取代鄰溴苯乙炔的合成新方法

吳 志,金紅衛,楊振平,蔣 棟,高建榮

(浙江工業大學化學工程與材料學院,浙江 杭州 310032)

苯乙炔化合物是一類重要的電子化工原料和有機合成中間體,其衍生物鄰溴苯乙炔在精細化工和生物制藥上都有廣泛的應用[1-2].由于在鄰溴苯乙炔分子中有碳碳三鍵和溴原子,所以它同時具有端炔和芳鹵的化學性質.除了能發生一些常見反應外,近年來鄰溴苯乙炔參與的新反應不斷地被報道出來.鄰溴苯乙炔中的炔基可以和醇、不飽和烯烴等發生加成反應[3-4],可以和三丁基錫化氫發生錫氫化反應[5],和硼化試劑發生硼氫化反應[6],還可以與許多試劑發生偶合反應[7-8].鄰溴苯乙炔中的溴除了可以發生典型的偶合反應外[9],還可以與炔基一起發生成環反應以及多組分反應[10-12].

雖然取代的苯乙炔制備方法有不少,但有效合成鄰溴苯乙炔的方法卻報道不多.合成鄰溴苯乙炔的常見方法主要以下3種有:(1)以鄰溴碘苯為底物,通過鈀催化下與三甲基硅基乙炔的Sonogashira偶聯反應得到產物[13].(2)以鄰溴苯乙酮為底物,通過微波促進下與五氯化磷和吡啶作用得到產物[14].(3)以鄰溴芐醇為底物,采用一鍋法用二氧化錳為氧化劑發生氧化反應制得醛,再與Bestmann-Ohira試劑作用得到產物[15].但上述方法都有試劑不易得、催化劑昂貴和操作復雜等不足,作者通過實踐,發展了一種以鄰溴苯乙烯為起始原料合成取代鄰溴苯乙炔的新方法.該方法具有原料易得,操作簡便,產率較高等優點,并適合規模化生產.

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

主要儀器:X-4顯微熔點測定儀,溫度未經校正;Bruker AvanceⅢ(500 M)核磁共振儀(TMS為內標,氘代氯仿為溶劑);Varian 1200質譜分析儀;Shimadzu GC-14B氣相分析儀.

主要試劑:溶劑經標準化無水處理;試劑為市售分析純商品試劑.

1.2 化合物的合成

合成路線:

1.2.1 1-(鄰溴苯基)-1,2-溴乙烷的制備

向250 mL圓底燒瓶中分別加入10.0 g(54.6 mmol)鄰溴苯乙烯和100 mL四氯化碳,在磁力攪拌和室溫下,慢慢滴加溴單質9.1 g(56.9 mmol).滴加結束后,用薄層色譜法跟蹤反應進程至烯烴作用完畢.反應物分別用40 mL的5%NaHSO3溶液和飽和食鹽水洗滌后,有機層用無水硫酸鎂干燥,旋蒸去掉溶劑得到淺黃色固體產物1-(鄰溴苯基)-1,2-溴乙烷18.0 g,收率 96.2%,熔點為40～41℃.

1.2.2 鄰溴苯乙炔的制備

向250 mL圓底燒瓶中分別加入18.0 g(52.5 mmol)1-(鄰溴苯基)-1,2-溴乙烷和100 mL干燥的四氫呋喃,在磁力攪拌和室溫下分批加入17.6 g(157.5 mmol)叔丁醇鉀.加料完畢后,在室溫下繼續攪拌1 h.用薄層色譜法檢測反應結束后,在攪拌下向反應瓶中加入15%的氯化銨水溶液至pH近中性.用每次60 mL的乙醚萃取三次,乙醚層用無水硫酸鈉干燥.蒸出乙醚后,減壓蒸餾得微黃色液體鄰溴苯乙炔8.0 g(5毫米汞柱下沸點為75～76℃),收率為85.2%.

2 結果與討論

在以鄰溴苯乙烯為原料合成鄰溴苯乙炔的過程中,第一步加成反應幾乎是定量進行的,所以無需進行反應條件的優化.筆者主要對第二步消除反應進行了如堿、溶劑、反應溫度和反應時間等諸多條件的探索和優化.

2.1 堿對消除反應的影響

由于鹵代烴的消除反應通常是以乙醇為溶劑在堿性條件下的加熱反應[2],所以筆者采用了乙醇為反應溶劑,考察不同的堿在加熱條件下與底物的消除反應,實驗結果見表1.

表1 堿對消除反應的影響Table1 The influence of base on elimination reaction

從表1中可以看出,隨著所采用的堿的堿性增強,產率有所增加,強堿叔丁醇鉀給出了比較不錯的結果,但總體反應轉化率還不夠理想.通過對反應副產物的分析,發現乙醇并不是理想的反應溶劑,因為有少量炔烴和乙醇親核加成反應的產物生成.

2.2 溶劑對消除反應的影響

由于乙醇在堿性條件下容易和產物炔烴發生親核加成反應,從而使得主反應收率降低,所以一些不易和炔烴發生反應的常用有機溶劑被采用,其實驗結果見表2.

表2 溶劑對消除反應的影響Table 2 The influence of solvent on elimination reaction

從表2中可以看出,當采用一些與炔烴不能發生親核加成反應的溶劑,產物的收率明顯提高,其中當采用四氫呋喃為溶劑時反應轉化率相對較高.但總體轉化率還不很理想.為此,筆者有對堿的用量進行了進一步考察.

2.3 堿的用量對消除反應的影響

從合成路線中可以看出,消除反應所消耗的堿應該是二鹵代烴的兩倍.所以2當量的堿是反應最低需求,因此對叔丁醇鉀的用量進行考察是十分必要的,也獲得了滿意的結果,其實驗結果見表3.

反應條件 叔丁醇鉀的用量/當量 鄰溴苯乙炔質量分數1)/%

表3 堿的用量對消除反應的影響Table 3 The influence of the amount of base on elimination reaction

從表3中可以看出,當增加叔丁醇鉀的用量,反應的轉化率明顯提高.當采用3當量的堿進行反應時得到了較為滿意的實驗結果,再增加堿的用量對提高反應轉化率不明顯.

2.4 反應溫度對消除反應的影響

最后,筆者又對反應的溫度進行了考察,其實驗結果見表4.

表4 反應溫度對消除反應的影響Table 4 The influence of the temperature on elimination reaction

從表4中可以看出,當降低反應的溫度,轉化率又有明顯提高.這可能是因為使用叔丁醇鉀作為堿時反應無需加熱,而且加熱有可能會加劇一些副反應的發生.

2.5 化合物結構表征

產物2的結構、產率、熔點及波譜表征見表5.

表5 產物2的結構、產率、熔點及波譜Table 5 The structures,yields,melting point and spectrums of product 2

產物3的結構、產率及波譜表征見表6.

表6 產物3的結構、產率、熔點及波譜Table 6 The structures,yields,melting points and spectrums of product 3

3 結 論

以取代的鄰溴苯乙烯為原料,經過加溴和消除兩步反應,最終得到相應的鄰溴苯乙炔.該方法具有原料和試劑易得、條件溫和、操作簡便和產率較高等明顯優點,適合規模化生產.在消除反應中,采用3當量的叔丁醇鉀為堿在室溫和四氫呋喃為溶劑下,反應4 h即可高產率地得到鄰溴苯乙炔及其衍生物.產物結構經1HNMR和MS表征確認.

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