以羧酸為?；噭┑腇riedel-Crafts?；磻?yīng)

白國義，韓捷，閆喜龍

（1.河北大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，藥物化學(xué)與分子診斷教育部重點實驗室，河北 保定 071002；2.天津大學(xué) 化工學(xué)院，天津 300072）

學(xué)科綜述

以羧酸為?；噭┑腇riedel-Crafts酰基化反應(yīng)

白國義1，韓捷1，閆喜龍2

（1.河北大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，藥物化學(xué)與分子診斷教育部重點實驗室，河北 保定 071002；2.天津大學(xué) 化工學(xué)院，天津 300072）

分別介紹了以脂肪族和芳香族羧酸為?；噭┑腇riedel-Crafts?；磻?yīng)，重點比較了各種催化劑的優(yōu)缺點，指出以羧酸為?；噭?、以環(huán)境友好的固體酸為催化劑的Friedel-Crafts?；磻?yīng)是今后芳香酮類化合物合成的發(fā)展方向.

羧酸；Friedel-Crafts?；磻?yīng)；芳香酮類化合物；固體酸催化劑

芳香酮類化合物是一種十分重要的精細(xì)化工產(chǎn)品及中間體，在香料［1］、醫(yī)藥［2］等領(lǐng)域都有著極其廣泛的應(yīng)用，而Friedel-Crafts酰基化（F-C?；?-6］反應(yīng)是制備芳香酮類化合物最重要的方法.經(jīng)典的F-C?；磻?yīng)是以酰氯或酸酐為?；噭贚ewis酸（例如，無水AlCl3、無水FeCl3、無水ZnCl2）等催化劑作用下完成的親電取代反應(yīng).該類反應(yīng)一般具有溫和、高效的優(yōu)點，但也存在著催化劑回收困難、易污染環(huán)境等問題.例如無水AlCl3易與產(chǎn)物絡(luò)合，反應(yīng)結(jié)束后水解會產(chǎn)生3倍于自身量的HCl氣體，所以人們一直致力于開發(fā)綠色高效的催化劑用于F-C?；磻?yīng).

為實現(xiàn)芳香酮類化合物的綠色合成，除了催化劑的影響，?；噭┑倪x擇也同樣非常重要.以酰氯或酸酐作為?；噭?，不但經(jīng)濟(jì)成本較高，反應(yīng)生成的等摩爾HCl或羧酸在污染環(huán)境的同時也顯著降低了原料的原子利用率.因此，羧酸作為一種廉價、低毒和易得的原料便成為目前最理想的酰化試劑，而且它的操作和處理相對簡便，最為重要的是其?；蟮母碑a(chǎn)物只有水，對環(huán)境友好.本文系統(tǒng)介紹了分別以脂肪族和芳香族羧酸為?；噭┑腇-C酰基化反應(yīng)的研究進(jìn)展，重點比較了不同催化體系的影響，指出了此研究領(lǐng)域的發(fā)展方向.

1 脂肪族羧酸作為?；噭?/h2>

1.1 傳統(tǒng)Lewis／Br?nsted酸催化劑

Naeimi等［7］考察了以不同鏈長的羧酸為?；噭琒nCl4，F(xiàn)eCl3，ZnCl2，BiCl3和 AlCl3等Lewis酸催化苯酚及其衍生物等的F-C?；磻?yīng).其中，以SnCl4為例研究了對甲苯酚等不同芳香族化合物在微波條件下的乙?；磻?yīng).結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大部分底物能在微波3min內(nèi)得到較高收率的鄰位?；a(chǎn)物；對于鄰位被占據(jù)或相應(yīng)位置上帶有強吸電子基的化合物則不能發(fā)生F-C酰基化反應(yīng)；而羧酸的鏈長對反應(yīng)的影響不大（表1）.

表1 SnCl4催化對甲苯酚（1mmol）與不同羧酸（1mmol）的鄰位酰化Tab.1 o-Acylation of 1mmol p-cresol with 1mmol of various organic acids，in the presence of SnCl4

Smyth等［8］以磷酸為催化劑、乙酸為酰化試劑，在三氟乙酸酐（trifluoroacetic anhydride，TFAA）的作用下進(jìn)行?；磻?yīng).研究表明，芳環(huán)活化程度的不同對反應(yīng)影響很大：苯甲醚與乙酸反應(yīng)5min就能得到100%的?；a(chǎn)物；而乙酸和1，2-二甲苯和甲苯的?；磻?yīng)在進(jìn)行24h后分別只得到了70%和5%的產(chǎn)物.Luke等［9］也利用相同的催化體系成功在室溫條件下合成了目標(biāo)化合物（Eq.1）.

1.2 固體酸催化劑

固體酸由于催化性能優(yōu)良、穩(wěn)定性好，已被廣泛應(yīng)用于F-C酰基化反應(yīng)中［10］.其中用于催化以羧酸為?；噭┑腇-C酰基化反應(yīng)的固體酸主要有沸石分子篩、雜多酸及其鹽和固體超強酸等［11-21］.

