芳烴溴代物的製備方法
2023-06-02 12:57:21
專利名稱:芳烴溴代物的製備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種化工技術領域：
的製備方法，特別涉及一種芳烴溴代物的製備方法。
背景技術：
芳烴溴代物在生物、醫藥、有機合成等領域中是被廣泛使用的重要的有機化學品。製備芳烴溴代物是由芳烴溴代反應來完成的。通常需要使用單質溴和Lewis酸(路易斯酸)作催化劑，如Br2/Fe(FeBr3)，該方法通常會產生大量的有害氣體HBr，而且Br(溴素)的使用率通常會低於50％。另外，溴單質本身也是有毒物質，存儲、運輸和使用都不方便。溴化物作為溴源製備溴代有機物是個對環境友好的方法。溴化物具有價格低廉，不具揮發性而運輸、存儲方便，使用無需特殊保護的優點，且溴的利用率可以高達100％。
經過對現有技術的文獻檢索發現，Beletskaya等人在《ZhurnalOrganicheskoi Khimii》(《蘇聯化學學會有機化學》，1988年刊第24卷第2期248頁)發表了題為「Catalytic and stoichiometric bromination of aromaticcompounds in aqueous trifluoroacetic acid in the presence of nitrogen-containingoxidizing agents」(「三氟乙酸水溶液中含氮氧化劑存在時芳烴的催化和計量溴代反應」)的論文，提出了使用亞硝酸納和硝酸鉀作催化劑，空氣為氧化劑，在三氟乙酸水溶液中芳烴和溴化鉀反應生成溴代芳烴的方法。該方法由於使用強酸三氟乙酸水溶液為溶劑，會有以下缺點(1)易產生有害HBr氣體，汙染環境和引發生產安全問題，操作不便；(2)對反應設備耐酸性要求高；(3)使用大量三氟乙酸為溶劑，生產成本較高。
發明內容本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種芳烴溴代物的製備方法，使其在室溫下，以含氮試劑為催化劑，金屬氯化物為添加劑(氧化劑)，溴化物為溴源，使活潑芳烴在中性溶液中完成氧化溴代反應，生成芳烴溴代物。該方法溴素利用率高、反應條件溫和、操作簡便、且環境友好。
本發明是通過以下技術方案來實現的，本發明方法具體為將活潑芳烴和溴化物、含氮試劑催化劑、金屬氯化物和適當的反應用溶劑混合，在常壓空氣中攪拌、反應，反應結束後，將混合反應溶液稀釋，靜置，過濾除去無機固體，然後用硫代硫酸鈉水溶液洗滌濾液，直至有機相成無色，分出有機相；再用有機溶劑萃取水相，再次分出有機相；合併上述有機相，無水硫酸鎂乾燥，過濾除去乾燥劑，濾液經減壓蒸餾得到粗產物，粗產物再經過柱層析分離得到純的溴代芳烴產物。
本發明反應過程可以如下反應方程式表示 所述的活潑芳烴，化學結構如(I)所示，R可以是一個或多個供電基團，包括供電基團和非供電基團的組合，如苯甲醚。
所述的含氮試劑催化劑可以是硝酸鹽、亞硝酸鹽、硝酸或亞硝酸，如亞硝酸鈉。
所述的金屬氯化物可以是氯化鉍，氯化鐵，氯化鋅、氯化銅、氯化鋁或氯化鎂。
所述的反應用溶劑為酸性溶劑、中性溶劑、極性溶劑或非質子極性溶劑。其中，酸性溶劑，如醋酸；中性溶劑，如乙腈；非質子極性溶劑，如二氯甲烷；極性溶劑，如1，2-二氯乙烷。
所述的反應，反應時間為2-48個小時，反應溫度為室溫。
所述的含氮試劑催化劑，其物質的量為活潑芳烴的物質的量的5％到20％。
所述的金屬氯化物，其物質的量為活潑芳烴的物質的量的1.0-4.0倍。
本發明的有益效果如下(1)由於使用不含過渡金屬的含氮試劑做催化劑，如硝酸鈉或亞硝酸鈉，其價格低、易獲得，並且處理方便；(2)利用溴化物(如溴化鉀)直接進行氧化溴代反應，避免了溴單質的使用，不會產生大量的有害氣體，同時儲運方便，且溴素的利用率高，經濟環保；(3)使用1.0到4.0倍於原料芳烴的金屬氯化物作添加劑(氧化劑)，可在中性溶液中進行反應，避免使用大量的強酸來促進反應，降低了對反應設備的耐酸要求，且選用的金屬氯化物是工業品的非過渡金屬鹽氯化鉍，它低毒、無需特別製備、易循環使用。總之，由於整個反應體系中可以不涉及過渡金屬、強酸或者有機胺類，對環境比較友好、安全。
