Chemistry of the Trifluoromethoxy Group: From Nucleophilic Transfer Reagents to Fluorinated Sulfur Compounds

Abstract

In this work, a general and direct method for the synthesis of silver(I) perfluoroalcoholates has been investigated, including an examination of their structural properties in both solid state and solution, as well as an evaluation of their effectiveness as transfer reagents. The synthesis was performed by reaction of AgF with corresponding perfluorinated carbonyl compounds in acetonitrile (MeCN). The obtained silver(I) perfluoroalcoholates in MeCN were found to be stable at –18 °C over months. X-ray crystallographic analysis of the perfluoroalcoholate single crystals revealed a structure characterized by silver centers bridged by alcoholate ligands, while two alcohol ligands coordinate to one silver center. In acetonitrile solutions, Ag[OCF3] adopts a variety of structural forms as shown by IR spectroscopy. Furthermore, these silver(I) perfluoroalcoholates were found to be valuable as user-friendly transfer reagents, facilitating the synthesis of Cu[OCF3], Cu[OC2F5], [PPh4][Au(CF3)3(OCF3)], and various fluorinated alkyl ethers. Trifluoromethyl fluorosulfonate (CF3OSO2F) and trifluoromethoxysulfur pentafluoride (CF3OSF5), both bearing the ‒OCF3 moiety, were investigated regarding their dielectric behav-ior. Both compounds exhibit higher breakdown voltages compared to sulfur hexafluoride (SF6), with averaged relative breakdown voltages of 1.3 ± 0.2 for CF3OSO2F and 1.4 ± 0.2 for CF3OSF5, compared to 1.0 for SF6. This makes them promising candidates for dielectric appli-cations where higher voltage tolerance is necessary. During an electrical breakdown, both compounds, CF3OSO2F and CF3OSF5, decompose in a rate similar to that of the dielectric (CF3)2CFCN. The decomposition behavior was analyzed using IR spectroscopy and GC-IR techniques to identify the decomposition products. Moreover, the molecular structures of these compounds were successfully obtained using in situ crystallization methods. In addition, eval-uations of their physical properties, including vapor pressure, critical parameters, and melting points, were performed. These assessments further demonstrated the viability and perfor-mance of these materials as dielectric materials.

In dieser Arbeit wurden eine generelle Methode zur Synthese von Silber(I)-perfluoroalkohol-aten, ihre strukturellen Eigenschaften, sowohl im festen Zustand als auch in Lösung, sowie eine Bewertung ihrer Wirksamkeit als Transferreagenzien untersucht. Die Synthese wurde durch die Reaktion von AgF mit entsprechenden perfluorierten Carbonylverbindungen in Ace-tonitril durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass diese Verbindungen bei –18 °C über mehrere Monate stabil gelagert werden können. Die Röntgenkristallanalyse der Perfluoralkoholat-Ein-kristalle zeigte Ag(I)-Zentren, welche durch Alkoholat-Liganden verbunden sind. Die IR-spekt-roskopische Analyse wies darauf hin, dass Ag[OCF3] eine Vielzahl von Strukturformen in Ace-tonitrillösung aufweist. Darüber hinaus erwiesen sich diese Silber(I)-perfluoralkoholate als be-sonders wertvolle und benutzerfreundliche Transferreagenzien, welche die Synthese von Cu[OCF3], Cu[OC2F5], [PPh4][Au(CF3)3(OCF3)] und verschiedenen fluorierten Alkylethern er-leichtern. Trifluormethylfluorosulfonat (CF3OSO2F) und Trifluormethoxyschwefelpentafluorid (CF3OSF5), die beide die ‒OCF3 Einheit enthalten, wurden hinsichtlich ihres dielektrischen Verhaltens untersucht. Beide Verbindungen wiesen im Vergleich zu Schwefelhexafluorid (SF6) höhere Durchschlagsspannungen auf, mit durchschnittlichen Werten von 1,3 ± 0,2 für CF3OSO2F und 1,4 ± 0,2 für CF3OSF5, verglichen mit 1,0 für SF6. Dies macht sie zu vielver-sprechenden Kandidaten für dielektrische Anwendungen, für die höhere Spannungstoleran-zen erforderlich sind. Bei einem elektrischen Durchschlag zersetzen sich beide Verbindungen, CF3OSO2F und CF3OSF5, mit einer ähnlichen Geschwindigkeit wie das Dielektrikum (CF3)2CFCN. Das Zersetzungsverhalten wurde mittels IR-Spektroskopie und GC-IR-Techni-ken analysiert, um die Zersetzungsprodukte zu identifizieren. Darüber hinaus wurden die Mo-lekülstrukturen der Verbindungen mit Hilfe von In-situ-Kristallisationsmethoden erfolgreich er-mittelt. Außerdem wurden ihre physikalischen Eigenschaften, einschließlich Dampfdruck, kri-tischer Parameter und Schmelzpunkte, ermittelt. Diese Untersuchungen haben die Eignung und Leistungsfähigkeit dieser Materialien als Dielektrikum weiter belegt.