淺析金屬卟啉催化氧化4—溴乙基苯制備4—溴苯乙酮的實(shí)驗(yàn)

安亞婷　呂東峰　趙寧　史晨曦

摘要：文章研究了以4-溴乙基苯為原料，以金屬卟啉為催化劑制備4-溴苯乙酮的方法。結(jié)果表明，所有金屬卟啉催化劑對(duì)上述反應(yīng)均具有較高的催化活性，且催化活性有明顯的差異。金屬卟啉的取代基吸電性越強(qiáng)，其催化活性越高，CoT（p-NO2）PPCl作為催化劑時(shí)，4-溴乙基苯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到68.2%。

關(guān)鍵詞：金屬卟啉；催化氧化；4-溴乙基苯；4-溴苯乙酮；催化活性 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：O621 文章編號(hào)：1009-2374（2015）32-0072-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.32.039

4-溴苯乙酮是一種重要的有機(jī)合成中間體，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、香精香料等各個(gè)領(lǐng)域。目前4-溴苯乙酮的合成方法主要有傅克?；?、α-4-溴苯乙醇氧化法、4-溴乙基苯氧化法等。而4-溴乙基苯氧化法具有原料價(jià)廉易得、原子經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，相比傳統(tǒng)方法具有更好的應(yīng)用前景。因此使用4-溴乙基苯直接氧化制備4-溴苯乙酮也成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。但是如果采用高價(jià)金屬氧化物或高價(jià)金屬鹽作為氧化劑，不僅會(huì)造成極大的環(huán)境污染，同時(shí)也會(huì)使反應(yīng)容易發(fā)生深度氧化，生成大量的4-溴苯甲酸。而氧氣在溫和條件下又不易反應(yīng)，這便給4-溴乙基苯直接氧化法提出了更高的挑戰(zhàn)。

金屬卟啉作為一種仿生催化劑，具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)活性高等優(yōu)點(diǎn)，特別在烴基的活化方面有顯著的作用。因此，我們重點(diǎn)研究了以金屬卟啉為催化劑，氧氣為氧化劑，催化氧化4-溴乙基苯制備4-溴苯乙酮的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

催化劑由文獻(xiàn)方法制得，所用試劑包括冰醋酸、正丙酸、鹽酸、硝基苯、苯甲醛、對(duì)硝基苯甲醛、對(duì)氯苯甲醛、對(duì)甲氧基苯甲醛、吡咯、乙腈、甲醇、對(duì)溴乙苯，所有試劑均為分析純，由國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。主要使用的儀器設(shè)備：安捷倫1200型高效液相色譜儀；布魯克VERTEX 70型紅外光譜儀；布魯克Trace DSQ型氣質(zhì)聯(lián)用儀，安捷倫HC-C18液相色譜柱，流動(dòng)相比例乙腈∶水=6∶4，流速1.0mL/min，進(jìn)樣量20μL，紫外檢測(cè)波長(zhǎng)280nm。

1.2 催化氧化4-溴乙基苯制備4-溴苯乙酮

在常壓條件下，向裝有冷凝回流裝置的三口燒瓶（100mL）中順序加入金屬卟啉1.0mg，4-溴乙基苯18.5g，放入裝有磁力攪拌器的油浴鍋加熱，控制氧氣流速40mL/min并將其通過(guò)鼓泡起通入反應(yīng)液中，加熱至反應(yīng)溫度進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)液經(jīng)HPLC分析。

圖1 4-溴乙基苯氧化反應(yīng)方程式

圖2 催化劑結(jié)構(gòu)式

2 結(jié)果與討論

2.1 不同金屬離子金屬卟啉催化氧化4-溴乙基苯

*反應(yīng)條件：4-溴乙基苯（18.5g），催化劑（0.0010g），反應(yīng)溫度130℃，反應(yīng)時(shí)間6h，氧氣流速40mL/min。

如圖1所示，本文主要研究不同中心金屬離子、不同取代基的金屬卟啉及卟啉配體在4-溴乙基苯氧化反應(yīng)中的活性及各主副產(chǎn)物的選擇性，所采用的催化劑結(jié)構(gòu)如圖2所示。其結(jié)果列于表1。

由表1可知，與空白試驗(yàn)相比，金屬卟啉催化劑的加入可以有效提高4-溴乙基苯的轉(zhuǎn)化率及4-溴苯乙酮的選擇性，所有金屬卟啉都表現(xiàn)出了催化活性，說(shuō)明金屬卟啉是一種合適的催化劑。不同中心金屬離子的金屬卟啉催化活性有較大差異，當(dāng)中心金屬為鐵、鈷時(shí)，4-溴乙基苯的轉(zhuǎn)化率及4-溴苯乙酮的選擇性都較高，以CoTPPCl作為催化劑時(shí)，轉(zhuǎn)化率達(dá)到65.3%，4-溴苯乙酮的選擇性達(dá)到80.6%，4-溴苯甲酸的選擇性最低，為17.2%，說(shuō)明鈷卟啉有較好的催化活性，還能防止深度氧化，減少酸的生成。而對(duì)于不易變價(jià)的銅、鋅卟啉，其催化活性較低。原因可能是由于易變價(jià)金屬具有較高的氧化還原電位，而氧化還原電位直接影響著催化劑在反應(yīng)中得失電子的能力，因而表現(xiàn)出較高的催化活性。卟啉配體在反應(yīng)中也表現(xiàn)出一定的催化活性，4-溴乙基苯的轉(zhuǎn)化率及4-溴苯乙酮的選擇性分別達(dá)到42.7%和50.2%。

2.2 不同取代基金屬卟啉催化氧化4-溴乙基苯

表2列出了不同取代基的金屬卟啉催化劑對(duì)4-溴苯乙酮氧化反應(yīng)的影響。由表2可知，不同取代基的鈷卟啉都表現(xiàn)出很高的催化活性，隨著取代基的吸電性逐漸增強(qiáng)，4-溴乙基苯的轉(zhuǎn)化率也逐漸由61.3%升高到68.2%。當(dāng)取代基為吸電子基時(shí)，會(huì)使其中心金屬離子上的電荷更正，而更正的鈷離子有利于親核試劑的進(jìn)攻，因此在反應(yīng)中表現(xiàn)出更高的催化活性。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)深入研究金屬卟啉催化氧化4-溴乙基苯制備4-溴苯乙酮的反應(yīng)，得到以下結(jié)論：（1）金屬卟啉催化劑在反應(yīng)中均具有較高的催化活性，以CoTPPCl作為催化劑時(shí)效果最好，4-溴乙基苯轉(zhuǎn)化率達(dá)到65.3%，4-溴苯乙酮的選擇性達(dá)到80.6%；（2）不易變價(jià)金屬卟啉相對(duì)于變價(jià)金屬卟啉，其催化活性及主產(chǎn)物選擇性都較低；（3）金屬卟啉催化劑的取代基吸電性越強(qiáng)，其催化活性越高。

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項(xiàng)目基金：華北理工大學(xué)青年科學(xué)研究基金，項(xiàng)目編號(hào)：Z201435。

作者簡(jiǎn)介：安亞婷（1994-），女，河北石家莊人，華北理工大學(xué)藥學(xué)院學(xué)生，研究方向：多孔材料合成表征以及

催化。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）