另外，本發明可以在常溫常壓條件下進行，溫度範圍寬，反應試劑無需進行預先脫水處理，反應過程中反應體系也無需無水保護，操作簡便，節能經濟。
具體實施方式下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
實施例1在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入苯甲醚(52.5mg，0.49mmol)、KBr(61.8mg，0.52mmol)、硝酸鈉(4.0mg，0.05mmol)和氯化鉍(320.8mg，1.03mmol)於2.0ml乙腈中攪拌，4個小時後，停止反應；在反應混合物中加入二氯甲烷10ml，靜置，過濾除去無機固體，然後用10ml 0.5M硫代硫酸鈉水溶液洗滌濾液3次，至洗去多餘的溴(有機相變成無色)，分出有機相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有機相；合併上述有機相，用無水硫酸鎂乾燥，過濾除去乾燥劑，濾液經減壓蒸餾除去二氯甲烷得到粗產物；粗產物經過杜層析分離後得到產物4-溴代苯甲醚84.6mg，收率為92％。
實施例2在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入苯甲醚(54.8mg，0.51mmol)、KBr(61.8mg，0.52mmol)、亞硝酸鈉(3.4mg，0.05mmol)和氯化鉍(320.8mg，1.03mmol)於2.0mL乙腈中攪拌，2個小時後，停止反應；在反應混合物中加入二氯甲烷10ml，靜置，過濾除去無機固體，然後用10ml 0.5M硫代硫酸鈉水溶液洗滌濾液3次，至洗去多餘的溴(有機相變成無色)，分出有機相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有機相，合併上述有機相；用無水硫酸鎂乾燥，過濾除去乾燥劑，濾液經減壓蒸餾除去二氯甲烷後得到粗產物；粗產物經過柱層析分離後得到產物4-溴代苯甲醚84.6mg，收率為91％。
實施例3在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入苯甲醚(105.6mg，0.98mmol)、KBr(125.1mg，1.04mmol)、亞硝酸鈉(3.6mg，0.05mmol)和氯化鉍(638.2mg，2.05mmol)於2.0mL乙腈中攪拌，24個小時後，停止反應；在反應混合物中加入內標六氯乙烷，用氣相色譜測定4-溴代苯甲醚收率為＞99％。
實施例4在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入1，2，4，5-四甲苯(67.8mg，0.51mmol)、KBr(66.4mg，0.55mmol)、亞硝酸鈉(6.9mg，0.10mmol)和氯化鉍(638.2mg，2.05mmol)於2.0mL乙腈中攪拌，4個小時後，停止反應；在反應混合物中加入二氯甲烷10mL，靜置，過濾，然後用10ml 0.5M硫代硫酸鈉水溶液洗滌濾液3次，至洗去多餘的溴(有機相成無色)，分出有機相，水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有機相；合併上述有機相，用無水硫酸鎂乾燥，過濾除去乾燥劑，濾液經減壓蒸餾除去二氯甲烷得到粗產物；粗產物經過柱層析分離後得到產物3-溴代-1，2，4，5-四甲苯的量為98.9mg，收率為92％。
實施例5在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入苯甲醚(51.6mg，0.48mmol)、KBr(64.4mg，0.54mmol)、亞硝酸鈉(3.4mg，0.05mmol)和氯化鉍(226.8mg，0.73mmol)於2.0mL乙腈中攪拌，24個小時後，停止反應；在反應混合物中加入內標六氯乙烷，用氣相色譜測定4-溴代苯甲醚收率為＞99％。
