4,6-二苯甲酰基-1,3-苯二胺的合成研究*

周園園，吳弘辰，武亞明，陳　昀，章　勤，朱紅軍

(1 南京科技職業(yè)學(xué)院，江蘇　南京　210048；2 南京工業(yè)大學(xué)，江蘇　南京　211816)

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4,6-二苯甲?；?1,3-苯二胺的合成研究*

周園園1，吳弘辰1，武亞明1，陳昀1，章勤2，朱紅軍2

(1 南京科技職業(yè)學(xué)院，江蘇南京210048；2 南京工業(yè)大學(xué)，江蘇南京211816)

以均苯四甲酸二酐為原料合成得到4,6-二苯甲?；?1,3-苯二胺。通過傅-克?；磻?yīng)得到4,6-二苯甲?；?1,3-苯二甲酸，再通過氯代反應(yīng)得到假-4,6-二苯甲?；?1,3-苯二甲酰氯，繼續(xù)通過酰胺化反應(yīng)得到4,6-二苯甲?；?1,3-苯二甲酰胺，最后通過Hofmann降解反應(yīng)得到目標(biāo)化合物。通過熔點(diǎn)、1H NMR對目標(biāo)化合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了確認(rèn)。得到假-4,6-二苯甲?；?1,3-苯二甲酰氯的1H NMR。

傅-克?；?；氯化；酰胺化；Hofmann降解；芳胺

二苯甲酰基類芳胺化合物是有機(jī)合成原料[1-3]和有機(jī)導(dǎo)電材料的重要中間體[4-6]，通過縮合反應(yīng)可以形成大分子共軛體系，在有機(jī)光電材料領(lǐng)域具有廣泛的潛在用途。

在研究蒽啉小分子化合物的過程中，本課題小組用到了二苯甲酰基類芳胺化合物4,6-二苯甲?；?1,3-苯二胺，本文主要討論4,6-二苯甲酰基-1,3-苯二胺的合成工藝。

圖1　化合物(1)的合成路線Fig.1　The synthetic route of compound (1)

1975年，Imai等[7]報(bào)道了，以均苯四甲酸二酐為原料，經(jīng)過傅-克酰基化提純得到4,6-二苯甲?；?1,3-苯二酸，再進(jìn)一步經(jīng)過酰氯化、酰胺化制得4,6-二苯甲酰基-1,3-苯二酰胺，最后Hofmann降解共四步反應(yīng)得到4,6-二苯甲酰基-1,3-苯二胺。合成路線如圖1所示。這種方法的缺點(diǎn)是第一步的產(chǎn)物性質(zhì)相近，比較難提純，產(chǎn)率較低，本課題組在此方法的基礎(chǔ)上，改進(jìn)第一步提純方法提高了產(chǎn)率。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1主要試劑和儀器

均苯四酸二酐、無水三氯化鋁、苯、N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺(分析純)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；次氯酸鈉、KOH(分析純)，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司。

X-4型數(shù)字顯示顯微熔點(diǎn)測定儀，Taike公司；AV-500核磁共振儀，Brucker公司。

1.2實(shí)驗(yàn)步驟

(1)2,5-二苯甲?；?1,4-對苯二甲酸(4)和4,6-二苯甲?；?1,3-苯二甲酸(5)的合成

將均苯四酸二酐粉末10.9 g(50.0 mmol)、無水三氯化鋁粉末28.0 g(211.0 mmol)和苯250 mL，三者依次加入到500 mL的四口燒瓶中，在65～70 ℃下加熱攪拌，反應(yīng)4 h，溶液顏色逐漸由淡黃色到紅棕色。反應(yīng)結(jié)束后，將混合物倒入含有12.5 mL 濃鹽酸的175 mL的水溶液中水解，此時(shí)有乳白色絮狀物產(chǎn)生。減壓蒸餾除去苯，過濾水洗得到米色粒狀的粗產(chǎn)物，即2,5-二苯甲酰基對苯二甲酸(4)和4,6-二苯甲?；g苯二甲酸(5)混合物。將混合物加入到200 mL 1.0 mol/L KOH溶液中，過濾除去少量不溶雜質(zhì)，濾液用稀鹽酸酸化至pH=3～4，過濾后再用蒸餾水洗凈，80 ℃下干燥8 h后，得白色固體。用乙酸重結(jié)晶，得到2,5-二苯甲?；鶎Ρ蕉姿?4)。得到4后，蒸除重結(jié)晶母液中的乙酸，得到的灰色固體，該固體用丙酮重結(jié)晶兩次得到白色晶體5(4.3 g, 11.5 mmol)，產(chǎn)率：23.1%。熔點(diǎn)：277～279 ℃(文獻(xiàn)值[7]：277～278 ℃)。1H NMR (DMSO，500 MHz)：δ ppm 7.49 (s, 1H)，7.50～7.57 (m, 4H)，7.64 (t, 2H)， 7.70(d, 4H)，8.56 (s, 1H)，13.66 (s, 2H)。

