一种芳香卤代化合物的制备方法 【技术领域】
本发明属于有机合成领域， 尤其涉及一种芳香卤代化合物的制备方法。背景技术 芳香卤代化合物是一类非常重要的化工原料， 被广泛应用于科学研究以及工业生 产当中。在科学研究中， 芳香卤代化合物主要用于有机合成， 它们可以作为分子砌块， 参与 种类繁多的有机化学反应来构建较为复杂的目标化合物 ； 在工业生产当中， 芳香卤代化合 物主要应用在染料、 材料、 医药和农药等行业。一直以来， 人们对芳香卤代化合物的合成方 法进行不断地改进和完善。目前已知的合成方法中， 大部分都是应用芳香烃在路易斯酸的 催化下和卤源 ( 氯气， 液溴或 N- 卤代丁二酰亚胺等 ) 反应得到芳香卤代化合物， 这些方法 的缺点在于使用大量的路易斯酸催化剂， 有时对于比较惰性的底物需要当量催化剂甚至更 多， 并且反应条件比较剧烈 ( 氯气， 液溴， 强路易斯酸环境 )， 不易操作。
发明内容
本发明的目的是提供一种直接在空气中反应且高效易行的芳香卤代化合物的制 备方法， 该方法具有比较广泛的底物适应性， 通过该方法可合成众多带有不同取代基的芳 香卤代化合物。
本发明方法的技术方案如下 ：
一种芳香卤代化合物的制备方法， 芳香烃 Ar-H 与 N- 卤代丁二酰亚胺 ( 如下式 II 所示 ) 在三氯化金的催化下， 在有机溶剂中反应， 得到芳香卤代化合物 Ar-X， 其反应式如 下：
其中 ： 所述芳香烃中的芳香基 (Ar-) 是非杂环芳香基， 比如苯基和萘基等 ； 所述芳 香基可以是取代或未取代的芳香基 ； X 代表氯、 溴或碘。
上述反应对官能团具有很好的容忍性， 芳香基上可带有一个或多个取代基， 对取 代基的位置没有特别限制， 邻位、 间位、 对位均可， 新生成的碳卤键符合芳环亲电反应的定 位规律。常见的取代基例如烷基、 烷氧基、 酰胺基、 酯基和卤素等。当具有多个取代基时， 这 多个取代基可以相同或不同， 相邻的两个取代基可以相互独立或成环。
典型的， 当所述芳香基为苯基时， 本发明方法的反应式可表示如下 ：
当所述芳香基为萘基时， 本发明方法的反应式可表示如下 ：其中 ： R 代表芳香基上的取代基团， 可以为烷基、 烷氧基、 酰胺基、 酯基或卤素等 ； 在式 Ia 和 IIIa 中， n ＝ 0， 1， 2， 3， 4或5； 在式 Ib 和 IIIb 中， n ＝ 0， 1， 2， 3， 4， 5， 6或7； 当 n ≥ 2 时， 这多个 R 基团相同或不同， 相邻的两个 R 基团相互独立或成环 ； 在式 IIIb 中， X和 R 基团可以位于相同或不同的苯环上。
上述烷基优选指具有 1 ～ 10 个碳原子的烷基， 例如甲基、 乙基、 丙基、 异丙基、 丁 基、 异丁基、 叔丁基、 仲丁基、 戊基、 新戊基等 ； 更优选具有 1 ～ 4 个碳原子的烷基， 特别优选 甲基、 乙基和丙基。
上述烷氧基优选指具有 1 ～ 10 个碳原子的烷氧基， 例如甲氧基、 乙氧基、 丙氧基、 异丙氧基、 丁氧基、 异丁氧基、 叔丁氧基、 仲丁氧基等 ； 更优选具有 1 ～ 4 个碳原子的烷氧基， 特别优选甲氧基、 乙氧基和异丙氧基。
上述酰胺基例如乙酰氨基、 丙酰氨基和丁酰氨基等。
上述酯基例如甲酸酯基、 乙酸酯基、 丙酸酯基和丁酸酯基等。
上述卤素是指氟、 氯、 溴或碘原子， 优选氟和氯。
本发明方法所使用的催化剂三氯化金可用商品化试剂， 无需特殊处理。其催化用 量优选在基于所述芳香烃的 0.01-1％当量的范围内。
本发明方法所使用的有机溶剂优选自下列集合中的一种 ： 二氯甲烷， 1， 2- 二氯乙 烷、 己烷。 这些有机溶剂亦用商品化试剂即可， 无需特殊处理。 其用量优选为 1-2 毫升 /mmol 芳香烃。
由上面的反应式可知， 本发明方法两种反应物优选的投料摩尔比为 1 ∶ 1。
上述反应的反应温度和反应时间根据不同的原料略有不同， 以原料检测消失为 准， 反应温度一般在 0℃ -80℃的范围内， 反应时间一般在 1-36 小时。加热过程可采用油浴 ( 例如硅油、 石蜡油等 ) 或者其它加热方式。
本发明优选在反应完成后对反应产物进行后处理， 包括浓缩和纯化。
所述浓缩过程可采用常压蒸馏、 减压蒸馏等方法， 例如用旋转蒸发仪真空浓缩。
