Duff 反應(yīng)合成2-羥基-1-萘甲醛的研究*

徐 虹，呂宏飛，吳綿園，李淑輝，梅立鑫，楊 杰，白雪峰，李 猛

（1.黑龍江省科學(xué)院 高技術(shù)研究院，黑龍江 哈爾濱150020；2.黑龍江省科學(xué)院 石油化學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱150040）

前 言

2-羥基-1-萘甲醛[1～4]是一種很有開發(fā)前景和實用價值的重要化合物，在醫(yī)藥領(lǐng)域用于合成抗菌增效劑；在農(nóng)藥領(lǐng)域主要是用來合成一系列的助長素；在配位催化領(lǐng)域可以作為測定鈀、鈹?shù)冉饘匐x子的分析試劑，是合成3-苯基-5,6-苯并香豆素，5,6-苯并香豆素-3-甲酸乙酯，熒光增白劑ACA和塑料熒光增白劑PEB 的重要中間體。

2-羥基-1-萘甲醛的合成方法[5～7]有十幾種，其中Gattermann 反應(yīng)法是萘在三氯化鋁的催化作用下和氫氰酸反應(yīng)，該反應(yīng)收率高，由于反應(yīng)中用到毒性較大的氰化物限制了它的應(yīng)用；Reimer-Tiemann（萊穆爾-梯曼）反應(yīng)法[8～11]在反應(yīng)中使用大量堿進(jìn)行酚羥基保護(hù)，產(chǎn)物容易被氧化，收率低，選擇性差，適合小規(guī)模生產(chǎn)；Vislmeier 反應(yīng)法是使用三氯氧磷上醛基的反應(yīng)，收率較高，但三氯氧磷毒性較大，成本較高；Duff 反應(yīng)法[12～14]優(yōu)點是避免使用氯仿等低沸點鹵代烴溶劑，反應(yīng)產(chǎn)物比較單一，產(chǎn)品純度高，缺點是酸的用量較大，收率較低，傳統(tǒng)的Duff 反應(yīng)醛合成法只適合不含鈍化基團(tuán)的芳環(huán)甲酰化。改進(jìn)Duff 反應(yīng)法研究的重點在于如何提高反應(yīng)收率，減少焦油的生成。本文以2-萘酚和烏洛托品在醋酸的作用下反應(yīng)，再通過水解得到2-羥基-1-萘甲醛，合成路線如下圖所示。

圖1 2-羥基-1-萘甲醛的合成Fig. 1 The synthesis route of 2-hydroxy-1-naphthaldehyde by the Duff reaction

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

2-萘酚，阿拉丁試劑有限公司（99.5%）；烏洛托品，工業(yè)級，山東瑞星化工有限公司；實驗其它試劑均來自國藥集團(tuán)試劑有限公司。

Agilent 7820 氣相色譜儀；紅外光譜儀Nicolet 6700。

1.2 實驗方法

1.2.1 2-羥基-1-萘甲醛的制備

在500mL 玻璃四口瓶（干燥）上安裝冷凝管，機(jī)械攪拌和溫控加熱器，在室溫25℃條件下加入2-萘酚20g 和醋酸150mL，混合均勻后0.5h 加熱至85℃，然后開始滴加50mL 醋酸溶解的31.1g 烏洛托品的溶液，0.5h 滴加完成，反應(yīng)液會析出大量的黃色固體。再攪拌1h 后，緩慢滴加100mL 濃鹽酸，1h 內(nèi)滴加完成，保持溫度繼續(xù)攪拌1h，緩慢降至室溫，加入50mL 水析出大量固體，過濾得粗產(chǎn)品。粗產(chǎn)品采用柱層析精制（乙酸乙酯和石油醚），脫除溶劑得到淡黃色固體2-羥基-1-萘甲醛13.8g，收率為69.0%，經(jīng)氣相色譜測定其純度為99.6%。

1.2.2 2-羥基-1-萘甲醛的紅外譜圖

圖2 2-羥基-1-萘甲醛的紅外譜圖Fig. 2 The IR spectrum of 2-hydroxy-1-naphthaldehyde

2 結(jié)果與討論

2.1 Duff 反應(yīng)合成2-羥基-1-萘甲醛的反應(yīng)過程

2- 羥基-1- 萘甲醛的合成是由2- 萘酚與烏洛托品在醋酸溶液中進(jìn)行Duff 反應(yīng)得到的。

其可能的反應(yīng)歷程如下：烏洛托品在醋酸的作用下質(zhì)子化得到亞胺離子，亞胺離子和萘環(huán)發(fā)生反應(yīng)。烏洛托品二次質(zhì)子化，和芐胺反應(yīng)生成亞芐基亞胺離子，水解之后得到2-羥基-1-萘甲醛。

