取代鄰溴苯乙炔的合成新方法

吳 志,金紅衛(wèi),楊振平,蔣 棟,高建榮

(浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與材料學(xué)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(jī)合成中間體,其衍生物鄰溴苯乙炔在精細(xì)化工和生物制藥上都有廣泛的應(yīng)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(shí)具有端炔和芳鹵的化學(xué)性質(zhì).除了能發(fā)生一些常見反應(yīng)外,近年來鄰溴苯乙炔參與的新反應(yīng)不斷地被報(bào)道出來.鄰溴苯乙炔中的炔基可以和醇、不飽和烯烴等發(fā)生加成反應(yīng)[3-4],可以和三丁基錫化氫發(fā)生錫氫化反應(yīng)[5],和硼化試劑發(fā)生硼氫化反應(yīng)[6],還可以與許多試劑發(fā)生偶合反應(yīng)[7-8].鄰溴苯乙炔中的溴除了可以發(fā)生典型的偶合反應(yīng)外[9],還可以與炔基一起發(fā)生成環(huán)反應(yīng)以及多組分反應(yīng)[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(bào)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(lián)反應(yīng)得到產(chǎn)物[13].(2)以鄰溴苯乙酮為底物,通過微波促進(jìn)下與五氯化磷和吡啶作用得到產(chǎn)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(fā)生氧化反應(yīng)制得醛,再與Bestmann-Ohira試劑作用得到產(chǎn)物[15].但上述方法都有試劑不易得、催化劑昂貴和操作復(fù)雜等不足,作者通過實(shí)踐,發(fā)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(jiǎn)便,產(chǎn)率較高等優(yōu)點(diǎn),并適合規(guī)?；a(chǎn).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

主要儀器:X-4顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀,溫度未經(jīng)校正;Bruker AvanceⅢ(500 M)核磁共振儀(TMS為內(nèi)標(biāo),氘代氯仿為溶劑);Varian 1200質(zhì)譜分析儀;Shimadzu GC-14B氣相分析儀.

主要試劑:溶劑經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)9.1 g(56.9 mmol).滴加結(jié)束后,用薄層色譜法跟蹤反應(yīng)進(jìn)程至烯烴作用完畢.反應(yīng)物分別用40 mL的5%NaHSO3溶液和飽和食鹽水洗滌后,有機(jī)層用無水硫酸鎂干燥,旋蒸去掉溶劑得到淺黃色固體產(chǎn)物1-(鄰溴苯基)-1,2-溴乙烷18.0 g,收率 96.2%,熔點(diǎn)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(xù)攪拌1 h.用薄層色譜法檢測(cè)反應(yīng)結(jié)束后,在攪拌下向反應(yīng)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(diǎn)為75～76℃),收率為85.2%.

2 結(jié)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(yīng)幾乎是定量進(jìn)行的,所以無需進(jìn)行反應(yīng)條件的優(yōu)化.筆者主要對(duì)第二步消除反應(yīng)進(jìn)行了如堿、溶劑、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間等諸多條件的探索和優(yōu)化.

2.1 堿對(duì)消除反應(yīng)的影響

由于鹵代烴的消除反應(yīng)通常是以乙醇為溶劑在堿性條件下的加熱反應(yīng)[2],所以筆者采用了乙醇為反應(yīng)溶劑,考察不同的堿在加熱條件下與底物的消除反應(yīng),實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1.

表1 堿對(duì)消除反應(yīng)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(qiáng),產(chǎn)率有所增加,強(qiáng)堿叔丁醇鉀給出了比較不錯(cuò)的結(jié)果,但總體反應(yīng)轉(zhuǎn)化率還不夠理想.通過對(duì)反應(yīng)副產(chǎn)物的分析,發(fā)現(xiàn)乙醇并不是理想的反應(yīng)溶劑,因?yàn)橛猩倭咳矡N和乙醇親核加成反應(yīng)的產(chǎn)物生成.

2.2 溶劑對(duì)消除反應(yīng)的影響

由于乙醇在堿性條件下容易和產(chǎn)物炔烴發(fā)生親核加成反應(yīng),從而使得主反應(yīng)收率降低,所以一些不易和炔烴發(fā)生反應(yīng)的常用有機(jī)溶劑被采用,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2.

表2 溶劑對(duì)消除反應(yīng)的影響Table 2 The influence of solvent on elimination reaction

從表2中可以看出,當(dāng)采用一些與炔烴不能發(fā)生親核加成反應(yīng)的溶劑,產(chǎn)物的收率明顯提高,其中當(dāng)采用四氫呋喃為溶劑時(shí)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率相對(duì)較高.但總體轉(zhuǎn)化率還不很理想.為此,筆者有對(duì)堿的用量進(jìn)行了進(jìn)一步考察.

2.3 堿的用量對(duì)消除反應(yīng)的影響

從合成路線中可以看出,消除反應(yīng)所消耗的堿應(yīng)該是二鹵代烴的兩倍.所以2當(dāng)量的堿是反應(yīng)最低需求,因此對(duì)叔丁醇鉀的用量進(jìn)行考察是十分必要的,也獲得了滿意的結(jié)果,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3.

反應(yīng)條件 叔丁醇鉀的用量/當(dāng)量 鄰溴苯乙炔質(zhì)量分?jǐn)?shù)1)/%

表3 堿的用量對(duì)消除反應(yīng)的影響Table 3 The influence of the amount of base on elimination reaction

從表3中可以看出,當(dāng)增加叔丁醇鉀的用量,反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率明顯提高.當(dāng)采用3當(dāng)量的堿進(jìn)行反應(yīng)時(shí)得到了較為滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,再增加堿的用量對(duì)提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率不明顯.

2.4 反應(yīng)溫度對(duì)消除反應(yīng)的影響

最后,筆者又對(duì)反應(yīng)的溫度進(jìn)行了考察,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4.

表4 反應(yīng)溫度對(duì)消除反應(yīng)的影響Table 4 The influence of the temperature on elimination reaction

從表4中可以看出,當(dāng)降低反應(yīng)的溫度,轉(zhuǎn)化率又有明顯提高.這可能是因?yàn)槭褂檬宥〈尖涀鳛閴A時(shí)反應(yīng)無需加熱,而且加熱有可能會(huì)加劇一些副反應(yīng)的發(fā)生.

2.5 化合物結(jié)構(gòu)表征

產(chǎn)物2的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)率、熔點(diǎn)及波譜表征見表5.

表5 產(chǎn)物2的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)率、熔點(diǎn)及波譜Table 5 The structures,yields,melting point and spectrums of product 2

產(chǎn)物3的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)率及波譜表征見表6.

表6 產(chǎn)物3的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)率、熔點(diǎn)及波譜Table 6 The structures,yields,melting points and spectrums of product 3

3 結(jié) 論

以取代的鄰溴苯乙烯為原料,經(jīng)過加溴和消除兩步反應(yīng),最終得到相應(yīng)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(jiǎn)便和產(chǎn)率較高等明顯優(yōu)點(diǎn),適合規(guī)?；a(chǎn).在消除反應(yīng)中,采用3當(dāng)量的叔丁醇鉀為堿在室溫和四氫呋喃為溶劑下,反應(yīng)4 h即可高產(chǎn)率地得到鄰溴苯乙炔及其衍生物.產(chǎn)物結(jié)構(gòu)經(jīng)1HNMR和MS表征確認(rèn).

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