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同多酸催化下几种含氧芳香烃溴代反应的研究

来源:筏尚旅游网
第33卷第1期 2010年3月 辽宁师范大学学报(自然科学版) Journal of Liaoning Normal University(Natural Science Edition) Vo1.33 No.1 Mar. 2010 文章编号:1000—1735(2010)01—0078—04 同多酸催化下几种含氧芳香烃溴代反应的研究 张成路, 王 杨, 潘国华, 王利东, 许皓添, 邵 懿, 周 龙, 汪振鑫, 邱文龙, 韩建强 (辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连 116029) 摘 要:分别以4种酚类化合物:2-甲基苯酚、邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚为反应物,首先将反应底物的羟基进行 甲基或者甲氧基甲基保护,然后将所得到的产物在醋酸溶剂中,以溴化钾和过氧化氢为试剂,钼酸铵为催化嗣的条件 下,研究了在苯环骨架上引入了溴原子的方法.研究结果表明,实验方法操作简单易行,反应时间较短,产物专一性好, 后处理简单,并且收率较高,活化溴原子对苯环的进攻位置主要受到催化荆钼酸大分子结构的控制.产物经红外光谱 和核磁共振谱进行了结构表征,证实成功合成了目标化合物. 关键词:同多酸;卤代芳烃;钼酸铵;溴代反应 中圈分类号:0622.4 文献标识码:A 卤代烃是一类重要的有机化合物.一方面,许多卤代烃化合物都具有较好的化学和生物特性,另一 方面,其在基础理论研究、合成应用及方法学的研究中具有重要的应用价值.在含卤有机物中,卤代烃是 应用最广泛的化合物之一.首先,常见的一些卤代烃可作为冷冻剂、灭火剂、阻燃剂和农药高分子的单体 等重要用途[】伽;其次,在有机化学动力学的研究中,其亲核取代反应,扮演了非常重要的角色;第三,卤 代烃作为一类重要的有机合成中间体,是许多复杂分子合成的原料;第四,卤代烃被广泛的应用在一些 经典的有机合成反应中,如:Witting、Heck、Suzuki、Stiller、Friedel—Crafts和Sommelet等反应,应用于 具有生物活性和药用前景的分子的合成中[4 ]. 随着科学研究的不断进展,无机化合物在有机方面的应用越来越广泛,并得到了深远的发展.无机 化合物同多酸作为催化剂的使用得到了广泛的认可和应用.钼酸铵作为催化剂已经遍布化学诸多领域, 如:防腐、催化剂分离、防质谱干涉、降低反应条件等.在酸性条件下,钼酸铵可以转化为钼酸,而生成同 多酸,它可以催化溴化钾和过氧化氢的氧化还原反应,可以快速产生溴单质,然后溴单质可以与钼酸中 的钼进行配位,使得溴单质发生活化,更容易发生亲电取代反应,同时所得产物易于分离提纯、环境 友好. 目标化合物2是合成具有良好止痛、麻醉功效的天然产物罗汉松烷(Hylpodocarpane)的重要前体; 目标化合物3,4是合成具有广泛生物活性的芪类化合物(Stilbene)的重要中间体,芪类化合物具有抗 癌、抗氧化、抗肿瘤、抗菌、抗炎、抗过敏等多种活性;目标化合物5是合成配位聚合物中重要配体多功能 原料,因此利用具有绿色化学特征的钼酸铵条件下溴代合成目标分子的研究具有重要意义. OH N N O OH 罗汉松烷 聚合物 收稿日期:2009—08—14 基金项目:辽宁省教育厅科学技术研究项目(2009A426);辽宁省教育厅创新团队项目(2oO8TlO7) 作者简介:张成路(1966一),男。辽宁盖州人,辽宁师范大学教授,博士. 第1期 张成路等: 同多酸催化下几种含氧芳香烃溴代反应的研究 79 本文分别以邻甲酚、邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚为反应底物,经官能团转化后,在同多酸钼酸的 催化下,进行溴代得到了4种不同的溴代产物,反应方法见附图: 附图 钼酸催化下溴代产物的合成 1 实验部分 1.1仪器和试剂 Bruker Avance 500型核磁共振仪(内标TMS,溶剂CDCI。,Dz0),WGD--30/6型双光束红外分光 光度计(KBr压片),Sartorius电子天平(BL310),CL一4型恒温加热磁力搅拌器,DW一1型无级恒速搅 拌器,SHZ--2000型双配套循环水式多用真空泵,RE--52C型旋转蒸发器,KQ~500DV型数控超声波 清洗器,KQ-C型玻璃仪器气流烘干器,双排管抽真空系统,JY7134单相电容起动电动机,DGL一2o01 型电热鼓风干燥箱. 邻甲酚、邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚(中国医药集团上海化学试剂公司,分析纯试剂)、钼酸铵、冰 醋酸、溴化钾、碳酸钾、甲氧基甲基氯、硅胶(200 ̄300目),柱层析用洗脱剂均为乙酸乙酯和石油醚(分 析纯试剂) 1.2 2一甲基苯甲醚(1)的合成 在邻甲酚6.39 g(59 mmo1)的120 mL丙酮溶液中,加入碳酸钾16.32 g(120 mmo1),搅拌、加热,加 入碘甲烷6.72 mL(66 mmo1),回流8 h,抽滤,减压蒸除溶剂,粗产品经硅胶柱层析分离,石油醚为洗脱 剂,得到浅黄色液体(6.8 g,93.0 ). 