圖3 Duff 反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理圖Fig. 3 The mechanism of Duff reaction

2.2 溫度對Duff 反應(yīng)的影響

其它條件不變，選擇反應(yīng)溫度70～90℃之間5 個溫度點進(jìn)行考察，實驗結(jié)果見表1。

表1 反應(yīng)溫度對收率的影響Table 1 The effect of temperature on the yield of 2-hydroxy-1-naphthaldehyde

由表1 可見，反應(yīng)溫度為85℃時，產(chǎn)物收率最高達(dá)到69%，再提高反應(yīng)溫度，收率會略有下降。這是因為反應(yīng)溫度高，反應(yīng)得到的粗產(chǎn)品顏色會明顯加深，副反應(yīng)增加；反應(yīng)溫度為70℃時，收率偏低，很可能是溫度低反應(yīng)不充分，從而影響反應(yīng)收率。

2.3 不同的烏洛托品的用量對反應(yīng)的影響

其它條件不變，選擇n（2- 萘酚）∶n（烏洛托品）4 個不同比例分別進(jìn)行實驗，實驗結(jié)果如表2 所示。

表2 烏洛托品用量對產(chǎn)品收率的影響Table 2 The effect of hexamethylenetetramine usage on the yield of 2-hydroxy-1-naphthaldehyde

由表2 可見，烏洛托品用量的增加，產(chǎn)物的收率也會提高，當(dāng)用量達(dá)到n（2- 萘酚）∶n（烏洛托品）為1∶1.6 時，收率最高，繼續(xù)增加烏洛托品的用量達(dá)到1∶1.8 后收率沒有提高。反應(yīng)收率高，烏洛托品必須過量。反應(yīng)過程中烏洛托品經(jīng)過兩次質(zhì)子化，斷裂產(chǎn)生亞胺離子，不可能都和萘環(huán)發(fā)生反應(yīng)，在反應(yīng)中烏洛托品需要大量過量可以得到高收率2-羥基-1-萘甲醛，n（2-萘酚）∶n（烏洛托品）為1∶1.6 時收率最高。

2.4 不同的溶劑用量對反應(yīng)的影響

其它條件不變，考察了不同的溶劑用量對產(chǎn)物收率的影響，結(jié)果如表3 所示。

表3 溶劑用量對收率的影響Table 3 The effect of solvent usage on the yield of 2-hydroxy-1-naphthaldehyde

由表3 可見，隨著反應(yīng)溶劑醋酸用量的增加，收率小幅增加，可能是因為反應(yīng)中間體是不溶的黃色固體，反應(yīng)體系從均相變?yōu)榉蔷?，逐漸變黏稠，溶劑用量太少，反應(yīng)的傳質(zhì)傳熱都有困難，導(dǎo)致收率下降。如果溶劑用量過多，回收比較困難，收率也沒有提高，2-萘酚（g）∶HAC（mL）配比為1∶10 為反應(yīng)的適宜配比。

2.5 不同反應(yīng)時間對反應(yīng)的影響

其它條件不變，選擇5 個不同反應(yīng)時間分別進(jìn)行實驗，實驗結(jié)果如表4 所示。

表4 反應(yīng)時間對收率的影響Table 4 The effect of reaction time on the yield of 2-hydroxy-1-naphthaldehyde

實驗表明，Duff 反應(yīng)是一個有工業(yè)化價值的反應(yīng)，反應(yīng)時間比較短，效率高。反應(yīng)3.5h 就能基本完成并獲得良好的收率，考慮到時間的余量，選擇反應(yīng)時間為4h。

3 結(jié) 論

以2-萘酚和烏洛托品為原料，以醋酸作為反應(yīng)溶劑，進(jìn)行Duff 反應(yīng)，原料n（2-萘酚）∶n（烏洛托品）比例為1∶1.6，反應(yīng)溫度為85℃，反應(yīng)時間為4h，得到高純度的2- 羥基-1- 萘甲醛，收率為69.0%，純度為99.6%。整個實驗方法簡單，條件溫和，有工業(yè)放大的前景。