卤代烷可以和许多不同的亲核试剂发生亲电烷基化反应，然而全氟溴代烷和碘代烷却不会发生类似的亲电全氟烷基化反应(图3.1)。例如全氟碘代烷与脂肪醇盐不会发生类似的亲电取代反应而生产期望的烷基全氟烷基醚(类似于Williamson醚合成法)，而大多是还原了该碘化物而生成相应的氢氟碳烷。相反，全氟碘代烷或溴代烷常被用做亲电的碘化或溴化试剂。

图3.1  (a)卤代烷和全氟卤代烷相反的亲电反应性能。(6)碘甲烷和三氟碘甲烷的静电势能图。碘甲烷分子中各原子的部分电荷分别为qc：-0.84e, qH：+0.26e, qI：+0.07e，而在全氟碘甲烷中分别为qc：+0.93e, qr：-0.34e, qI：+0.09e{[B3LYP/6-31G*(C,H,F),LANL2DZ(I)//AM1(AM＝有源矩阵)理论水平]}

乍看起来，这个意外的反应是由于全氟烷基的吸电子诱导效应使分子中的部分电荷发生反转(与碘代烷相比)。然而在某些亲核试剂(例如：硫酚盐、共振稳定的碳阴离子或烯胺)存在时，全氟卤代烷的行为有时很奇怪，表面上看使人联想到亲电活性(图式3.1)。这种活性强烈依赖于溶剂、光照或氧化还原体系如甲基紫精的存在。

图式3.1  一些可被氧化的亲核试剂对全氟卤代烷的反应活性表明了由单电子转移引发的反应机理(P. Kirsch和A. Hahn, 1998，未发表的工作)

更进一步考察其优化的反应条件并分析反应副产物的谱图，表明上述反应很可能是一个链式反应，该反应涉及由电化学产生并再生全氟烷基白由基的过程(图式3.2)。与烷基自由基相反，全氟烷基自由基本质上是相当亲电性的。因此，全氟烷基自由基反应途径有时看起来像是模拟对全氟碘代烷或溴代烷的亲核取代反应。

图式3.2  全氟卤代烷对可被氧化的亲核试剂(例如Nu=[Me₂CNO₂])的全氟烷基化反应的机理。反应表面上模拟亲电反应途径，对卤素原子进行亲核(Sn)取代

全氟烷基自由基的结构、性质和反应活性

从热力学角度看，全氟烷基自由基比烷基自由基更不稳定。然而，在动力学上有几个因素可以显著地增强它的稳定性。

两种方式可以终止一个全氟烷基白由基：①二聚；②发生涉及C－C键断裂或非常稳定的C－F键断裂的自由基转移。由于C－C或C－F键的键能较高，第二种情况需要有较高的活化能。对于一个伯碳全氟烷基自由基，第一种情况是最普通的，也常用于一些合成反应中。对于仲碳以及叔碳全氟烷基自由基，特别是后者，由于其中心碳原子被氟原子所形成的保护层所屏蔽，有着很长的寿命。这影响了它们的二聚或通过自由基转移发生歧化。这类高度稳定的全氟烷基自由基中最著名例子就是Scherer自由基3和4(图3.2)。其中自由基3在100℃的半衰期是lh，它发生β-断裂生成两个烯烃异构体5和6以及一个CF₃自由基。这一碎片化反应可以用来制备CF₃自由基。如果全氟烯烃1或2与3共热，它们与现场生成的CF₃反应生成更为稳定的自由基4。它在室温和1.3atm压力下与100％的氟气混合长达300h以上也不反应。

图3.2  空间特别拥挤的高度长寿命Scherer全氟烷基自由基3和4的合成。上图顶端显示的是表明了自由基3的结构的AM1模型

由于氟原子强的σ-吸电子作用和π-供电子作用决定了全氟烷基自由基的结构与活性，两种作用相互影响，关系复杂。甲基自由基是平面的，但含氟甲基自由基却是三角锥形的，三角锥形程度及反转能垒随氟化程度的增加而增加。计算得出CH₂F·, CHF₂·和CF₃·的反转能垒分别约为1 kcal·mol^-l , 7kcal·mol^-1和25kcal·mol^-1。

全氟烷基自由基的活性也可以通过“反向思维”来加以总结。作为一个基点，甲基自由基与三氟甲基自由基的绝对电负性(作为一个反应活性的度量)并没有明显差别。但是烷基自由基的亲核性由伯至叔逐渐增加，而全氟烷基自由基却与之相反—它们是亲电性由伯至叔逐渐增加。