（有机化学专业论文）苄位溴代和氧化的新方法.pdf

摘要 本文研究了苄位溴代和氧化的新方法。 我们选用甲苯、乙苯、十二烷基苯、邻二甲苯、对二甲苯、对溴甲苯、对硝基 甲苯、均三甲苯、2 ，6 一二硝基甲苯、n 一甲基萘、一甲基吡啶等作为实验对象。 通过一系列实验尝试，我们发现利用c a t l 和c a t 2 、c a t 3 两种催化荆组合，以二氯 甲烷作溶剂，在反应体系中加入过氧化氢、氢溴酸或过氧化氢、溴化钾和硫酸后， 常温条件下搅拌，甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、对溴甲苯、对硝基甲苯、均 三甲苯等的n 位溴代均取得了较高的产率。产率7 0 - - 9 5 。反应时间4 小时- - 9 6 小时。同样的催化剂组合，以乙腈作溶剂并回流，其他条件不变，对于甲苯、乙苯、 的n 位氢的氧化也有令人满意的效果。产率6 1 - - 9 1 。反应时间1 小时- - 2 0 小时。 本文研究的苄位溴代和氧化反应突出的特点是反应条件都很温和。溴代反应可 以用水作为溶剂、常温条件下就能较快的进行，并且产率高。催化剂易于制备，价 格便宜，可以回收再利用。氧化a 氢成羰基并停留在羰基阶段，避免了过去用强氧 化剂时出现的只能氧化成羧基的弊端。 关键词：苄位氧化苄位溴代新方法 a b s t r a c t t h i s p a p e rr e p o r t s an e w b e n z y l i cb r o m i n a t i o na n db e n z y l i co x i d i z a t i o np r o c e d u r e t h eb r o m i n a t i o nw a sd o n eo nt h ef o l l o w i n gs u b s t r a t e ：t o l u e n e ，e t h y l b e n z e n e ，t o l u e n e ， e t h y l b e n z e n e ，o r t h o - x y l e n e ，p a r a - x y l e n e ，p a r a b r o m o t o l u e n e ，p a r a n i t r o t o l u e n e ，d o d e c y l b e n z e n e ，m e s i t y l e n e ，2 , 6 一d i n i t r o t o l u e n e ，m e t h y n a p h t h a l e n ea n dm e t h y l p y r i d i n e i nt h ep r e s e n t o fk b r , h 2 0 2a n dc a t l ，c a t 2o rc a t 3 ，t h eb o m i n a t i o na tt h eb e n z y l i ep o s i t i o np r o c e e d e d s m o o t h l y t h ey i e l di s5 9 一9 5 t h er e a c t i o nt i m ei s4h o u r s 9 6h o u r s t h er e a c t i o n w a sp e r f o r m e di nc h 2 c 1 2a n dw a t e r i th a sa l s ob e e nc a r r i e do u tw i t h o u to r g a n i c s o l v e n tw i t hs i m i l a rr e s u l t s t h ec a t a l y s tw a s r e c y c l e do n c ew i t h o u tl o s i n gi t sa c t i v i t y t h eo x i d a t i o no fb e n z y l i c p o s i t i o n w a ss t u d i e sw i t h t o l u e n e ，e t h y l b e n z e n e ， o r t h o - x y l e n e p a r a x y l e n e t h e s e w e r ec o n v e r t e dt ot h e c o r r e s p o n d i n g k e t o n e so r a l d e h y d e s t h e r e a c t i o nt i m ei slh o u r s - 2 0h o u r s t h ey i e l di s6 1 - - 9 1 c a tl ，c a t2a n dc a t 3h a v en e v e rb e e nu s e di nt h e s et y p e so fr e a c t i o n s t h ec o s to f t h ec a