镧系元素在三氟甲基苯并富烯选择性碳-氟键活化中的应用：合成多种二氟烯烃的方法

该方法可为有机化学领域中镧系金属的还原化学提供新的见解，正如本案例中在碳-氟键活化反应中的应用所示。该技术的主要优势在于适用于所有镧系金属，能够为多种有机及有机金属反应提供高反应活性的金属试剂。在开始实验前，需预先合成目标三氟甲基化苯并富烯和硝基烯烃。

反应前一天，蒸馏至少两毫升无水四氢呋喃，并将其储存于活化过的分子筛中。同时，将金属锉刀、钳子、铝箔、一个浅的聚丙烯容器、一个烘干过的5毫升试管以及两个橡胶隔垫转移至充满氮气或氩气的手套箱中。开始实验时，称取65毫摩尔三氟甲基化苯并富烯，置于一个配有烘干磁力搅拌子的烘干50毫升施伦克管中。

用带有聚四氟乙烯衬垫的塑料螺旋盖封闭施伦克管。将该管固定在磁力搅拌器上方，并将侧臂连接至施伦克线。以约700至800 rpm的转速开始搅拌，并将管体通入真空状态。

将苯并富烯在真空下干燥十分钟，然后用氮气或氩气吹扫管内。重复干燥过程再进行两次，共进行三次。随后，用惰性气体充满管子并关闭其活塞。

将试管转移至充满惰性气体的手套箱中。在手套箱内的天平上放置一片铝箔，代替称量纸。用另一片铝箔铺在聚丙烯板上，以收集金属碎屑。

然后，用钳子紧紧夹住较大块的镝金属。在衬有箔片的托盘上方，用锉刀锉去金属表面外层的惰性物质，注意避免锉刀与钳子接触，以尽量减少金属污染。接着，称取82毫克新锉好的镝金属。

将金属放入施伦克管中，并用橡胶隔垫塞住管口。然后，取200毫克无水氯化铝加入一支试管中，并用第二个橡胶隔垫塞住试管。当准备开始碳-氟键活化反应时，将施伦克管和试管从手套箱中取出。

将Schlenk管固定在磁力搅拌器上，并将其连接至Schlenk线。在真空下对混合物进行干燥处理，每次10分钟，重复三次，然后用惰性气体重新充满Schlenk管。随后，使Schlenk管保持在正压惰性气体气流下，并开始搅拌干燥的混合物。

在通风橱中夹住装有氯化铝的试管，并通过隔垫用针头将试管连接至正向流动的惰性气体。接着，在正向流动的惰性气体氛围下，向施伦克管中加入10–12毫克碘。然后，用惰性气体充满一支干燥的塑料2毫升注射器（配备21号、120毫米的皮下注射针头），再排出气体，重复此操作三次，以置换注射器内的空气。

用已吹扫的注射器吸取1.5毫升 freshly-distilled、干燥的THF。向Schlenk管中加入5毫升THF，得到深棕色溶液。将剩余的1毫升THF逐滴加入氯化铝中。

如有需要，可轻轻涡旋离心管以溶解氯化铝。然后用注射器吸取仍保持温热的微黄色氯化铝溶液，并将其加入Schlenk管中的反应混合物中。继续搅拌反应混合物，直至苯并富烯完全消耗，通常需要约一小时。

混合物首先会变为黄棕色，随后变为浑浊的深绿色。同时，取5毫摩尔目标硝基烯烃加入一支烘干的试管中。用橡胶塞密封试管，并通过穿刺隔膜的针头开始在真空下干燥硝基烯烃。

反应进行一小时后，用10厘米长的毛细管取少量混合物样品进行薄层色谱分析。用石油醚洗脱样品，并检测是否有苯并富烯产生的亮黄色斑点。一旦苯并富烯消耗完毕，立即用惰性气体充满硝基烯烃反应管。

然后，在惰性气体正压流下将干燥的硝基烯烃加入史兰克管中。反应混合物将变为黄绿色。继续搅拌混合物，直至硝基烯烃完全消耗，通常需要约一小时。

通过薄层色谱法（TLC）评估硝基烯烃的消耗情况，以体积比为95:5的石油醚和乙酸乙酯混合液作为洗脱剂。反应完成后，用20毫升二乙醚稀释反应混合物。在通风橱中打开Schlenk管，加入5毫升浓度为1摩尔/升的盐酸水溶液淬灭反应混合物。

最后，用乙醚萃取产物，经硫酸镁干燥后，通过硅胶柱层析纯化产物。该反应机理涉及镧系元素介导的碳-氟键活化、转金属化以及硝基烯烃的加成反应。粗产物的氟核磁共振谱显示两组双重峰，分别归属于非对映异构体产物中二氟烯基的两组信号。

由于起始原料苯并富烯过量，观察到少量水解产物。如果水分进入反应体系，或在硝基烯烃加成反应完成前淬灭反应，则会观察到大量水解产物。若碳-氟键活化未完全进行，可能会观察到起始原料，这可能表明所用镧系金属活性不足。

非对映异构体可通过在长硅胶柱上缓慢洗脱进行分离。使用镝时，该反应顺利进行，并适用于多种硝基烯烃。其中，2-噻吩基取代的苯并富烯与对氯苯基硝基烯烃成功发生了反应。

如果用富电子的对二甲氨基苯基取代苯并富烯，在类似条件下不会发生反应。观看本视频后，您应能充分理解如何在惰性气氛下操作活泼的镧系金属，以及如何利用其强还原电势进行有趣且具有合成价值的实验操作。