實施例6在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入苯甲醚(51.8mg，0.48mmol)、KBr(61.3mg，0.52mmol)、硝酸鈉(6.1mg，0.07mmol)和氯化鉍(163.2mg，0.52mmol)於2.0mL乙腈中攪拌，36個小時後，停止反應；在反應混合物中加入內標六氯乙烷，用氣相色譜測定4-溴代苯甲醚收率為55％。
實施例7在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入1，3，5-三甲苯(67.7mg，0.56mmol)、KBr(69.0mg，0.58mmol)、亞硝酸鈉(3.8mg，0.06mmol)和氯化鉍(331.5mg，1.06mmol)於2.0mL乙腈中攪拌，5個小時後，停止反應；在反應混合物中加入二氯甲烷10mL，靜置，過濾除去無機固體，然後用10ml 0.5M硫代硫酸鈉水溶液洗滌濾液3次，至洗去多餘的溴(有機相成無色)，分出有機相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有機相；合併上述有機相，用無水硫酸鎂乾燥，過濾除去乾燥劑，濾液經減壓蒸餾除去二氯甲烷得到粗產物；粗產物經過柱層析分離後得到產物2-溴代-1，3，5-三甲苯72.1mg，收率為64％。
實施例8在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入1，2，4，5-四甲苯(67.8mg，0.51mmol)、KBr(66.4mg，0.55mmol)、亞硝酸鈉(3.4mg，0.05mmol)和氯化鉍(327.8mg，1.04mmol)於2.0mL乙腈中攪拌，4個小時後，停止反應；在反應混合物中加入二氯甲烷10mL，靜置，過濾，然後用10ml 0.5M硫代硫酸鈉水溶液洗滌濾液3次，至洗去多餘的溴(有機相成無色)，分出有機相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有機相；合併上述有機相，用無水硫酸鎂乾燥，過濾除去乾燥劑，濾液經減壓蒸餾除去二氯甲烷得到粗產物；粗產物經過柱層析分離後得到產物3-溴代-1，2，4，5-四甲苯的量為85.4mg，收率為80％。
實施例9在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入間二甲苯(47.3mg，0.45mmol)、KBr(69.6mg，0.58mmol)、亞硝酸鈉(3.4mg，0.05mmol)和氯化鉍(320.1mg，1.02mmol)於2.0mL乙腈中攪拌，9個小時後，停止反應；在反應混合物中加入二氯甲烷10mL，靜置，過濾除去無機固體，然後用10ml 0.5M硫代硫酸鈉水溶液洗滌濾液3次，至洗去多餘的溴(有機相成無色)，分出有機相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有機相；合併上述有機相，用無水硫酸鎂乾燥，過濾除去乾燥劑，濾液經減壓蒸餾除去二氯甲烷得到粗產物；粗產物經過杜層析分離後得到產物1-溴代-2，4-二甲基苯62.0mg，收率為75％。
實施例10在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入2-甲基苯甲醚(64.5mg，0.53mmol)、KBr(65.5mg，0.55mmol)、亞硝酸鈉(3.4mg，0.05mmol)和氯化鉍(317.3mg，1.01mmol)於2.0mL乙腈中攪拌，6個小時後，停止反應；在反應混合物中加入二氯甲烷10mL，靜置，過濾除去無機固體，然後用10ml 0.5M硫代硫酸鈉水溶液洗滌濾液3次，至洗去多餘的溴(有機相成無色)，分出有機相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有機相；合併上述有機相，用無水硫酸鎂乾燥，過濾除去乾燥劑，濾液經減壓蒸餾除去二氯甲烷得到粗產物；粗產物經柱層析分離後得到產物4-溴代-2-甲基苯甲醚85.7mg，收率為81％。