1.3 4-溴-2-甲基苯甲醚(2)的合成 室温下,反应体系中加入邻甲基苯甲醚1.25 g(10 mmo1)、溴化钾2.5 g(14 mmo1)和钼酸铵0.15 g (O.12 mrno1)的12.5 mL醋酸溶液.搅拌下滴加30 的过氧化氢20 mL,反应30 min.用饱和NaHCO。 溶液中和,乙酸乙酯萃取,无水Na。SO 干燥,蒸除溶剂,粗产品经硅胶柱层析分离,石油醚为洗脱剂,得 到白色固体(1.77 g,88.7 9,5),m.P.:59.7~61.1℃. 1.4 1,2-_-甲氧甲氧基苯(3)的合成 将邻苯二酚1.10 g(10 mmo1)溶于30 mL丙酮中,搅拌下加入氢氧化钠1.00 g(25 mmo1)、碳酸钾 0.69 g(5 mmo1).剧烈搅拌15 min后,室温滴加甲氧基甲基氯2 mL(26.4 retoo1).将混合物搅拌反应 3 h后,减压蒸除溶剂,粗产品溶于水,乙酸乙酯萃取(4O mL×3),合并有机相,饱和氯化钠洗涤,无水 硫酸钠干燥.蒸除溶剂,粗产品用硅胶柱层析,石油醚/乙酸乙酯(15:1,V/V)混合液为洗脱剂,得淡 黄色液体(1.80 g,91%). 80 辽宁师范大学学报(自然科学版) 第33卷 1.5 4-溴-1。2\-甲氧甲氧基苯(4)的合成 将1,2一二甲氧甲氧基苯1.98 g(10 mmo|)、溴化钾1.31 g(11 mmo1)和钼酸铵0.12 g (O.096 mmo1)溶于20 mL冰醋酸中,搅拌下滴加30%过氧化氢1.25 g(11 mmo1),25 rain滴完,室温 搅拌1 h后,加水5O mL,乙酸乙酯萃取(4O mL×3),合并有机相,饱和碳酸氢钠和饱和氯化钠洗涤,无 水硫酸钠干燥,蒸除溶剂,粗产品用硅胶柱层析,石油醚/乙酸乙酯(10:1,V/V)混合液为洗脱剂,得 淡黄色液体(2.49 g,90 ). 1.6 1。3----甲氧甲氧基苯(5)的合成 将间苯二酚1.10 g(10 retoo1)溶于30 mL丙酮中,搅拌下加入氢氧化钠1.O0 g(25 mmo1)碳酸钾 0.69 g(5 mmo1).剧烈搅拌15 min后,室温滴加氯甲醚2 mL(26.4 retoo1),将混合物搅拌反应3 h后, 减压蒸除溶剂,粗产品溶于水,乙酸乙酯萃取(40 mL×3),合并有机相,饱和氯化钠洗涤,无水硫酸钠 干燥.蒸除溶剂,粗产品用硅胶柱层析,石油醚/乙酸乙酯(15;1,V/V)混合液为洗脱剂,得淡黄色液 体(1.86 g,94 ). 1.7 1-溴-3。5---甲氧甲氧基苯(6)的合成 将1,3一二甲氧甲氧基苯2.O1 g(10.1 mmo1)、溴化钾1.42 g(12 mmo1)和钼酸铵0.12 g (0.096 retoo1)溶于2O mL冰醋酸中,搅拌下滴加30 过氧化氢1.25 g(11 mmo1),25 min滴完,室温 搅拌1 h后,加水5O mL,乙酸乙酯萃取(4O mL×3),合并有机相,饱和碳酸氢钠和饱和氯化钠洗涤,无 水硫酸钠干燥,蒸除溶剂,粗产品用硅胶柱层析,石油醚/乙酸乙酯(10:1,V/V)混合液为洗脱剂,得 淡黄色液体(2.49 g,90 ). 1.8 1。4---甲氧基苯(7)的合成 在对甲酚6.6 g(60 retoo1)的120 mL丙酮溶液中加入16.32 g碳酸钾(24O mmo1),搅拌、加热,加 人碘甲烷13.44 mL(132 retoo1),回流8 h,抽滤,减压蒸除溶剂,柱层析分离(石油醚),得到浅黄色液体 (7.7 g,93.O%). 1.9 2-溴-1,4---甲氧基苯(8)的合成  ̄室温下,反应体系中加入1,2一二甲氧基苯2.5 g(18 mmo1)、溴化钾4.6 g(37 mmo1)和0.5 g (4 retoo1)钼酸铵的50 mL醋酸溶液.搅拌下滴加3O 的过氧化氢2O mL,反应30 min.饱和NaHC0。 溶液处理,乙酸乙酯萃取(4O mL×3),无水Na:SO 干燥,蒸除溶剂,柱层析分离(石油醚),得到白色固 体(1.98 g,25.4 ). 2 结果与讨论 2.1化合物2的表征 IR(KBr,o/cm-1):3 030,2 910,2 840,1 445,1 380,1 470,1 500,1 600,1 620,1 260,650, 810,860. H NMR(CDCl3,500 MHz, ̄ppm):2.18(s,3H,一CH3),3.40(s,3H,一OCH3)6。67~ 6.69(d,J=8.3 Hz,1H,PhH),7.24~7.26(d,J一8.7 Hz,1H,PhH),7.24(s,1H,PhH). 2.2化合物4的表征 IR(KBr,o/cm_1):3 068,2 956,2 828,1 590,1 498,1 388,1 244,1 184,1 154,848,804, 690. H NMR(CDCl3,500 MHz, ̄ppm):3.5O(s,3H,一OCH3),3.51(S,3H,一0CH3), 5.20(s,2H,一0CH2一),5.21(S,2H,一OCH2一),7.03(d,J=8.8 Hz,1H,PhH),7.08(dd, J=8.4,2.4 Hz,1H,PhH),7.3l(d,J=2.0 Hz,1H,PhH). 2.3化合物6的表征 IR(KBr,o/cm ):2 953,2 828,1 598,1 460,1 400,1 214,1 144,1 080,692. H NMR (CDCl3,500 MHz, ̄ppm):3.48(s,6H,一OCH3),4.41(s,2H,一OCH2一),5.16(s,4H, 一OCH2一),6.67(t,J一2.3 Hz,1H,PhH),6.74(d,J一2.2 Hz,2H,PhH). 