1.2.1 沸石分子篩

早在20世紀(jì)80年代，Chiche等［11-12］就考察了CeNaY型沸石對甲苯和對二甲苯與脂肪族羧酸F-C酰化反應(yīng)的催化作用，發(fā)現(xiàn)長鏈羧酸有利于催化酰化反應(yīng)，正十二烷酸作為?；噭┊a(chǎn)物的收率可達(dá)96%，而乙酸幾乎不能在此沸石催化下與甲苯發(fā)生?；磻?yīng).同時，以甲苯和辛酸的?；癁槟Ｐ头磻?yīng)，研究了不同金屬改性Y型沸石的效果.結(jié)果表明，分子篩上的Br?nsted酸位點是催化的活性中心；陽離子的改變對沸石酸中心的強度和分布都有重要影響，具體的活性順序為Cr3＋，Zr4＋＜ Mg2＋，Cu2＋，Co2＋? H＋?Pr3＋，La3＋，Gd3＋，Yb3＋，Ce3＋.

Wang等［13-16］利用不同硅鋁比的HY和HZSM-5沸石為催化劑對苯甲醚的F-C酰基化反應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，催化劑上不同種類的酸中心對反應(yīng)的影響很大，同時，溫度也是影響反應(yīng)選擇性的原因之一，以HZSM-5催化劑為例：低溫時O-?；癁橹饕磻?yīng)；當(dāng)溫度大于150℃時，則有利于C-?；倪M(jìn)行.而反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率會隨著碳鏈的增長呈先升后降的趨勢，前者是因為短鏈羧酸沸點較低限制了反應(yīng)溫度，后者則是因為HZSM-5固有的孔徑使形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)中間體的反應(yīng)受到限制.

Wagholikar等［17］報道了長鏈脂肪酸（己酸、辛酸和癸酸）在BEA，F(xiàn)AU和 MOR 3種沸石催化下的F-C酰基化反應(yīng).以己酸?；癁槔?，研究人員考察了分子篩Si／Al的影響：對于BEA和FAU來說，隨著Si／Al的上升，催化劑的酸度下降，酰化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率有不同程度的提高，對此，作者分析指出，由于催化劑脫鋁過程而產(chǎn)生了一定的孔道結(jié)構(gòu)，減小了反應(yīng)物和產(chǎn)物擴(kuò)散阻力，可能是反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提高的原因.

Beers等［18-19］利用整體式催化反應(yīng)器考察了苯甲醚和脂肪酸的F-C酰基化反應(yīng)，重點研究了水熱法和酸浸漬法對Hβ分子篩進(jìn)行改性對?；磻?yīng)的影響.通過BET，XRF和27Al固體核磁（27Al MAS NMR）等表征說明，不同的改性方法對分子篩作用的機(jī)理不同，但是改性后更多活性位點的暴露是催化劑活性提高的根本原因.

利用微波輻射輔助的F-C?；磻?yīng)在有機(jī)合成方法學(xué)的研究中已受到廣泛重視［20］.較之傳統(tǒng)加熱方式，能有效提高有機(jī)反應(yīng)的效率.例如，Yamashita等［21］重點研究了以HY和Hβ（不同Si／Al）為催化劑，常規(guī)加熱和微波輻射方法（190～230℃）對苯甲醚和己酸等的F-C?；磻?yīng)的影響.結(jié)果表明，較之傳統(tǒng)加熱，微波能夠大幅度提高反應(yīng)收率，例如，以HY（Si／Al＝30）為催化劑，在190℃下微波反應(yīng)30min，苯甲醚的己?；a(chǎn)物的收率為61.4%，而傳統(tǒng)加熱方法得到產(chǎn)物的收率僅為17.2%.

從上述研究可以看出，沸石分子篩的種類、結(jié)構(gòu)、Si／Al等因素都有可能影響到其在F-C酰基化反應(yīng)中的活性.沸石的酸強度有限，所以研究的反應(yīng)底物一般集中在高度活化的芳環(huán)上［22］.沸石獨特的孔道結(jié)構(gòu)，使其具有良好的催化選擇性，與此同時也降低了它的普遍適用能力，但沸石種類的多樣性能在一定程度上彌補這一不足.

1.2.2 雜多酸及其鹽

雜多酸及其鹽具有催化性能高、穩(wěn)定性好、對環(huán)境無污染和“準(zhǔn)液相”行為等特點，被廣泛應(yīng)用于F-C?；磻?yīng)的研究中［23-31］.

Bond等［23］詳細(xì)比較了不同種類催化劑和加熱方法（常規(guī)和微波）下苯甲醚和脂肪族羧酸的F-C酰基化反應(yīng).其中，H3PW12O40（HPW）的催化性能最好，在其作用下微波輻射180min，癸酸的轉(zhuǎn)化率接近100%，與傳統(tǒng)加熱方式相比較提高了20%左右.然而，雜多酸比表面積?。s6m2／g）［24］和難以回收、循環(huán)利用的問題是限制其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問題［25］，而將其負(fù)載到載體上或制備成鹽的方法是解決上述問題的有效途徑.

Kaur等［26］以自制的Cs2.5H0.5PW12O40（CsPW）催化甲苯與直鏈羧酸的 F-C?；磻?yīng)時發(fā)現(xiàn)，羧酸的疏水能力越強產(chǎn)物的收率越高.對此他們的解釋是催化劑優(yōu)先對短鏈羧酸的吸附阻礙了甲苯對反應(yīng)活化中心的進(jìn)攻.同時，CsPW的強酸性使其具有優(yōu)異的催化能力.

Firouzabadi等［27-28］以AlPW12O40（AlPW）為催化劑研究了苯甲醚的?；磻?yīng)，反應(yīng)1.5～10h能得到收率為85%～92%的芳香酮類化合物，并且隨著羧酸鏈長的增加（C2～C12）反應(yīng)的選擇性逐漸提高（這與Kaur等［26］的研究結(jié)果相符），同時，AlPW回收套用5次催化效率沒有明顯的降低.此外，TFAA的加入能夠大幅度提高?；磻?yīng)的效率，以苯甲醚的乙?；癁槔?，反應(yīng)0.25h（之前3h）產(chǎn)物的收率就可達(dá)到94%（之前85%）.

Shimizu等［29］制備了不同的磷鎢酸鹽 MPW（M＝Ti4＋，F(xiàn)e3＋，Sn4＋，Bi3＋，Ru3＋）用于催化不同活化程度的芳環(huán)與直鏈羧酸（C6～C19）的F-C?；磻?yīng)，相應(yīng)芳酮的收率均在87%以上，但反應(yīng)的時間很長，一般在24～96h之間.在這類催化劑中，F(xiàn)ePW催化性能最佳，轉(zhuǎn)化數(shù)高達(dá)2 500，并且重復(fù)套用3次，催化劑活性沒有明顯下降.

此外，Castro等人［30-31］比較了HPW，HPW／SiO2和CsPW催化巴豆酸等不飽和羧酸與不同程度活化芳環(huán)（甲苯、二甲苯和苯甲醚）的F-C?；磻?yīng).當(dāng)既可以作為酰基化試劑又可以作為烷基化試劑的α，β不飽和酸作為反應(yīng)物參與F-C反應(yīng)時，催化劑對這組競爭反應(yīng)的選擇性催化和反應(yīng)機(jī)理便成為研究的重點.通過對產(chǎn)物組成的分析發(fā)現(xiàn)，3種催化劑均優(yōu)先催化F-C酰基化反應(yīng)，并且相同條件下3種催化劑的催化活性比HY和Hβ的要高.而后續(xù)反應(yīng)會因為芳環(huán)底物活化程度的不同而有所區(qū)別：甲苯和二甲苯等較為鈍化的芳環(huán)生成的?；a(chǎn)物會進(jìn)一步發(fā)生分子內(nèi)的烷基化反應(yīng)；苯甲醚則會與已生成的酰化產(chǎn)物發(fā)生分子間的烷基化反應(yīng).

1.2.3 固體超強酸

早在20世紀(jì)70年代，人們就開始了對固體超強酸的研究，近年來固體超強酸催化劑已成功應(yīng)用于以羧酸為?；噭┑腇-C?；磻?yīng)中.例如，Kawamura等［32-33］分別討論了不同三氟甲磺酸鹽（M（OTf）x）和雙（三氟甲黃酰）胺鹽（M（NTf2）3）催化對二甲苯的F-C?；磻?yīng)（Eq.2）.發(fā)現(xiàn)在高溫（250℃）下，較之Yb（NTf2）3和 Sc（NTf2）3更高的Lewis酸性，Eu（NTf2）3卻表現(xiàn)出了最好的催化效果，相應(yīng)產(chǎn)物的收率高達(dá)96%，這可能是由于前2個催化劑的選擇性不及Eu（NTf2）3.同時，由于短鏈羧酸的沸點相對較低，導(dǎo)致反應(yīng)體系的溫度低，所以對二甲苯與脂肪族羧酸反應(yīng)的收率會隨著羧酸鏈長的縮短而有所降低（表2）；對二甲苯對空間位阻效應(yīng)十分敏感，使得帶有支鏈的羧酸，尤其是支鏈占據(jù)α-位的羧酸的?；a(chǎn)物的收率顯著降低.

然而，溶劑的加入可以有效降低反應(yīng)溫度，例如Kobayashi［34］等發(fā)現(xiàn)以一定比例的甲苯和硝基甲烷為混合溶劑，Hf（OTf）4能在較溫和的條件下催化萘酚等與脂肪族羧酸選擇性的完成F-C?；磻?yīng)（Eq.3），其中萘酚與乙酸反應(yīng)的收率最高，為81%，而傳統(tǒng)的無水AlCl3，BF3·Et2O等Lewis酸卻不能催化此類酰化反應(yīng)發(fā)生.

表2 Eu（NTf2）3催化下對二甲苯和脂肪族羧酸的F-C?；磻?yīng)Tab.2 Eu（NTf2）3-catalyzed Friedel-Crafts acylation of p-xylene using various carboxylic acids

Hakala等［35］以具有高極性、高穩(wěn)定性、環(huán)境友好等優(yōu)點的離子液體為溶劑，以HNTf2等為催化劑，微波條件下催化合成了一系列多羥基脫氧安息香化合物（Eq.4）.結(jié)果表明，在90℃下反應(yīng)4min，就能得到70%～85%收率的目標(biāo)產(chǎn)物.