實施例11在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入4-甲基苯甲醚(60.0mg，0.49mmol)、KBr(60.4mg，0.50mmol)、亞硝酸鈉(3.8mg，0.06mmol)和氯化鉍(325.0mg，1.03mmol)於2.0mL乙腈中攪拌，5個小時後，停止反應；在反應混合物中加入二氯甲烷10mL，靜置，過濾除去無機固體，然後用10ml 0.5M硫代硫酸鈉水溶液洗滌濾液3次，至洗去多餘的溴(有機相成無色)，分出有機相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有機相；合併上述有機相，用無水硫酸鎂乾燥，過濾除去乾燥劑，濾液經減壓蒸餾除去二氯甲烷得到粗產物；粗產物經柱層析分離後得到產物2-碘代-4-甲基-苯甲醚82.1mg，收率為83％。
實施例12在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入3-碘代苯甲醚(121.0mg，0.57mmol)、KBr(85.4mg，0.72mmol)、亞硝酸鈉(3.3mg，0.05mmol)和氯化鉍(373.0mg，1.18mmol)於2.0mL乙腈中攪拌，6個小時後，停止反應；在反應混合物中加入二氯甲烷10mL，靜置，過濾除去無機固體，然後用10ml 0.5M硫代硫酸鈉水溶液洗滌濾液3次，至洗去多餘的溴(有機相成無色)，分出有機相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有機相；合併上述有機相，用無水硫酸鎂乾燥，過濾除去乾燥劑，濾液經減壓蒸餾除去二氯甲烷得到粗產物；粗產物經柱層析分離後得到產物4-溴代代-3-碘代苯甲醚136.7mg，收率為77％。
實施例13在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入甲苯(46.5mg，0.51mmol)、KBr(60.4mg，0.50mmol)、亞硝酸鈉(3.4mg，0.05mmol)和氯化鉍(325.0mg，1.03mmol)於2.0mL乙腈中攪拌，48個小時後，停止反應；在反應混合物中加入二氯甲烷10mL，靜置，過濾除去無機固體，然後用10ml 0.5M硫代硫酸鈉水溶液洗滌濾液3次，至洗去多餘的溴(有機相成無色)，分出有機相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有機相；合併上述有機相，用無水硫酸鎂乾燥，過濾除去乾燥劑，濾液經減壓蒸餾除去二氯甲烷得到粗產物；粗產物經柱層析分離後得到產物4-溴代-甲苯和2-溴代甲苯混合物31.8mg，收率為37％。
實施例14在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入苯甲醚(51.6mg，0.48mmol)、KBr(62.9mg，0.50mmol)、亞硝酸鈉(3.6mg，0.05mmol)和氯化鉍(325.1mg，1.03mmol)於2.0mL醋酸中攪拌，6個小時後，停止反應；在反應混合物中加入內標六氯乙烷，用氣相色譜測定4-溴代苯甲醚收率為95％。
實施例15在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入苯甲醚(51.6mg，0.48mmol)、KBr(62.9mg，0.50mmol)、亞硝酸鈉(3.6mg，0.05mmol)和氯化鉍(325.1mg，1.03mmol)於2.0mL 1，2二氯乙烷中攪拌，18個小時後，停止反應；在反應混合物中加入內標六氯乙烷，用氣相色譜測定4-溴代苯甲醚收率為＞99％。