t a l y s t si sb e l o wi g y u a na n de a s yt op r e p a r e w eh a v ed e v e l o p e dan e we m c i e n t a n de n v i r o n m e n tf r i e n d l yp r o c e s sf o rb r o m i n a t i o na n do x i d a t i o n k e y w o r d s ： b e n z y l i cb r o m i n a t i o nb e n z y l i co x i d i z a t i o nn e w p r o c e d u r e 2 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨壅盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：黠，t 壹 签字日期：2 甜2 年2 月一2 5 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤壅态堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨洼盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 陈访 导师签名： 毫镁 签字日期：2 0 0 2 年，之月2 厂日 签字日期：z z 年2 月2 歹曰 茅 第一章蔚言 第一章前言 烷基苯及其衍生物苄位溴代在有机合成中有很重要的地位，它们经常被用作合 成重要有机化合物的起始原料，在医药、染料等各方面有广泛的用途。 传统的制备苄位溴代烷基苯的方法是使用溴 ”、n b s 口i 、c g r c l ，研、c u b r 2 h 1 等溴化 剂在加热或光照条件下进行的。为了得到满意的结果，通常需在激烈的条件下进行， 如对硝基甲苯的溴化，反应温度为1 4 5 1 5 0 0 c i ”。 通常的方法制苄位溴代烷基苯衍生物收率都不是非常理想，j a c kb e r n s t e i n f 3 i 等在研究苄基氟衍生物时用溴作演化剂制得基于甲苯及其衍生物的苄位溴代产物。 数据如表i l 所示。 袭i - i 甲苯及其蟹生物苄位澳代物的收率帮物理性质 t a b i - i t h ey i e l da n dp h y s i c a l p r o p e r t i e s o f t h eh c n z y l i cb r o m i d eo f t o l u e n e a n dd e r i v a n to f t o l u e n e 取代产物收率( )物理性质 m c h 3 p c h 3 m f p f o c i m c l p c i o - b r m b r p - b r m - i p - i m - n 0 2 b , p ，9 6 - 9 8 0 ( 2 il m m h g b p 9 6 。c 1 2 m m h gm p 3 6 3 7 6 c b p 8 0 。c 1 3 m m h g 7 5 7 6 0c 11 m m h g b p 1 0 7 0c 1 2 m n l g b p 1 0 3 1 0 4 9 c l o m m h g b p 1 0 8 。c 1 2 m m h gm p 4 9 5 0 。c b p 11 8 1 2 0 。c 9 m m h gf 1 1 p 3 1 3 2 。c b , p 1 2 2 - 1 2 4 0c 1 2 m m h gm ，p 4 1 5 - 4 2 5 。c b p 1 1 7 1 1 9 8 c l o m m h gl i t p 6 2 - 6 3 0 c m p 4 9 - 5 0 。c m p 7 7 7 矿e b p 13 0 。c 3 m m h gm p 5 6 5 - 5 7 。c 丛q ! i竺卫：! ! ：i ：! 竺! 如虬“卯盟鲐：8船然如 第一章前言 从表1 1 可以看出，收率最高的是对位氯取代衍生物，其它结果都不是非常理 想，其中收率最低的仅为2 8 。 经典的制备苄基溴的方法是将甲苯直接溴化或是使苯甲醇脱氧溴化口】。但是， 前一种方法缺点在于副产物二溴甲烷的生成，这就降低了期望得到的漠苄的产率并 且给纯化工作带来了相当的难度。后一种方法步骤多且费时。f r a s e r l 5 发展了经由甲 基阴离子过程的两步溴化法。v o g l e l 5 】及其合作者在2 0 世纪8 0 年代早期用n 一溴代 丁二酰亚胺( n b s ) 作为溴化剂，试用不同的溶剂，发现溶剂对甲苯的苄位溴化反应 有很大的影响。类似的，s e b a s t i e n 、g ii l e s 、c l a u d e 6 三人对2 一溴一5 一甲基毗啶和 2 一溴一6 甲基吡啶的苄位溴代的机理及不同溶剂对反应的影响。他们用c c l 4 、c h 2 c 1 2 、 苯作为溶剂，分别进行尝试。发现c h 2 c 1 2 、苯作溶剂，反应产率高于c c l 4 作溶剂。 其反应机理如下： b r+r h r+b f br+h br r+ h b r r b r +b r br - br hu 2 br h +b r 2 从以上机理可以看出，n b s 有两个作用，第，它提供给反应稳定的溴分子， 第二，消耗了溴化氢从而避免了溴化反应的停止。 2 0 世纪初，b r e w s t e r 1 研究了如何溴化对硝基甲苯苄位的方法。 他将1 0 9 对硝基甲苯溶于l o o m l 四氯化碳中，然后加入少量的结晶碘。接着将 反应体系至于电加热套中加热沸腾，再将1 1 7 9 ( 1 m 0 1 ) 溴溶于5 0 m l 四氯化碳中， 使用滴液漏斗慢慢滴加入反应体系中。反应很快进行，大约i 小时后，反应就完成 了。可以得到对硝基溴苄，产率为7 l 。 上述溴化方法虽然速度较快，产率较高，但是溴对环境和人体都有极大的危害 性，常温下溴易挥发，在沸腾条件下就挥发就更加严重。所以，此种方法从环保角 度来看，并不是非常理想。 第一章前言 最近，d a i s u k ek i k u c h i t 8 1 等用n a b r 0 3 n a h s 0 3 催化溴化甲苯苄位及其同系物。 他们选择甲苯进行了研究。过程中，使用了不同的溶弄 组合观察反应的产物变化。 反应式是： 6 一g 萏+ 234 首先以乙酸乙酯作为溶剂，然后将n a b r 0 3 ( 3 e q u i v ) n a h s 0 3 ( 3 e q u i v ) 配成 水溶液在搅拌下于1 5 分钟逐滴加入，室温反应4 小时完成。反应得溴苄( 2 ) 的产 率建7 2 ，而a 。q 一二溴甲苯( 3 ) 的产率为2 2 。而当增加1 当量n a b r 0 3 n a h s o ， 时，2 的产率就相当不理想，只有4 7 。所以，他们认为n a b r 0 3 n a h s 0 3 以3 当 量较为合适。同样的，以环己烷替代乙酸乙酯作溶荆，1 的溴化主要产物还是( 2 ) 。 产率为6 7 。如表1 2 所示。 表l - 2n a b r o ，n a h s 0 3 催化溴化甲苯的相关数据 t a b 1 - 2t h er e l a t m ld a t ao f t h eb e n z y l i eb r o m i d eo f t o l u e n ew i t hn a b r o a n a h s 0 3 另外，他们还用其它溶剂作比较，认为用乙酸乙酯、环己烷作为是最有利于溴 苄的生成。随后，又以甲苯对位取代衍生物为研究对象，乙酸乙酯，水为溶卉玎迸行了 类似的观察。反应式是： 第一章前言 x n a b r o a n a h s 0 3 垫! 竺! 兰 a c o e v h 2 0 ，r t ，4 h x 卧 5 a 一5 d6 a 一6 d 其结果如表1 3 所示。 表1 3 甲苯对位衍生物的苄位溴代结果 t a b i - 3 t h e r e s u l t s o f t h e b e n z y l i c b r o m i d e o f p - d e r i v a n t o f t o l u e n e r u ns u b s t r a t e c o n v p r o d u c t ( 墨三2( 幽( 蟹曲i 丛) 1 c l ( s a ) 9 7 6 a ( 7 4 ) 2 b r ( 5 b ) 9 8 6 b ( 7 6 ) 3 c o o h ( 5 e ) 9 6 6 c ( 8 0 ) ! ：曼蜓蛆! ! 一i i f ! i 2 可以看出，这些甲苯对位取代衍生物在n a b r 0 3 n a h s 0 3 、乙酸乙酯水作溶剂 下和室温下，苄溴代产率较高，最高已经达到8 0 。经过系列的研究，得出结论， 用n a b r 0 3 n a r i s 0 3 在温和条件下对于甲苯及其对位取代衍生物可以达到较好的苄 位溴代效果。 m 6 h i a c i 和j a s g h a r i 9 1 在研究过程中受到s m i t h 和b y e ”1 的启示，对一系列芳 香烃例如甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、葸、苯酚等用b r 。s i 0 ：作为催化 剂进行了溴化研究。反应式为： r 曼生 r c c i 4 s i 0 2r t +r 各个反应结果如表1 - 4 所示。 