同時，活化試劑的加入也能使反應(yīng)在較溫和條件下順利完成.Matsushita等［36］首次以Bi（OTf）3或Sc（OTf）3為催化劑，利用乙酸與TFAA或七氟丁酸酐（Heptafluorobutyric anhydride，HFBA）原位生成混合酸酐的方法，重點考察了苯、甲苯和氯苯等不活潑芳環(huán)的F-C?；磻?yīng).Plaz·uk等［37-38］在TFAA的作用下，分別以TfOH，Yb（OTf）3和Hf（OTf）4為催化劑，在30℃下考察了二茂鐵與不同羧酸的F-C?；磻?yīng)，當(dāng)以含有乙炔基的羧酸為?；噭r，產(chǎn)物的最高收率可達(dá)98%.

此外，Hinoa等［39］利用自制的Zr（OH）4與0.5mol／L H2SO4作用，并在650℃下焙燒得到SO42-／ZrO2固體超強酸，用以催化甲苯與乙酸的F-C?；磻?yīng).研究表明，在此氣相（280℃）酰化反應(yīng)中，乙酸的轉(zhuǎn)化率隨著甲苯用量的增加而升高，當(dāng)n（乙酸）∶n（甲苯）＝1∶32時，乙酸的轉(zhuǎn)化率最高（67%），產(chǎn)物的選擇性為82%；而適當(dāng)降低溫度，雖然乙酸的轉(zhuǎn)化率會有所下降，但產(chǎn)物的選擇性最高能達(dá)到100%.

2 芳香族羧酸作為?；噭?/h2>

相對于以脂肪族羧酸為?；噭┑腇-C?；磻?yīng)，對以芳香族羧酸為?；噭┑腇-C?；磻?yīng)的報道較少.而文獻(xiàn)報道的反應(yīng)根據(jù)其特點可分為分子間與分子內(nèi)F-C?；磻?yīng)2種類型.

2.1 分子間F-C?；磻?yīng)

2.1.1 傳統(tǒng)Lewis酸催化劑

Kangani［40］等首次在室溫條件下考察了以芳香族羧酸為?；噭┑腇-C?；磻?yīng).實驗中加入的三聚氯氰（Cyanurylchloride，CYC）在活化羧酸的同時大大增強了催化劑AlCl3的催化效率，反應(yīng)進(jìn)行10～20min即可高選擇性的以85%～95%的收率得到目標(biāo)產(chǎn)物（Eq.5）.

2.1.2 固體酸催化劑

用于催化芳香族羧酸分子間F-C?；磻?yīng)的固體酸催化劑主要是沸石分子篩、雜多酸鹽類和固體超強酸3種［21，29，36-37，41-43］.Corma［41］在研究 HY 沸石催化苯乙酰氯與苯甲醚的實驗中意外發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)生成的苯乙酸也會參與?；磻?yīng)，生成相應(yīng)的芳香酮類化合物，而后他系統(tǒng)考察了以苯乙酸為?；噭?，HY不同酸性和Si／Al對此F-C?；磻?yīng)的影響，指出二者的提高均有利于對位產(chǎn)物的生成.Ma［42］報道了回流48h下，不同取代苯甲酸與苯甲醚在Y型沸石分子篩催化下的F-C酰基化反應(yīng)（Eq.6），收率為8%～80%.通過分析不同取代基與產(chǎn)物收率之間的關(guān)系，認(rèn)為在沸石催化劑作用下反應(yīng)的機(jī)理與均相催化劑的類似：反應(yīng)的速度控制步驟為親電中間體對芳環(huán)的進(jìn)攻.Yamashita等［21］報道了微波輻射下，HY（Si／Al＝30）能夠高效催化苯甲醚的苯甲?；磻?yīng)，在230℃下反應(yīng)30min，即可得到49.1%的目標(biāo)產(chǎn)物.

此外，Shimizu等［29］利用Ti3／4PW12O40催化甲苯與苯甲酸的F-C?；磻?yīng)，?；a(chǎn)物的收率為94%，鄰／間／對位的產(chǎn)物比例為21∶5∶74，但是反應(yīng)的時間很長，約為120h.在考察間二甲苯和苯甲酸的酰化反應(yīng)時，Earle［43］分別使用Zn（NTf2）2和Co（NTf2）2為催化劑，以離子液體為反應(yīng)溶劑.結(jié)果表明，反應(yīng)在較低溫度（140℃，與250℃［27］相比）下反應(yīng)48h可分別得到40%和82%收率的產(chǎn)物.

2.1.3 負(fù)載型金屬氧化物催化劑

Hajipour等［44-45］制備了負(fù)載型金屬氧化物催化劑P2O5／Al2O3和P2O5／SiO2，高通量地完成了一系列芳香族羧酸（苯甲酸、對硝基苯甲酸、對甲基苯甲酸、對硝基苯乙酸、苯丙酸等）與多種芳環(huán)底物的F-C?；磻?yīng).其中苯丙酸與苯甲醚的反應(yīng)，在2種催化體系下均高選擇性地得到80%和86%對位?；a(chǎn)物，沒有分子內(nèi)F-C?；磻?yīng)的發(fā)生.進(jìn)一步的研究表明：將P2O5負(fù)載于Al2O3或SiO2上之所以能夠大幅提高P2O5的催化性能，是因為載體使得P2O5分散更均勻.這2種催化體系具有反應(yīng)條件溫和、高效、適用性廣和易操作等優(yōu)點，但生成的副產(chǎn)H3PO4可能會污染環(huán)境.

2.2 分子內(nèi)F-C?；磻?yīng)

分子內(nèi)F-C酰基化反應(yīng)一般指苯丙酸等含有3個及以上碳側(cè)鏈的芳香族羧酸發(fā)生自身?；森h(huán)的反應(yīng)，文獻(xiàn)報道的催化體系以固體酸催化劑為主［46-52］.2.2.1 沸石分子篩

Badri［46］等介紹了一種在Ce3＋交換的Y型沸石分子篩催化下，芳香族羧酸發(fā)生分子內(nèi)F-C?；磻?yīng)高效的合成二酮（Eq.7）的方法.這種方法反應(yīng)條件相對溫和，避免了以往制備二酮過程中高壓釜等設(shè)備的使用.在實驗過程中，作者首先嘗試了Lewis酸（SnCl4，TiCl4，F(xiàn)eCl3，AlCl3等）和質(zhì)子酸（聚磷酸，H2SO4，HF）等催化劑，但均以失敗告終.對此，作者分析指出這些催化劑雖然是制備一元酮的良好催化劑，但由于一次酰化后生成的羰基使芳環(huán)活性降低，從而妨礙了其進(jìn)一步生成二酮的反應(yīng).最終，作者以CeY為催化劑，在CHCl3回流下反應(yīng)7～12h，以54%～72%的收率成功制備了二酮類化合物，并指出?；噭┓肿哟笮∈沁@個反應(yīng)的關(guān)鍵，在一定范圍內(nèi)，分子越大產(chǎn)物的收率越高.

Hiroki［47］等研究了以1，2-二氯苯為溶劑，微波輻射條件下不同芳香族羧酸為?；噭┑姆肿觾?nèi)F-C酰基化反應(yīng)，分別考察了不同種類催化劑、加熱方式和溶劑對反應(yīng)的影響，研究表明，以Hβ（Si／Al＝37）為催化劑，在190～200℃下微波輻射5～10min就可以高通量的合成一系列芳香酮類化合物，收率最高可達(dá)95%.2.2.2 雜多酸

Kamiya等人［48］考察了不飽和羧酸——乙烯基乙酸與對二甲苯的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物是經(jīng)由F-C烷基化和酰基化串聯(lián)反應(yīng)的結(jié)果（Eq.8）.在所考察的催化劑中，H4SiW12O40／SiO2的效果最好，并且H4SiW12O40的負(fù)載量對反應(yīng)有著至關(guān)重要的影響，負(fù)載量由20%提高到40%時，芳酮的收率從19%提高到44%，而純H4SiW12O40催化此反應(yīng)時產(chǎn)物的收率僅為5%.

2.2.3 固體超強酸

1991年Yamato［49］等人報道了固體超強酸Nafion-H（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%）催化多種芳香族羧酸進(jìn)行分子內(nèi)F-C?；磻?yīng)的研究結(jié)果，以二甲苯為溶劑回流反應(yīng)6～12h，可以7%～88%的收率得到一系列環(huán)合產(chǎn)物，只有苯丙酸在此條件下反應(yīng)沒有得到目標(biāo)產(chǎn)物.

Olah［50］等人考察了鄰位帶有不同芳基取代基的苯甲酸在Nafion-H催化下的環(huán)合反應(yīng)（Eq.9）.發(fā)現(xiàn)以鄰間-二氯苯為溶劑時具有無副反應(yīng)、高收率（82%～95%）、催化劑易于回收、應(yīng)用范圍廣和反應(yīng)時間短（1～3h）等優(yōu)點.在研究不同鏈長的苯基脂肪酸的影響時發(fā)現(xiàn)，相對于以苯丁酸和苯戊酸為?；噭r90%和83%的收率，苯丙酸的環(huán)合反應(yīng)最困難，僅能生成大約5%的產(chǎn)物.

從上面2個實例中可以看出，利用分子內(nèi)F-C酰基化反應(yīng)制備含有五元環(huán)的化合物遠(yuǎn)比制備含有六元環(huán)的化合物困難得多.因此，Cui［51-52］研究小組利用不同的催化劑，對含有六元環(huán)和五元環(huán)化合物的制備進(jìn)行了系統(tǒng)地研究.他們考察了不同 M（OTf）x（M＝Bi，Ga，In和稀土金屬）和Bi（NTf2）3作用下苯丁酸及相關(guān)化合物的分子內(nèi)F-C?；磻?yīng)（Eq.10）.實驗表明，在180～200℃下Bi（NTf2）3表現(xiàn)出了優(yōu)異的活性，對于帶有甲氧基等活潑基團(tuán)的反應(yīng)底物，環(huán)合產(chǎn)物的收率為84%～99%；即使是帶有致鈍基團(tuán)（如三氟甲基等）的反應(yīng)底物，產(chǎn)物收率也不低于46%.此外，Bi（NTf2）3在催化合成化合物b和c時，分別得到了80%和87%的收率.