實施例16在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入苯甲醚(51.6mg，0.48mmol)、KBr(62.9mg，0.50mmol)、硝酸鈉(4.5mg，0.05mmol)和氯化鐵(273.0mg，1.00mmol)於2.0mL乙腈中攪拌，24個小時後，停止反應；在反應混合物中加入內標六氯乙烷，用氣相色譜測定4-溴代苯甲醚收率為70％。
實施例17在室溫下(25℃)，在25mL圓底燒瓶中加入苯甲醚(51.6mg，0.48mmol)、KBr(62.9mg，0.50mmol)、硝酸鈉(4.5mg，0.05mmol)和氯化銅(171.0mg，1.00mmol)於2.0mL乙腈中攪拌，24個小時後，停止反應；在反應混合物中加入內標六氯乙烷，用氣相色譜測定4-溴代苯甲醚收率為58％。
權利要求
1.一種芳烴溴代物的製備方法，其特徵在於，將活潑芳烴和溴化物、含氮試劑催化劑、金屬氯化物和反應用溶劑混合，在常壓空氣中攪拌、反應，反應結束後，將混合反應溶液稀釋，靜置，過濾除去無機固體，然後用硫代硫酸鈉水溶液洗滌濾液，直至有機相成無色，分出有機相；再用有機溶劑萃取水相，再次分出有機相；合併上述有機相，無水硫酸鎂乾燥，過濾除去乾燥劑，濾液經減壓蒸餾得到粗產物；粗產物再經過柱層析分離得到純的溴代芳烴產物；所述的活潑芳烴，其化學結構如下 其中，R是一個或多個供電子基團，包括供電基團和非供電基團的組合。
2.根據權利要求
1所述的芳烴溴代物的製備方法，其特徵是，所述的含氮試劑催化劑，是硝酸鹽、亞硝酸鹽、硝酸或亞硝酸。
3.根據權利要求
1或2所述的芳烴溴代物的製備方法，其特徵是，所述的含氮試劑催化劑，其物質的量為活潑芳烴的物質的量的5％到20％。
4.根據權利要求
1所述的芳烴溴代物的製備方法，其特徵是，所述的金屬氯化物，是氯化鉍、氯化鐵、氯化鋅、氯化銅、氯化鋁或氯化鎂。
5.根據權利要求
1或4所述的芳烴溴代物的製備方法，其特徵是，所述的金屬氯化物，其物質的量為活潑芳烴物質的量的1.0-4.0倍。
6.根據權利要求
1所述的芳烴溴代物的製備方法，其特徵是，所述的反應用溶劑為酸性溶劑、中性溶劑、極性溶劑或非質子極性溶劑。
7.根據權利要求
6所述的芳烴溴代物的製備方法，其特徵是，所述的酸性溶劑，為醋酸；所述的中性溶劑，為乙腈。
8.根據權利要求
6所述的芳烴溴代物的製備方法，其特徵是，所述的極性溶劑，為1，2-二氯乙烷；所述的非質子極性溶劑，為二氯甲烷。
9.根據權利要求
1所述的芳烴溴代物的製備方法，其特徵是，所述的反應，反應時間是2-48小時。
10.根據權利要求
1所述的芳烴溴代物的製備方法，其特徵是，所述的反應，反應溫度為室溫。
專利摘要
一種芳烴溴代物的製備方法，屬於化工技術領域：
。本發明方法為，將活潑芳烴和溴化物、含氮試劑催化劑、金屬氯化物和反應用溶劑混合，在常壓空氣中攪拌、反應，反應結束後，將混合反應溶液稀釋，靜置，過濾除去無機固體，然後用硫代硫酸鈉水溶液洗滌濾液，直至有機相成無色，分出有機相；再用有機溶劑萃取水相，再次分出有機相；合併上述有機相，無水硫酸鎂乾燥，過濾除去乾燥劑，濾液經減壓蒸餾得到粗產物；粗產物再經過柱層析分離得到純的溴代芳烴產物。本發明方法利用硝酸根或亞硝酸根為催化劑，金屬氯化物為添加劑，並使用溴化物作為溴源，在中性溶液常溫下經氧化完成活潑芳烴溴代反應，反應條件溫和、操作簡便、環境友好。
文檔編號C07C17/12GK1994983SQ200610148225
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月28日
發明者汪日新, 陸文軍, 王旭輪, 戎影, 李若石 申請人:上海交通大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan