一種常溫下有效的芳基酮α-溴代方法*

鄒 娜, 劉曉慧

(菏澤學(xué)院化學(xué)化工系，山東 菏澤 274015)

引言

α-溴代芳基酮是有機(jī)合成中非常重要的中間體，因此芳香酮的α-位溴化反應(yīng)是有機(jī)合成化學(xué)中一個(gè)重要的反應(yīng).常用的芳香酮的α-位溴化劑有液溴[1～4]，N-溴代丁二酰亞胺 (NBS)[5～8]，1,3-二溴-5,5-二甲基海因[9]，溴化銅[10]，溴化二甲基溴化锍[11]，1-丁基-3-甲基咪唑鎓三溴化物[12]等. 液溴為溴化劑時(shí)，刺激性和毒性較大；以溴化銅、溴化二甲基溴化锍和1-丁基-3-甲基咪唑鎓三溴化物作溴化劑，價(jià)格較昂貴；以1,3-二溴-5,5-二甲基海因?yàn)殇寤瘎r(shí)，雖然反應(yīng)條件溫和、收率高，但是反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng).NBS是一種較好的羰基α-位溴代試劑，為了提高NBS溴代反應(yīng)的速率和產(chǎn)率，多種催化體系被開(kāi)發(fā)出來(lái)[5～8,12].在參考相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，在較溫和的條件下，用NBS作溴化劑較高產(chǎn)率地合成了6種α-溴代芳基酮，確定了最佳反應(yīng)條件：常溫，乙酸銨作催化劑，無(wú)水乙醚為溶劑，n(芳基酮)∶n(NBS)∶n(NH4OAc)=1∶1.3∶0.5，反應(yīng)時(shí)間1.5～2 h.反應(yīng)式如下：

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

WRS-1型數(shù)字熔點(diǎn)儀：廣州市博泰科技儀器有限公司產(chǎn)品，熔點(diǎn)未經(jīng)校正；Varian Unity Inova-400 核磁共振儀：TMS為內(nèi)標(biāo)，CDCl3為溶劑，美國(guó) Varian 公司產(chǎn)品.

NBS、4-甲氧基苯乙酮、4-甲基苯乙酮、4-氟苯乙酮、4-硝基苯乙酮和2-乙酰呋喃，均為國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；苯乙酮、乙酸銨、乙醚、石油醚、乙酸乙酯、無(wú)水乙醇，均為市售分析純.

1.2 α-溴代芳基酮的合成通法

在50 mL單口燒瓶中依次加入5 mmol芳香酮、10 mL乙醚以及0.19 g NH4OAc (2.5 mmol)，然后攪拌下加入1.15 g NBS (6.5 mmol)，常溫下反應(yīng).薄層色譜法(TLC)跟蹤反應(yīng)，反應(yīng)完成后，加入50 mL乙酸乙酯，抽濾，濾液先用20 mL飽和NaHCO3溶液洗滌，再用20 mL飽和食鹽水洗滌，無(wú)水Na2SO4干燥后，過(guò)濾，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑得粗產(chǎn)品，粗產(chǎn)品純化后即得產(chǎn)物.

用此方法合成了6種α-溴代芳基酮，見(jiàn)表1.

表1 乙酸銨催化下α-溴代芳基酮的合成產(chǎn)物

注：“△”表示重結(jié)晶后的產(chǎn)率；“＊”表示柱色譜分離后的產(chǎn)率

產(chǎn)物1為α-溴代苯乙酮，無(wú)水乙醇重結(jié)晶，白色針狀晶體，熔點(diǎn)：50.2～51.1℃(文獻(xiàn)熔點(diǎn)：50.5～51.5 ℃[8])；核磁共振氫譜譜圖中各氫原子的歸屬：4.46 (s, 2H, CH2Br), 7.50 (t,J=7.2 Hz, 2H, ArH), 7.58 (t,J=7.6 Hz, 1H, ArH), 7.90 (d,J=7.4 Hz, 2H, ArH).

產(chǎn)物2為α-溴代-4-甲基苯乙酮，石油醚重結(jié)晶，白色晶體，熔點(diǎn)：47.7 ～ 48.5℃(文獻(xiàn)熔點(diǎn)：48.0～48.4 ℃[8])；核磁共振氫譜譜圖中各氫原子的歸屬：2.44 (s, 3H, CH3), 4.45 (s, 2H, CH2Br), 7.19 (d,J=7.6 Hz, 2H, ArH), 7.88 (d,J=7.6 Hz, 2H, ArH).

產(chǎn)物3為α-溴代-4-甲氧基苯乙酮，無(wú)水乙醇重結(jié)晶，白色針狀晶體，熔點(diǎn)：69.7～70.6 ℃(文獻(xiàn)熔點(diǎn)：68.7～71.0 ℃[8])；核磁共振氫譜譜圖中各氫原子的歸屬：3.89 (s, 3H, CH3O), 4.41 (s, 2H, CH2Br), 6.98 (d,J=8.0 Hz, 2H, ArH), 7.98 (d,J=8.0 Hz, 2H, ArH).

產(chǎn)物4為α-溴代-4-氟苯乙酮，無(wú)水乙醇重結(jié)晶，白色片狀晶體，熔點(diǎn)：41.5～43.2 ℃；核磁共振氫譜譜圖中各氫原子的歸屬：4.56 (s, 2H, CH2Br), 7.72 (d,J=8.4 Hz, 2H, ArH), 8.26 (d,J=8.4 Hz, 2H, ArH).

產(chǎn)物5為α-溴代-4-硝基苯乙酮，無(wú)水乙醇重結(jié)晶，白色針狀晶體，熔點(diǎn)：99.7～99.9 ℃(文獻(xiàn)熔點(diǎn)：99～100 ℃[2])；核磁共振氫譜譜圖中各氫原子的歸屬：4.47 (s, 2H, CH2Br), 8.14 (t,J=8.4 Hz, 2H, ArH), 8.33 (d,J=8.4 Hz, 2H, ArH).

產(chǎn)物6為2-溴-1-(2-呋喃)-1-乙酮，柱色譜分離提純(淋洗劑：二氯甲烷/石油醚)，白色晶體，熔點(diǎn)：34.2～34.5 ℃；核磁共振氫譜譜圖中各氫原子的歸屬：4.30 (s, 2H, CH2Br), 6.58 (d, 1H,J=8.8 Hz, ArH), 7.78 (t,1H,J=11.8 Hz, ArH), 7.62 (d,1H,J1=8.8 Hz,J2=2.4 Hz, ArH).

2 結(jié)果與討論

探討了多種芳香酮向?qū)?yīng)α-溴代芳基酮的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示.實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)苯環(huán)上沒(méi)有取代基和連有給電子取代基(甲氧基或甲基)時(shí)，反應(yīng)時(shí)間為1.5 h，相應(yīng)的溴代產(chǎn)物(產(chǎn)物1、產(chǎn)物2、產(chǎn)物3)都以很好的收率(分別為73%、74%和79%)得到；當(dāng)苯環(huán)上連接有較強(qiáng)吸電子取代基(氟或硝基)時(shí)，反應(yīng)時(shí)間增加至2 h，目標(biāo)產(chǎn)物(產(chǎn)物4、產(chǎn)物5)的收率稍有降低(分別為69%和65%)；含雜環(huán)的底物2-乙酰呋喃也能以71%的收率生成相對(duì)應(yīng)單溴代產(chǎn)物(產(chǎn)物6)，反應(yīng)時(shí)間為1.5 h.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，對(duì)于產(chǎn)物6，在用TLC跟蹤反應(yīng)時(shí)，如果用石油醚/乙酸乙酯混合液做展開(kāi)劑，分離效果很不理想，而展開(kāi)劑用石油醚∶二氯甲烷=1∶1的混合液時(shí)，效果較好.

以目標(biāo)產(chǎn)物α-溴代苯乙酮(產(chǎn)物1)的合成為例, 分別探討了不同溶劑、催化劑用量及NBS用量對(duì)該反應(yīng)的影響.

2.1 溶劑的選擇

設(shè)定n(苯乙酮)∶n(NBS)∶n(NH4OAc)=1∶1.3∶0.5，反應(yīng)時(shí)間為1.5 h，考察常溫下不同溶劑對(duì)產(chǎn)率的影響，結(jié)果見(jiàn)表2.通過(guò)表2可以看出，當(dāng)選擇用氯仿、四氫呋喃、甲醇和乙腈等作溶劑時(shí)產(chǎn)率較低；選擇乙醚做反應(yīng)溶劑時(shí)，產(chǎn)率最高，因此實(shí)驗(yàn)中選用乙醚做反應(yīng)溶劑.

表2 溶劑對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響

注：“△”表示重結(jié)晶后的產(chǎn)率；“＊”表示柱色譜分離后的產(chǎn)率

2.2 催化劑用量的選擇

設(shè)定乙醚為反應(yīng)溶劑，n(苯乙酮)∶n(NBS)=1∶1.3，反應(yīng)時(shí)間1.5 h，常溫下考察催化劑用量對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響，其結(jié)果見(jiàn)表3.通過(guò)表3可以看出，產(chǎn)率隨催化劑用量的增加先緩慢增加而后有下降趨勢(shì)，當(dāng)苯乙酮與NH4OAc的物質(zhì)的量比由1∶0.125變至1∶0.5時(shí)，產(chǎn)率由0增加至73%，當(dāng)苯乙酮與NH4OAc的物質(zhì)的量比由1∶0.5變至1∶1時(shí)，產(chǎn)率卻有所下降.這可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中使用的醋酸銨沒(méi)經(jīng)任何處理，NH4OAc極易吸水，醋酸銨的使用量越大，引入反應(yīng)體系的水就越多，而反應(yīng)體系為自由基反應(yīng)，水的引入會(huì)降低自由基反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率.因此確定苯乙酮與NH4OAc的物質(zhì)的量比為1∶0.5.

表3 催化劑用量對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響

注：“△”表示重結(jié)晶后的產(chǎn)率；“＊”表示柱色譜分離后的產(chǎn)率

2.3 NBS用量的選擇

設(shè)定乙醚做溶劑，n(苯乙酮)∶n(NH4OAc)=1∶0.5，反應(yīng)時(shí)間為1.5h，考察NBS用量對(duì)反應(yīng)產(chǎn)率的影響，以苯乙酮與NBS按物質(zhì)的量比1∶1為基礎(chǔ)，NBS用量對(duì)產(chǎn)率的影響結(jié)果見(jiàn)表4.從表4可見(jiàn)，當(dāng)不斷增加NBS的用量，反應(yīng)的收率會(huì)有所增加，當(dāng)達(dá)到苯乙酮與NBS的物質(zhì)的量比為1∶1.3以上幾乎不再增加，并且由于副反應(yīng)的發(fā)生，收率甚至有所下降.因此確定苯乙酮與NBS的摩爾比是1∶1.3為最佳.

表4 NBS用量對(duì)產(chǎn)率的影響

注：“△”表示重結(jié)晶后的產(chǎn)率

3 結(jié)論

以NBS為溴化劑合成α-溴代芳基酮, 具有原料廉價(jià)易得、反應(yīng)條件溫和、收率高、實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn).優(yōu)化的反應(yīng)條件為：常溫下，乙醚為溶劑，n(芳基酮)∶n(NBS)∶n(NH4OAc)=1∶1.3∶0.5，反應(yīng)時(shí)間1.5 ～2 h.

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