3 總結(jié)與展望

綜上所述，以羧酸為?；噭┑腇-C?；磻?yīng)是制備芳香酮類化合物的一種非常有前途的合成方法.一系列的催化劑已經(jīng)被開發(fā)并應(yīng)用于此反應(yīng)，其中，對固體酸催化劑的研究較為廣泛，該類催化劑具有較高的催化活性和選擇性，產(chǎn)物易于分離，而且清潔無污染，屬于綠色化學(xué)化工，是該領(lǐng)域的發(fā)展方向.但由于羧酸自身的反應(yīng)活性較低，當(dāng)前的研究仍存在著反應(yīng)時間較長、反應(yīng)溫度較高和催化劑適用范圍小等問題，距離實際應(yīng)用仍存在著一定的差距.

因此，通過對反應(yīng)機(jī)理的深入研究，開發(fā)出新型、高效的固體酸催化劑，并結(jié)合能夠循環(huán)利用的綠色活化試劑，以增強羧酸在F-C酰基化反應(yīng)中的活性，提高原料的轉(zhuǎn)化率和目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性，并加強對催化劑穩(wěn)定性的研究，從而建立一種芳香酮類化合物的綠色合成方法并將其應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，無疑具有重要的理論和實際意義.

［1］BEJBLOVáM，PROCHáZKOVáD，EJKA J.Acylation reactions over zeolites and mesoporous catalysts［J］.Chem-SusChem，2009，2（6）：486-499.

［2］戴立言，王曉鐘，陳奇英.異黃酮類化合物的合成新方法［J］.有機(jī)化學(xué)，2008，28（12）：2126-2131.

［3］白國義，楊永會，王磊.酸改性的Hβ分子篩催化合成乙?；量跩］.河北大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，31（2）：48-52.

［4］BAI Guoyi，DOU Haiyang，QIU Mande，et al.Friedel-Crafts hydroxyalkylation of anisole over oxalic acid modified Hβzeolite［J］.Catalysis Letters，2010，138（3-4）：187-193.

［5］FILLION E，F(xiàn)ISHLOCK D.Total synthesis of（＋／-）-taiwaniaquinol B via a domino intramolecular Friedel-Crafts acylation／carbo-nyl alpha-tert-alkylation reaction［J］.Journal of the American Chemical Society，2005，127（38）：13144-13145.

［6］BEJBLOVáM，PROCHáZKOVáD，CˇEJKA J.Acylation reactions over zeolites and mesoporous catalysts［J］.Chem-SusChem，2009，2（6）：486-499.

［7］NAEIMI H，MORADI L.Facile，convenient and regioselective direct ortho-acylation of phenols and naphthols catalyzed by Lewis acids under free solvent and microwave conditions［J］.Journal of Molecular Catalysis A：Chemical，2006，256（1-2）：242-246.

［8］SMYTH T P，CORBY B W.Toward a clean alternative to Friedel-Crafts acylation：in situ formation，observation，and reaction of an acyl bis（trifluoroacetyl）phosphate and related structures［J］.Journal of Organic Chemistry，1998，63（24）：8946-8951.

［9］LUKE G P，SEEKAMP C K，WANG Z Q，et al.An efficient preparation ofβ-aryl-β-ketophosphonates by the TFAA／H3PO4-mediated acylation of arenes with phosphonoacetic acids［J］.Journal of Organic Chemistry，2008，73（16）：6397-6400.

［10］SARTORI G，MAGGI R.Use of solid catalysts in Friedel-Crafts acylation reactions［J］.Chemical Reviews，2006，106：1077-1104.

［11］CHICHE B，F(xiàn)INIELS A，GAUTHIER C，et al.Friedel-Crafts acylation of toluene andp-xylene with carboxylic acids catalyzed by zeolites［J］.Journal of Organic Chemistry，1986，51（11）：2128-2130.

［12］GAUTHIER C，CHICHE B，F(xiàn)INIELS A，et al.Influence of acidity in Friedel-Crafts acylation catalyzed by zeolites［J］.Journal of Molecular Catalysis，1989，50（2）：219-229.

［13］WANG Qilong，MA Yudao，JI Xingdong，et al.Regioselective acylation of anisole with carboxylic acids over HZSM-5 catalyst［J］.Journal of the Chemical Society，Chemical Communications，1995，22：2307-2308.

［14］MA Yudao，WANG Qilong，JIANG Wei，et al.Friedal-Crafts acylation of anisole over zeolite catalysts［J］.Applied Catalysis A：General，1997，165（1-2）：199-206.

