四氟銨

四氟銨離子是一種帶正電荷的多原子離子，化學式為NF₄⁺。它是銨根離子中的氮原子周圍的氫原子全部被氟原子所取代的產物。

四氟銨的母體分子為五氟化氮。

基本介紹

• 中文名：四氟銨
• 英文名：tetrafluoroammonium
• 化學式：NF4+
• 分子量：90.00
• CAS登錄號：暫無
• 熔點：無意義
• 沸點：無意義
• 水溶性：無意義
• 密度：無意義
• 外觀：無意義
• 閃點：無意義
• 套用：製取氟
• 安全性描述：無意義
• 危險性符號：第5.1類 氧化劑
• 危險性描述：氧化性，毒性
• 母體分子：五氟化氮

介紹

四氟銨離子是一種帶正電荷的多原子離子，化學式為NF₄⁺，是銨根離子中的氮原子周圍的氫原子全部被氟原子所取代的產物。

存在形式

四氟銨的存在形式主要是一系列含氟陰離子的鹽。這些例子包括氟氫根離子(HF₂⁻)，四氟合溴酸根離子(BrF₄⁻)，金屬五氟化物陰離子(XF₅⁻（X=Ge、Sn或Ti)），六氟化物陰離子（XF₆⁻）（X=P、As、Sb、Bi或Pt)，七氟化物陰離子（XF₇⁻）（其中X是W、U或Xe)，八氟化物陰離子（XeF₈²⁻）， 許多種氟氧化物(XF₅O^-（X=W，U）、SO₃F⁻（氟磺酸根）、BrF₄O^-)以及高氯酸根(ClO₄⁻)。四氟銨的硝酸鹽NF₄NO₃，也已獲得。

結構

四氟銨離子的空間構型為正四面體，估計氮-氟鍵的鍵長為124 pm。其中所有的氟原子都是等效的。

製備

• 四氟銨鹽的製備方法是在強路易斯酸（作為氟離子的受體）存在的條件下，用氟氧化三氟化氮製得。
  Tolberg、Rewick、Stringham和Hill在1966年最早進行的製備實驗使用五氟化銻作為路易斯酸：
  NF₃+ F₂+ SbF₅→NF₄SbF₆
  
• 六氟砷酸鹽也可以通過與五氟化砷的類似反應在120 °C時製備：
  NF₃ + F₂ + AsF₅ → NF₄AsF₆
  
• 800 °C下三氟化氮與氟氣和三氟化硼反應得到四氟硼酸鹽：
  NF₃ + F₂ + BF₃ → NF₄BF₄
  
• NF₄⁺鹽也可以通過二氟化氪（KrF₂）氟化NF₃來製備，作為路易斯酸的是氟化物MF_n（其中M是Sb、Nb、Pt、Ti或B）。 比如，NF₃與KrF₂和TiF₄的反應生成[NF₄]⁺₂TiF₆²⁻：
  
• 2NF₃ + 2KrF₂ + TiF₄ → [NF₄]⁺₂TiF₆²⁻+ 2Kr
  

反應

• 四氟銨鹽具有強烈的吸濕性。NF₄⁺離子很容易水解成三氟化氮、氟鎓離子H₂F⁺和氧氣：
  2 NF₄⁺ + 2 H₂O → 2 NF₃ + 2 H₂F⁺ + O₂
  反應過程中也產生一些過氧化氫（H₂O₂）。
  
• NF₄SbF₆與鹼金屬硝酸鹽的反應產生硝酸氟（FONO₂）：
  NF₄SbF₆ + MNO₃ → NF₃ + FONO₂ + MSbF₆
  

套用

NF₄⁺鹽在使用固體燃料的NF₃–F₂氣體發生器中是很重要的。四氟銨及其含烴基的衍生物在有機化學中也被用作芳香族化合物的親電氟化試劑。

其他

有報告顯示，四氟銨離子中氟離子帶少量正電荷，水解時中間產物為次氟酸，因此四氟銨鹽具有類似於氟和次氟酸的性質，可視為固體氟，四氟銨鹽加熱時可釋放出氟。因此四氟銨鹽能參與很多次氟酸能參與的反應，並且反應條件更加溫和。

它參與的反應大致可分為幾類：

烯烴環氧化

氟氧酸可與烯烴發生環氧化反應，反應通常很快，產率很高，與缺電子的對硝基二苯乙烯反應都能得到70%的產率；與帶有雙鍵的羧酸反應時，不需用酯來保護羧基，直接反應即可得到環氧化物，且產率很高；與肉桂酸反應時，雖然分子中雙鍵與羧基相連，但生成環氧化物的產率仍超過90%。

羥基化

製取α-羥基羰基化合物

對α-羥基羰基化合物的研究一直吸引著有機化學家的興趣。用氟氧酸作氧化劑氧化烯醇醚（通常為三甲矽基）製得α-羥基羰基化合物的方法，避免了其他方法殘留的重金屬廢料，減少了對環境的污染。一般認為該反應中氟氧酸先對烯醇的雙鍵進行環氧化，然後氟離子和水分子對環碳原子的親核進攻，引入羥基，三元環打開。而後氟、羥基及矽基離去，恢復羰基，得到α-羥基羰基化合物。

氟氧酸在室溫下與苯乙酮的三甲矽基烯醇醚反應時，反應在5-10分鐘內完成，產物為α-羥基苯乙酮，產率高於90%。

下圖中的化合物與1,2-茚二酮都可用於檢驗指紋。在製備方面，氟氧酸作原料的路線產率最高，有很強的優越性。

氟氧酸還可與富電子的叔碳反應，生成構型保持的叔醇。與金剛烷反應生成1-金剛烷醇，產率80%。

其他氧化反應

①氧化硫醚為碸

硫醚和芳香性的噻吩都會被氟氧酸氧化，且產率很高。不能被過氧酸及二甲基雙環氧乙烷（DMDO）氧化的2,5-二氯噻吩，在室溫下與氟氧酸反應30分鐘後，可以成功被轉化為相應的碸，產率70%。

②氧化胺為硝基化合物

無論脂肪族還是芳香族的胺類都可以被氟氧酸氧化為硝基化合物，通常反應很快且產率不俗。所有的胺基酸都可以通過此反應被轉化為硝基酸，如下圖中，纈氨酸的甲基酯與氟氧酸乙腈溶液反應，成功以超過80%的產率得到了2-硝基-3-甲基丁酸甲酯。

此外，氟氧酸可將膦和胺分別氧化為氧化膦和氧化胺。它與鄰菲羅啉反應成功得到了1,10-二氧化鄰菲羅啉。