2.4化合物8的表征 IR(KB,r,o/cm ):3 102,2 945,2 832,1 588,1 447,1 384,1 475,1 410,1 630,1 270,647, 第1期 张成路等: 同多酸催化下几种含氧芳香烃溴代反应的研究 81 832,874. H NMR(CDCl3,500 MHz,占ppm):3.72(s,3H,一OCH3),3.80(s,3H,一OCH3), 6.79(m,2H,PhH),7r.11(d,J=2.6 Hz,1H,Phil). 钼酸是一种结构较大的分子,由于它的空间位阻比较大,在催化溴代反应中,被活化的溴原子在取 代苯环上氢原子时,主要进攻位阻较小的含氧基团的对位,如化合物2和化合物4,当对位被占据时进 攻邻位,但产率大大降低,如化合物8,说明空间定位效应在反应中起主导作用,这也在化合物6的合成 中得到了验证,因为1,3--"甲氧甲氧基苯5号位空间位阻最小,即使在邻对位定位基存在下,活化溴原 子也发生了“异常的”间位取代反应. 参考文献: E13 MOULD D L,SYNGE R L M.Electrokinetic ultrafiltration analysis of polysaccharides.A new approach to the chromatography of large molecules[J].Analyst,1952,77:964—970. [23 PRET0UR0USv,HOPKINSB J,Schieke JD.Electro-osmosis:A new conceptfor high-speedliquid chromatography[J].Chroma- togr.1974,99:23—30. 1-33 JORGENSON J w,LUKACS K D.High-resolution separations based on alectrophoresis and electroosmosis[J].Chromatogr。1981, 218:209-216. [4]TSUDA T,NOMURA K,NAKAGAWA G.Separation of organic and metal ions by high-voltage capillary electrophoresis[J]. Chromatogr,1983,264:385—392. 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Studies on the bromination of some oxo-aromatic compounds catalyzed by isopolyacid ZHANGCheng-lu,WANG Yang,PANGuo-hua,WANGLi-dong,XUHao-tian, SHAOYi,ZHOULong,WANGZhen—xin,QJ【,Wen—long,HANJian。qiang (Seh ̄l of Chemistry and Chemical Engineering,Liaoning Normal University,Dalian 116029,China) Abstract:The four compounds:2一Methylphenol, catechol,m—dihydrobenzene and resorcinol, were used as starting materials in this paper.Firstly,the protection of hydroxyl group in the four com— pounds were performed using methyl iodide and methoxyethyl chloride as reagents.Then,in the pres— ent of acetic acid and ammonium molybdate which was used as catalysis,the production compounds were reacted with potassium bromide and hydrogen peroxide to afford bromination products on ben— zene ring.In conclusion,the experimental method was easily performed,the reaction time was short and the products were gained in high yield.The bromination was controlled by the large molecular structure of ammonium methylbdate.IR and H NMR were used to character the structures of the target compounds. Key words:isopolyacid;aromatic hydrocarbons;ammonium molybdate;bromination 

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