［15］WANG Qilong，MA Yudao，ZUO Bojun.Zeolite-catalyzed Friedel-Crafts reaction of anisole with carboxylic acids［J］.Chinese Journal of Catalysis，1996，17（5）：425-428.

［16］WANG Qilong，MA Yudao，JI Xingdong，et al.Zeolite-catalyzed Friedel-Crafts acylation of aromatic：I.synthsis of 4-acyl anisole with a HY catalyst［J］.Chinese Chemical Letters，1996，7：99-102.

［17］WAGHOLIKAR S G，NIPHADKAR P S，MAYADEVI S，et al.Acylation of anisole with long-chain carboxylic acids over widepore zeolites［J］.Applied Catalysis A：General，2007，317（2）：250-257.

［18］BEERS A E W，NIJHUIS T A，KAPTEIJN F，et al.Zeolite coated structures for the acylation of aromatics［J］.Microporous and Mesoporous Materials，2001，48（1-3）：279-284.

［19］BEERS A E W，BOKHOVEN J A，LATHOUDER K M，et al.Optimization of zeolite Beta by steaming and acid leaching for the acylation of anisole with octanoic acid：a structure-activity relation［J］.Journal of Catalysis，2003，218（2）：239-248.

［20］張禎，麻遠(yuǎn)，趙玉芬.微波輔助的Friedel-Crafts反應(yīng)［J］.化學(xué)進(jìn)展，2008，20（2-3）：312-317.

［21］YAMASHITA H，MITSUKURA Y，KOBASHI H.Microwave-assisted acylation of aromatic compounds using carboxylic acids and zeolite catalysts［J］.Journal of Molecular Catalysis A：Chemical，2010，327（1-2）：80-86.

［22］袁冰，喬衛(wèi)紅，李宗石，等.沸石分子篩在Friedel-Crafts?；磻?yīng)中的應(yīng)用［J］.化學(xué)進(jìn)展，2005，17（4）：686-691.

［23］BOND G，GARDNER J A，MCCABE R W，et al.Friedel-Crafts acylation reactions using heterogeneous catalysts stimulated by conventional and microwave heating［J］.Journal of Molecular Catalysis A：Chemical，2007，278（1-2）：1-5.

［24］OKUHARA T，MIZUNO N，MISONO M.Catalytic chemistry of heteropoly compounds［J］.Advances in Catalysis，1996，41：113-252.

［25］KOZHEVNIKOV I V.Friedel-Crafts acylation and related reactions catalysed by heteropoly acids［J］.Applied Catalysis A：General，2003，256（1）：3-18.

［26］KAUR J，KOZHEVNIKOV I V.Efficient acylation of toluene and anisole with aliphatic carboxylic acids catalyzed by heteropoly salt Cs2.5H0.5PW12O40［J］.Chemical Communications，2002（21）：2508-2509.

［27］FIROUZABADI H，IRANPOOR N，NOWROUZI F.Solvent-free Friedel-Crafts acylation of aromatic compounds with carboxylic acids in the presence of trifluoroacetic anhydride and aluminum dodecatungstophosphate［J］.Tetrahedron Letters，2003，44（28）：5343-5345.

［28］FIROUZABADI H，IRANPOOR N，NOWROUZI F.Aluminum dodecatungstophosphate（AlPW12O40）as a non-hygroscopicLewis acid catalyst for the efficient Friedel-Crafts acylation of aromatic compounds under solvent-less conditions［J］.Tetrahedron，2004，60（48）：10843-10850.

［29］SHIMIZU K，NIIMI K，SATSUMA A.Polyvalent-metal salts of heteropolyacid as efficient heterogeneous catalysts for Friedel-Crafts acylation of arenes with carboxylic acids［J］.Catalysis Communications，2008，9（6）：980-983.

［30］CASTRO C，PRIMO J，CORMA A.Heteropolyacids and large-pore zeolites as catalysts in acylation reactions usingα，β-unsaturated organic acids as acylating agents［J］.Journal of Molecular Catalysis A：Chemical，1998，134（1-3）：215-222.

［31］CASTRO C，CORMA A，PRIMO J.On the acylation reactions of anisole usingα，β-unsaturated organic acids as acylat-ing agents and solid acids as catalysts：a mechanistic overview［J］.Journal of Molecular Catalysis A：Chemical，2002，177（2）：273-280.

［32］KAWAMURA M，CUI D M，HAYASHI T，et al.Lewis acid-catalyzed Friedel-Crafts acylation reaction using carboxylic acids as acylating agents［J］.Tetrahedron Letters，2003，44（42）：7715-7717.

［33］KAWAMURA M，CUI D M，SHIMADA S.Friedel-Crafts acylation reaction using carboxylic acids as acylating agents［J］.Tetrahedron，2006，62（39）：9201-9209.

［34］KOBAYASHI S，MORIWAKI M，HACHIYA I.Catalytic direct C-acylation of phenol and naphthol derivatives using carboxylic acids as acylating reagents［J］.Tetrahedron Letters，1996，37（24）：4183-4186.

