥基-2 -庚酸乙酯發(fā)生分子內環(huán)化反應，分別生成了2，5-取代四氫呋喃環(huán)和2，6-取代四氫吡喃環(huán)，該反應在15 min 內即可完成，E-產物立體選擇性高且收率良好。反應得到的產物是Z-和E-烯醇醚的混合物，其中Z式產物為主產物：
2014 年報道了用TBAF 催化炔丙基脲分子內環(huán)化合成咪唑啉酮或亞甲基咪唑烷酮的方法：
雖然早在1995 年就已報道了TBAF 催化炔基酰胺的5-exo-dig 分子內環(huán)化反應，但TBAF 促進的尿素環(huán)化反應尚未見報道。以14 為底物，最終得到相應的芳香咪唑2-酮，收率66%～67%。該反應不需要回流，還保留了甲酯基團。F － 是反應順利進行的關鍵，四丁基銨陽離子對三鍵進行活化，F(xiàn)-使氮的親核性增加。2017 年報道了用TBAF 催化炔基環(huán)化反應，合成異惡唑啉和吡唑啉的方法。這種含有兩個雜原子的環(huán)化產物可以在溫和的條件下生成。
4.分子間環(huán)化
以TBAF 為催化劑，合成了吡唑并［1，2-b］酞嗪和二氫螺二氫吲哚-3，1'吡唑并［1，2-b］酞嗪：
實驗需在超聲協(xié)助下進行，環(huán)合產物收率較高。用TBAF 作催化劑效果，反應時間較短，收率較高。與以往的方法相比，用四丁基作催化劑具有經濟可行性等優(yōu)點，同時縮短反應時間，在較短時間內可以得到較高收率的雜環(huán)產物。可應用于各種芳香醛合成雜環(huán)化合物的反應。以TBAF 作催化劑，合成1，5-苯并硫氮酮衍生物，收率較高。研究發(fā)現(xiàn)，芳基肉桂酸和脂肪肉桂酸都可以發(fā)生此種環(huán)化反應，以中等至良好收率制得產物。但如果苯環(huán)上含有強給電子基團時，收率會明顯降低。該反應的機理為2-氨基苯硫酚被氟離子催化，對不飽和酸產生更強的親核攻擊性，經Michael 加成反應生成中間體40；40 中的酸基團被n-Bu4N + 原位激活，發(fā)生分子內酰胺化，從而生成1，5-苯并噻吩酮衍生物：
5.其他反應
TBAF 還參與許多其他類型的反應。TMS 保護的炔烴與醛在TBAF 作用下生成烯醇，該方法簡化了反應步驟，無需使用強堿，底物適用范圍廣；通過TES-重氮酮與多種醛在TBAF 作用下發(fā)生醛醇型加成反應，合成了β-羥基-α-重氮酮，在CuCl2和TBAF 共同作用下，末端炔可以發(fā)生氧化偶聯(lián)反應，生成1，3-二炔。該方法適用于多種雜芳族和脂族炔，無需使用金屬催化劑也可順利反應；在合成4-甲基-7-芳基/ 雜芳香香豆素時發(fā)現(xiàn)，使用TBAF·3H2O 可以縮短反應時間，提高反應收率。其原因可能是TBAF·3H2O 除具有中等程度的堿性外，還在反應中作為親核活化劑促進Pd( OAc)2中的Pd2 + 轉化為具有催化活性的Pd + ，并且提高了氧化產物的穩(wěn)定性，從而提高了反應速率。在合成6-芐氨基嘌呤的過程中，使用TBAF作為相轉移催化劑，有效解決了傳統(tǒng)固-液相催化反應中絡合劑價格高昂、合成困難等問題。
【主要參考資料】
[1] 李琳，魏鵬飛，唐甜，楊豐科. 四丁基氟化銨的合成及其應用研究進展.
2018 ,第26 卷.合成化學, 第4 期，300～306
[2] 李義濤;伍陽;劉新爍;李凱;曾水明;張兵兵;盧沁月;屈季春.一種制備四丁基氟化銨三水合物的方法. CN201510030408.8，申請日2015-01-21