Perfluoralkyliodide

Perfluoralkyliodide sind eine Stoffgruppe der organischen Chemie. Es handelt sich um Verbindungen, die sich aus einer Perfluoralkylkette und einem Iodatom zusammensetzen (CnF2n+1-I). Sie gehören demnach zu den per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS) und zu den Alkyliodiden. Sie werden in der Regel aus C2-Einheiten (Pentfluoriodethan und Tetrafluorethylen) aufgebaut. Sie werden zur industriellen Herstellung von Fluortelomeren und in vielfältiger Weise in der organischen Synthese eingesetzt.

Vertreter

Diverse Perfluoralkyliodide mit zwei (Perfluorethyliodid) bis über 10 Kohlenstoffatomen sind bekannt. In der üblichen Herstellungsweise werden Verbindungen mit gerader Kettenlänge erhalten: Perfluorbutyliodid, Perfluorhexyliodid, Perfluoroctyliodid, Perfluordecyliodid, …[1]

Herstellung

Industriell werden Perfluoralkyliodide meist mittels Fluortelomerisierung ausgehend von Pentafluorethyliodid hergestellt, indem dieses mit Tetrafluorethylen umgesetzt wird. So entsteht ein Gemisch längerkettiger Perfluoralkyliodide.[2] Die komplette Synthese beginnt mit der Gewinnung von Fluorwasserstoff (HF) aus Calciumfluorid. Durch Reaktion von HF mit Chloroform entsteht über Chlordifluormethan Tetrafluorethylen. Addition von elementarem Iod an Tetrafluorethylen und weitere Umsetzung mit Iodpentafluorid ergibt dann über 1,1,2,2-Tetrafluor-1,2-diiodethan das Pentafluorethyliodid, dass durch Verlängerung mit Tetrafluorethylen diverse Perfluoralkyliodide mit gerader Kettenlänge ergibt.[1]

Reaktionen

Besonders häufig werden Perfluoralkyliodide in einer radikalischen Addition an Mehrfachbindungen von Alkinen und Alkenen addiert, wodurch eine große Bandbreite an synthetischen Umwandlungen möglich ist.[1] Hierzu gehört auch die industriell angewandte Umsetzung mit Ethylen um Perfluoralkyliodide in Fluortelomeriodide zu überführen.[2] Eine Labormethode zur Addition von Perfluoralkyliodiden an Alkene und Alkine, die gute Ausbeuten liefert, ist die Umsetzung eines Alkens oder Alkins mit einem Perfluoralkyliodid in Gegenwart einer katalytischen Menge Triethylboran.[3] Auch Additionen an terminale Allene und die Einführung von Perfluoralkylgruppen in unfunktionalisierte Aromaten (Benzol, Naphthalin, para-Xylol, Benzofuran) sowie Fullerene durch einen Additions-Eliminierungs-Mechanismus sind bekannt.[1]

Eine weitere viel erforschte Reaktionsklasse sind Kupplungsreaktionen von Perfluoralkyliodiden mit Arylhalogeniden (meist Arylbromide oder Aryliodide, inklusive Derivaten von Heteroaromaten).[1] Durch Umsetzung aromatischer Boronsäuren mit Perfluoralkyliodiden unter Katalyse mit Kupfer kann die Boronsäuregruppe mit einem Perfluoralkylrest substituiert werden.[4] Durch Reaktion mit einem Amin in Tetrahydrofuran unter Einwirkung von UV-Strahlung bilden Perfluoralkyliodide Perfluoralkylradikale, die auf elektronenreiche Aromaten und Heteroaromaten übertragen werden können.[5]

Perfluoralkyliodide können weiterhin in Organometallverbindungen überführt werden, wobei vor allem Grignard-Verbindungen und Organolithiumverbindungen relevant sind, welche in den üblichen Reaktionen eingesetzt werden können, darunter Carboxylierung mit Kohlenstoffdioxid und Addition an Aldehyde, Ketone und Carbonsäureester. Durch Reaktion solcher Organometallverbindungen mit Bortrichlorid oder Bortribromid werden organische Borane erhalten.[1]

Durch die Reaktion von Perfluoralkyliodiden wie Perfluorbutyliodid mit Fluorierungsmitteln, vor allem Chlortrifluorid, werden hypervalente Iodverbindungen erhalten.[6]

Verwendung

Perfluoralkyliodide sind wichtige Intermediate in der Herstellung von Fluortelomeriodiden, die wiederum Vorläufer für Fluortelomeralkohole und andere Fluortelomerverbindungen sind.[2]

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c d e f Peter M. Murphy, Christopher S. Baldwin, Robert C. Buck: Syntheses utilizing n-perfluoroalkyl iodides [RFI, CnF2n+1-I] 2000–2010. In: Journal of Fluorine Chemistry. Band 138, Juni 2012, S. 3–23, doi:10.1016/j.jfluchem.2012.03.011.
  2. ↑ a b c Ravi Naidu, Megh Mallavarapu, Yanju Liu, Anthony Umeh: Per- and Polyfluorinated Alkyl Substances: Occurrence, Toxicity and Remediation of PFAS. Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 2025, ISBN 978-3-11-079679-7, S. 17–18 (google.de [abgerufen am 5. Januar 2026]).
  3. ↑ Yoshihiro Takeyama, Yoshifumi Ichinose, Koichiro Oshima, Kiitiro Utimoto: Triethylborane-induced stereoselective radical addition of perfluoroalkyl iodides to acetylenes. In: Tetrahedron Letters. Band 30, Nr. 24, 1989, S. 3159–3162, doi:10.1016/S0040-4039(00)99190-1.
  4. ↑ Qingqing Qi, Qilong Shen, Long Lu: Copper-Mediated Aerobic Fluoroalkylation of Arylboronic Acids with Fluoroalkyl Iodides at Room Temperature. In: Journal of the American Chemical Society. Band 134, Nr. 15, 18. April 2012, S. 6548–6551, doi:10.1021/ja301705z.
  5. ↑ Yaxin Wang, Junhua Wang, Guo-Xing Li, Gang He, Gong Chen: Halogen-Bond-Promoted Photoactivation of Perfluoroalkyl Iodides: A Photochemical Protocol for Perfluoroalkylation Reactions. In: Organic Letters. Band 19, Nr. 6, 17. März 2017, S. 1442–1445, doi:10.1021/acs.orglett.7b00375.
  6. ↑ Christian S. Rondestvedt: Organic polyvalent iodine. Perfluoroalkyl iodide polyfluorides. I. Preparation and properties. In: Journal of the American Chemical Society. Band 91, Nr. 11, Mai 1969, S. 3054–3061, doi:10.1021/ja01039a039.
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