(2)假-4,6-二苯甲?；?1,3-苯二甲酰氯(3)的合成

將4,6-二苯甲酰基-1,3-間苯二甲酸(12.0 g，32.1 mmol)，SOCl2(50 mL)， N,N-二甲基甲酰胺(0.1 mL)，三者依次加入到100 mL的四口燒瓶中，在76～78 ℃下攪拌反應(yīng)2 h，反應(yīng)中溶液逐漸變澄清。反應(yīng)結(jié)束后，減壓蒸餾除去過量的SOCl2，然后再加入苯(2×30 mL)，繼續(xù)減壓蒸餾用以除去微量的SOCl2，得到白色固體3(13.0 g, 31.6 mmol)，收率：98.4%。1:1環(huán)己烷/二氯甲烷混合溶劑重結(jié)晶，熔點(diǎn)為181～183 ℃(文獻(xiàn)值：183～185 ℃)。1H NMR (CDCl3, 500 MHz): δ ppm 7.47～7.49 (m, 6H)，7.66～7.68 (m, 4H), 7.79 (s, 1H), 8.46 (s, 1H)。

(3)4,6-二苯甲?；?1,3-苯二甲酰胺(2)的合成

往中間體3中加入N-甲基-2-吡咯烷酮(50.0 mL)，加熱攪拌至溶解，得到紅棕色溶液；在0～5 ℃條件下，再將該溶液在30 min內(nèi)緩慢加入到由濃氨水(45.0 mL)和NMP(60.0 mL)組成的混合溶液中，滴加完畢后，撤去冰浴，在室溫下，將反應(yīng)混合物攪拌24 h，再用蒸餾水(80 mL)稀釋，析出白色沉淀。白色沉淀經(jīng)過濾，熱水(100 mL)洗滌，80 ℃下干燥8 h，干燥后得到白色粉末4,6-二苯甲酰基間苯二甲酰胺(2)(11.2 g, 30.1 mmol)，收率為95.1%。甲醇重結(jié)晶，熔點(diǎn)為289～293 ℃(文獻(xiàn)值[7]：290～295 ℃)。1H NMR (DMSO, 500 MHz): δ ppm 7.01 (s, 2H), 7.10 (d，1H), 7.20～7.26 (m, 6H), 7.37～7.39 (m, 4H), 7.74 (d, 1H), 9.37 (s, 2H)。

(4)4,6-二苯甲?；?1,3-苯二胺(1)的合成

將中間體2(25.0 g, 67.2 mmol)溶于300 mL 2.08 mol/L 的KOH 溶液中，得到懸濁液，冰水浴冷卻。在5～7 ℃條件下，往上述溶液中滴加5.25%的次氯酸鈉溶液(215 mL, 249.8 mmol)，約0.5 h 滴完。然后移除冰水浴，此時(shí)反應(yīng)液為黃色透明溶液。再用熱水浴加熱反應(yīng)，在76～80 ℃下反應(yīng)2 h，反應(yīng)液變?yōu)榧t棕色，并出現(xiàn)紅色沉淀，過濾收集沉淀，用熱水徹底洗滌(3×500 mL)，再次過濾，干燥，得到1的粉紅色粗產(chǎn)物(16.9 g, 53.5 mmol)，收率為79.6%。粗產(chǎn)物先后用氯仿和無水甲醇重結(jié)晶，得到淡黃色粉末1，熔點(diǎn)為253～254 ℃(文獻(xiàn)值[7]：255～257 ℃)。1H NMR (DMSO, 500 MHz)：δ ppm 6.02 (s, 1H)，7.34～7.42 (m, 6H)，7.44～7.46 (m, 6H)，7.56 (s, 1H)，7.59 (s, 4H)。

2　結(jié)果與討論

2.1重結(jié)晶溶劑的選擇

第一步傅克?；磻?yīng)中，根據(jù)文獻(xiàn)，用冰乙酸和水(1:3)的混合溶劑對中間體5進(jìn)行重結(jié)晶提純，用文獻(xiàn)這個方法是可以進(jìn)行提純的，但是不能得到較純的化合物5。經(jīng)過研究摸索發(fā)現(xiàn)，用丙酮來進(jìn)行提純，可以得到較純的化合物5。最終確定先用冰乙酸對4和5的混合物分步重結(jié)晶兩次，分離得到中間體4，蒸除重結(jié)晶母液中的乙酸，再用丙酮進(jìn)行重結(jié)晶得到了5。