g h i a c i 和a s 曲a r i ”用四氯化碳作溶剂，在如上反应式条件下，甲苯被溴化成 4 塑二里堕宣 表卜4 用n a b r o j n a h s 0 3 催化演化一系列芳烃结果 t a b 1 - 4t h er e s u l t so fb r o m i d eo fas e r i e so fa r o m a t i cw i t hn a b r o _ r n a h s 0 3 e n t r vs u b s t r a t es u b s t ：b r 2 t i m ep r o d u c t sm pc y i e l d l j i o nn i 0 2 d_f-_h一一一 1t 0 1 u e n e 1 ：1l o m i n b e n z y lb r o m i d e一 9 5 2 o - x y l a n e l ：i 1 8 1 9 2 0 2 l 2 2 m - x y l a n e l ：i p x y l e n e 1 ：1 p c h l o r o t 0 1 u e n e l ：l p - b r o m o t o l u e n e 1 ：1 o - c r e s o l1 ：l p - c r e s o l 1 ：1 m c r e s o l1 ：1 m e s i t y l e n e 1 ：1 3 枷e t h y i d y r i d i n e p y r i d i n e a c e t o p h e n o n e 1 p t o l y l e t h a n o n e e t h y l b e n z e n e n a p h t h a l e n e l ：1 1 ：l 1 ：l l ：l 1 ：1 l ：1 1 ：1 a n t h r a c e n e1 ：l f i u o r i n e1 ：l d i p h e n y ls u l f o n e l ：1 a n i l i n el ：1 p h e n o ll ：l 2hd - b r 。i i l 0 1 2 - d t m e t h y l b e n z e n e ( 5 甜) 8 8 3 - b r o m o 一1 ，2 一d i m e t h y l b e n z e n e ( 2 9 ) i n s t a n t l y4 - b r o 一m x y l e n e 一 9 4 l o m i n 2 一日r o 。一1 4 一d j m ec j h e n = 9 0 8 h p c h l 。r “e n z ，1b r o n i “ 4 9 5 07 0 5 h p b r o m o b e n z y lb r o m i d e 6 5 i n s t a n t l y4 - b r o 一2 一e t h y l p h e n 。1 5 29 6 i n s t a n t l y2 - b r w l 0 4 一e t h y l p h e n 0 1 一一一 9 5 i n s t a n t l y2 - b r o 一4 一e t h v l a n i l l n e 4 88 5 i n s t a n t l y 2 6 - d i b r o m o m e s i t y l e n e ( 7 0 ) 8 3 2 - b r e m o m e s i t y l e n e ( 1 3 ) 2 4 h 2 - b r o m e t h v i p y r i d i n e n o ：+ h b r + h 2 0 2 面盖n 。 b r a ) 称量1 2 3 7 9 ( 1 e q ) 对硝基甲苯，将其置于5 0 m l 圆底烧瓶中。准确称取0 2 2 6 9 c a r l ( o 0 5 e q ) 、1 2 2 m 1 4 0 氢溴酸( 1 e q ) 和1 8 6 m l3 0 过氧化氢溶液( 2 e q ) 备用。 将盛有对硝基甲苯的圆底烧瓶放鼍在带有水浴的磁力搅拌器上，加入1 5 m l 重蒸的 二氯甲烷，放入磁力搅拌转子。在室温搅拌条件下，按顺序依次加入c a t l 、氢溴酸 和过氧化氢溶液。过氧化氢应该分几次加完。在加入过氧化氢后，溶液颜色由无色 变为浅红再变为橙红色，同时，放出大量的热，而事先准备的水浴此时就可以发挥 降温的作用，使初始温度变化不大。反应进程用t l c 检测，展开荆用石油醚：乙醚 = 4 ：l 。t l c 检测反应。用较粗的毛细管取反应液3 4 管，用洗耳球吹入塑料小 试管中，加几滴蒸馏水，然后再加几滴乙醚萃取；充分振荡后放置一小段时间，接 着使用细毛细管取上层检测反应进度。反应7 小时完成。 后处理：将烧瓶中的液体倒入分液漏斗中，用重蒸的二氯甲烷清洗烧瓶中未倒 尽的剩余液体，将洗液一并倒入分液漏斗中，然后用重蒸二氯甲烷萃取三次，每次 分出下层的油层，合并油层。再将油层倒入已经冲洗干净的分液漏斗中，取少量硫 代硫酸钠溶液加入其中，振荡，洗去油层的颜色。静置分出油层，倒入干燥洁净的 锥形瓶中，加入适量无水硫酸钠干燥( 务必使液体澄清) ，放置一段时间。然后从锥 形瓶中倾倒液体入干燥洁净的圆底烧瓶中，在旋转薄膜蒸发仪上初步蒸干二氯甲烷， 最后在真空泵上进一步减压浓缩一段时间，然后就得到产品为略带黄颜色的结晶产 品。然后用重蒸过的石油醚重结晶产品，在室温下，慢慢出现无色针状结晶。