［36］MATSUSHITA Y，SUGAMOTO K，MATSUI T.The Friedel-Crafts acylation of aromatic compounds with carboxylic acids by the combined use of perfluoroalkanoic anhydride and bismuth or scandium triflate［J］.Tetrahedron Letters，2004，45（24）：4723-4727.

［39］HINOA M，ARATAB K.Acylation of toluene with acetic and benzoic acids catalysed by a solid superacid in a heterogeneous system［J］.Journal of the Chemical Society，Chemical Communications，1985（3）：122-123.

［40］KANGANI C O，DAY B W.Mild，efficient Friedel-Crafts acylations from carboxylic acids using cyanuric chloride and AlCl3［J］.Organic Letters，2008，10（13）：2645-2648.

［41］CORMA A.Acylation of anisole by acyl chlorides or carboxylic acids over acid zeolites［J］.Applied Catalysis，1989，49（1）：109-123.

［42］MA Y D，WANG Q L，JIANG W，et al.Friedal-Crafts acylation of anisole over zeolite catalysts［J］.Applied Catalysis A：General，1997，165（1-2）：199-206.

［43］EARLE M J，HAKALA U，MCAULEY B J，et al.Metal bis｛（trifluoromethyl）sulfonyl｝amide complexes：highly efficient Friedel-Crafts acylation catalysts［J］.Chemical Communications，2004（12）：1368-1369.

［44］ZAREII A，HAJIPOUR A R，KHAZDOOZ L.Friedel-Crafts acylation of aromatic compounds with carboxylic acids in the presence of P2O5／SiO2under heterogeneous conditions［J］.Tetrahedron Letters，2008，49（47）：6715-6719.

［45］HAJIPOUR A R，ZAREII A，KHAZDOOZ L，et al.Simple and efficient procedure for the Friedel-Crafts acylation of aromatic compounds with carboxylic acids in the presence of P2O5／Al2O3under heterogeneous conditions［J］.Synthetic Communications，2009，39（15）：2702-2722.

［46］BADRI R，TAVAKOLI L.Friedel-Crafts acylation of aryl-substituted carboxylic acids catalyzed by zeolite［J］.Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry，2003，45（1-2）：41-43.

［47］HIROKI K，HATORI M，YAMASHITA H，et al.Efficient synthesis of 1-tetralones from 4-arylbutyric acids by combined use of solid acid catalysts and microwave irradiation［J］.Chemistry Letters，2008，37（3）：320-321.

［48］KAMIYA Y，OOKA Y，OBARA C，et al.Alkylation-acylation ofp-xylene withγ-butyrolactone or vinylacetic acid catalyzed by heteropolyacid supported on silica［J］.Journal of Molecular Catalysis A：Chemical，2007，262（1-2）：77-85.

［49］YAMATO T，HIDESHIMA C，PRAKASH G K S，et al.Organic reactions catalyzed by solid superacids.5.Perfluorinatedsulfonic acid resin（Nafion-H）catalyzed intramolecular Friedel-Crafts Acylation［J］.Journal of Organic Chemistry，1991，56（12）：3955-3957.

［50］OLAH G A，MATHEW T，F(xiàn)ARNIA M，et al.Nafion-H catalysed intramolecular Friedel-Crafts acylation：formation of cyclic ketones and related heterocycles［J］.Synlett，1999，7：1067-1068.

［51］CUI Dongmei，ZHANG Chen，KAWAMURA M，et al.Synthesis of 1-indanones by intramolecular Friedel-Crafts reaction of 3-arylpropionic acids catalyzed by Tb（OTf）3［J］.Tetrahedron Letters，2004，45（8）：1741-1745.

［52］CUI Dongmei，KAWAMURA M，SHIMADA S，et al.Synthesis of 1-tetralones by intramolecular Friedel-Crafts reaction of 4-arylbutyric acids using Lewis acid catalysts［J］.Tetrahedron Letters，2003，44（21）：4007-4010.

Friedel-Crafts Acylation of Aromatic Compounds with Carboxylic Acids as Acylating Agents

BAI Guo-yi1，HAN Jie1，YAN Xi-long2
（1.Key Laboratory of Medicinal Chemistry and Molecular Diagnosis of Ministry of Education，College of Chemistry and Environmental Science，Hebei University，Baoding 071002，China；2.School of Chemical Engineering and Technology，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

Friedel-Crafts acylation with both aliphatic and aromatic carboxylic acids as acylating agents are reviewed and the characters of different catalysts are emphatically compared.Friedel-Crafts acylation with carboxylic acids as acylating agents and solid acids as catalysts are believed as the trend for the green synthesis of aromatic ketones.

carboxylic acids；Friedel-Crafts acylation；aromatic ketones；solid acids catalysts

O 625.42

A

1000-1565（2011）06-0658-10

2011-08-30

國家自然科學(xué)基金資助項目（20806018）；河北省自然科學(xué)基金資助項目（B2011201017）；河北省教育廳自然科學(xué)研究重點計劃資助項目（ZD200910）

白國義（1975- ），男，回族，河北滄州人，博士，河北大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，主要從事精細(xì)化工和催化領(lǐng)域的研究.

E-mail：gybai＠hbu.edu.cn

梁俊紅）