2.2水分的影響

第二步氯代反應(yīng)中，要注意反應(yīng)整個過程無水操作。反應(yīng)結(jié)束后，盡量蒸除微量的氯化亞砜，氯化亞砜的存在對下一步反應(yīng)影響很大。

圖2　用苯帶除氯化亞砜次數(shù)對化合物(2)收率的影響Fig.2　The effect of the number of thionyl chloride removing with benzene on the yield of compound (2)

從圖2中可以看出，用苯帶除氯化亞砜兩次后，第三步4,6-二苯甲?；g苯二甲酰胺(2)收率就很高了，達(dá)到95%。帶除氯化亞砜后的產(chǎn)物應(yīng)盡快投入第三步反應(yīng)，可以不提純，直接用于第三步酰胺化反應(yīng)，因?yàn)轷Ｂ纫姿狻?/p>

2.3反應(yīng)溫度的影響

第三步酰胺化反應(yīng)制備4,6-二苯甲酰基間苯二甲酰胺(2)中，改變滴加濃氨水時(shí)的溫度，得到4,6-二苯甲?；g苯二甲酰胺(2)收率與滴加溫度的關(guān)系圖，如圖3所示。

圖3　滴加溫度對化合物2收率的影響Fig.3　The effect of titration temperature on the yield of compound (2)

從圖3可以看出，滴加溫度在5 ℃，反應(yīng)溫度控制在室溫時(shí)，4,6-二苯甲酰基間苯二甲酰胺(2)收率比較高。在室溫下滴加收率較低，是由于反應(yīng)放熱使?jié)獍彼畵]發(fā)，故反應(yīng)滴加溫度不宜過高。

第四步Hofmann 降級反應(yīng)中，滴加次氯酸鈉溶液時(shí)，需要將溫度控制在5～7 ℃。次氯酸鈉溶液滴加結(jié)束后，需迅速升溫。通過改變反應(yīng)溫度，得到4,6-二苯甲?；?1,3-苯二胺(1)收率與反應(yīng)溫度的關(guān)系圖，如圖4所示。從圖4中可以看出，反應(yīng)溫度應(yīng)控制在80 ℃左右，此時(shí)收率較高。

圖4　反應(yīng)溫度對4,6-二苯甲酰基-1,3-苯二胺(1)收率的影響Fig.4　The effect of reaction temperature on the yield of 4,6- dibenzoyl-1,3-phenylenediamine(1)

3　結(jié)　論

通過傅克?；磻?yīng)、氯代反應(yīng)、酰胺化反應(yīng)和Hofmann 降級反應(yīng)，合成得到4,6-二苯甲?；?1,3-苯二胺，并用熔點(diǎn)和1H NMR等手段進(jìn)行了表征，結(jié)果表明所得化合物結(jié)構(gòu)與預(yù)期結(jié)構(gòu)一致。

第二步氯代反應(yīng)和第三步酰胺化反應(yīng)要一起做，否則化合物2的產(chǎn)率較低。

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Study on Synthesis of 4,6-dibenzoyl-1,3-phenylenediamine*

ZHOUYuan-yuan1,WUHong-chen1,WUYa-ming1,CHENYun1,ZHANGQin2,ZHUHong-jun2

(1 Department of Applied Chemistry, Nanjing Polytechnic Institute, Jiangsu Nanjing 210048;2 Nanjing Tech University, Jiangsu Nanjing 211816, China)

The compound of 4,6-dibenzoyl-1,3-phenylenediamine was synthesized from pyromellitic dianhydride. Firstly，4,6-dibenzoylisophthalic acid was synthesized by Friedel-Crafts acylation. Secondly，pseudo-4,6-dibenzoylisophthaloyl chloride was synthesized by chlorination. Thirdly, 4,6-dibenzoylisophthalamide was synthesized by amidation. Lastly, the target compound was synthesized by Hofmann degradation. Target compounds were characterized by melting point and1H NMR.1H NMR for pseudo-4,6-dibenzoylisophthaloyl chloride was obtained.

Friedel-Crafts acylation; chlorination; amidation; Hofmann degradation; aromatic amines

2014年江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號201412920003Y)；2014年南京科技職業(yè)學(xué)院院級課題(項(xiàng)目編號NHKY-2014-03)。

周園園(1992-)，女，學(xué)生，南京科技職業(yè)學(xué)院工業(yè)分析與檢驗(yàn)1321。

吳弘辰(1996-)，男，學(xué)生，南京科技職業(yè)學(xué)院生物技術(shù)與化學(xué)制藥1522。

朱紅軍。

O625.63+2

A

1001-9677(2016)08-0051-03