倒出 母液，再次结晶，如此反复三次，合并每次的结晶。取少量结晶测其熔点为：9 4 9 6 。c ( 文献值7 】：9 6 9 8 。c ) 。称重为：1 6 5 7 9 ，产率：8 5 。( r r - - 0 7 ) 。 后又重复此反应，得到产品产率为8 2 。 b ) 溶剂换成乙腈，其它条件不变，回流观察3 2 小时，无新产物生成。 8 1 , 3 ，5 三甲苯的溴代 a ) + m + n z s h 2 0 2 酱。a 称量2 0 2 3 9 ( 1 e q ) l ，3 ，5 三甲苯于5 0 m l 圆底烧瓶中，将其在带有水浴的磁力搅拌 器上安装好，放入磁力搅拌转子，加入1 0 m l 蒸馏水。准确称量0 0 2 2 9c a t 2 ( o 0 0 1 2 5 e q ) 、0 , 2 1 5 9c a t 3 、3 0 9 溴化钾( 0 5 e q ) 、2 4 8 9 9 8 硫酸( 0 5 e q ) 以及1 0 4 m l 3 0 过氧化氢溶液( 2 e q ) 。在室温搅拌下，依次将c a t 2 、c a t 3 、溴化钾、加入。将硫 酸与1 5 m l 蒸馏水配成硫酸溶液，也加入烧瓶中。应较缓慢加入，防止大量放热。 取已经量取好的过氧化氢溶液中的l m l 加入反应烧瓶中。当加入过氧化氢后，溶液 由无色变为橙红色。然后在l 小时后检测反应( 用t l c 检测，展开剂为：石油醚) 。 在r f = 0 7 处出现新产物，较微量。这时，又加入0 0 2 2 9c a t 2 、0 2 1 5 9c a t 3 及l m l 过氧化氢。然后，再过- , b 时检测反应。如此反复，共加入c a t 2o 1 7 2 9 ( 0 0 1 e q ) 、 c a t 31 7 2 9 。过氧化氢全部加完。反应共进行9 6 小时完成反应。 后处理：将反应液倒入分液漏斗中，用重蒸二氯甲烷将烧瓶中残余的液体洗出， 一并倒入分液漏斗中。然后用重蒸的二氯甲烷对分液漏斗中的液体萃取三次，每次 分出下层的油层，合并油层，然后将油层倒入已经洗干净的分液漏斗中用少量硫代 硫酸钠溶液除去其中的颜色。分出油层，倒入洁净干燥的锥形瓶内，用适量无水硫 酸钠干燥。充分振荡、放置。将干燥过的油层倾倒入圆底烧瓶中，在旋转薄膜蒸发 仪上除去二氯甲烷。最后在真空泵上进一步减压浓缩一段时间。就得到结晶的产品。 用石油醚结晶，得浅黄色结晶：2 6 5 1 9 ，产率为：7 9 。测其熔点为：3 8 4 0 0 c ， 文献值l l 副为：4 0 0c 一溴代产物。 b ) 、6 叩 第= 章实验部分 + k b + h 2 s 0 4 + h 2 0 2 1 两c a t 矛2c薪at3 、 又用o 0 1 e qc a t 2 、以及1 0 倍于c a t 2 重量的c a t 3 ，水：苯= l ：1 作溶剂，其他条件 不变的情况下，进行实验。9 6 小时完成反应。产率：7 2 。 c ) +kbr+h2s04c14+ h 2 0 2 百豢 一一u 又用0 ，0 l e qc a t 2 、以及l o 倍于c a t 2 重量的c a t 3 ，乙腈作溶剂回流，反应2 4 小 时完成。得浅黄色结晶，测其熔点：3 8 4 0 0 c 。产率：7 6 。 2 2 2 苄位氧化 1 甲苯的氧化： a ) ( 3 - c m + 耶r + h 2 0 2 c h 3 c n 回流9 称取o 5 0 9 9 ( 1 e q ) 甲苯于5 0 m l 圆底烧瓶内，加入1 0 m l 乙腈。然后准确称量 o 0 1 4 9c a r l ( o 0 5 e q ) 、0 1 6 m l4 0 氢溴酸( o 5 e q ) ，顺序加入甲苯底烧瓶中并充 分混合。再用移液管取1 1 3 m l3 0 过氧化氢溶液( 2 e q ) 于小试管中，存储在冰箱 里。因为过氧化氢易分解，在反应过程中应分次加入才能达到最佳效果，所以，先 取上述试管中过氧化氢约o 4 m l 加入烧瓶中，加上球形冷凝管回流。加入过氧化氢 后，溶液显橙红色。反应过程中，每隔一段时间，加少量过氧化氢，直至1 1 3 m l 加 完，并每1 0 分钟用薄层层析色谱检测反应( t l c ) 。反应一小时后，t l c 检测，反应 完成。反应液为橙红色。 反应的后处理：在分液漏斗里用无水乙醚萃取反应液3 次，每次分出乙醚层， d cha a ch& c 第二章实验部分 合并3 次分出的乙醚层；然后用少量硫代硫酸钠溶液除去醚层的颜色，分出醚层， 倾倒入干燥洁净的锥形瓶中，加入适量无水硫酸钠干燥。振荡放置后，将干燥后的 乙醚液倒入圆底烧瓶中，在旋转薄膜蒸发仪上除去乙醚，得产品，然后在真空泵上 进一步减压浓缩。得有香味的产物o 3 5 7 9 t l c 与标准苯甲醛对照为苯甲醛。产率： 6 1 ( t l c 展开剂为石油醚r f = o 4 、。 b 、 0 一c h 3 + h b r + p h c h ：n ( c 4 - 2 h 5 ) ，癣+ h 2 。： c a t l h 2 0回流咖 称取2 0 5 3 9 甲苯置于5 0 m