所述纯化过程是通过柱层析、 减压蒸馏或重结晶的方式得到纯净的产物。
和现有技术相比， 本发明具有下列优势 ：
1、 本发明方法所涉及的反应不需要严格的无水无氧条件， 在空气中即可顺利发 生， 操作方便简单 ；
2、 本发明方法所涉及的反应对官能团具有很好的容忍性， 取代基可以为烷基、 烷 氧基、 酯基、 酰胺基和卤原子 (F、 Cl、 Br、 I) 等， 并且新生成的碳卤键符合芳环亲电反应的定 位规律， 可以预见。
3、 本发明方法所涉及的反应使用三氯化金作为催化剂， 对于大部分底物， 催化剂 的用量可以降低到 1％或以下， 反应非常高效。 由于催化剂用量非常小， 因此反应成本较低。 具体实施方式
下面结合实施例进一步描述本发明， 但不以任何方式限制本发明的范围。
实施例 1
对溴苯甲醚的合成
向 25mL 的长管型反应瓶中加入 534mg( 即 3mmol)N- 溴代丁二酰亚胺， 加入 6mL1， 2- 二氯乙烷溶剂， 然后再称取 324mg( 即 3mmol) 苯甲醚， 最后加入三氯化金 0.1mg( 将 1mg 三氯化金溶于 1mL 1， 2- 二氯乙烷， 用微量注射器取出 0.1mL 注入体系 )， 在 80℃下加热反 应， 待 GC-MS 监测反应完毕 ( 约 20 小时 )。反应后浓缩， 以石油醚做洗脱剂柱层析纯化即可 得到对溴苯甲醚， 其结构如下式所示 ：
该化合物为无色液体， 产率为 96％， 其核磁数据如下 ： 1
H NMR(300MHz， CDCl3)δ7.37(d， 2H， J ＝ 8.8Hz)， 6.78(d， 2H， J ＝ 8.8Hz)， 3.78(s， 13 3H) ； C NMR(50MHz， CDCl3)δ158.6， 132.1， 115.6， 112.7， 55.3 ；
实施例 2
2- 甲氧基 -5- 溴苯甲酸甲酯的合成
向 25mL 的 长 管 型 反 应 瓶 中 加 入 534mg(3mmol)N- 溴 代 丁 二 酰 亚 胺， 三氯化金 1mg(0.003mmol)， 加入 6mL 1， 2- 二氯乙烷溶剂， 最后再称取 498mg(3mmol)2- 甲氧基苯甲酸 甲酯， 在 80℃下反应， 待 GC-MS 监测反应完毕 ( 约 23 小时 )。反应后浓缩， 以石油醚∶乙酸 乙酯体积比为 20 ∶ 1 的洗脱剂柱层析纯化， 即可得到 2- 甲氧基 -5- 溴苯甲酸甲酯， 其结构 如下式所示 ：
该化合物为无色液体， 产率 96％， 其核磁数据如下 ： 1
H NMR(200MHz， CDCl3)δ7.90(d， 1H， J ＝ 2.6Hz)， 7.55(dd， 1H， J1 ＝ 2.6Hz， J2 ＝ 13 8.9Hz)， 6.87(d， 1H， J ＝ 8.9Hz)， 3.89(s， 6H) ；C NMR(50MHz， CDCl3)δ165.1， 158.1， 135.9， 134.1， 121.6， 113.8， 112.1， 56.1， 52.1.
实施例 3
4- 溴 -1， 2- 亚甲二氧基苯的合成
向 25mL 的 长 管 型 反 应 瓶 中 加 入 356mg(2mmol)N- 溴 代 丁 二 酰 亚 胺， 三氯化金 3mg(0.01mmol)， 加入 4mL 1， 2- 二氯乙烷溶剂， 最后再称取 244mg(2mmol)1， 2- 亚甲二氧基 苯， 在室温下反应， 待 GC-MS 监测反应完毕 ( 约 4 小时 )。反应后浓缩， 以石油醚为洗脱剂柱 层析纯化即可得到 4- 溴 -1， 2- 亚甲二氧基苯， 其结构如下式所示 ：
该化合物为无色液体， 产率 92％， 其核磁数据如下 ： 1
H NMR(200MHz， CDCl3)δ6.98 ～ 6.92(m， 2H)， 6.69(d， 1H， J ＝ 8.7Hz)， 5.97(s， 13 2H) ；CNMR(50MHz， CDCl3)δ146.9， 124.3， 113.0， 112.2， 110.3， 109.5， 101.5.
实施例 4
1- 氯 -2， 4- 二甲氧基苯的合成
向 25mL 的 长 管 型 反 应 瓶 中 加 入 134mg(1mmol)N- 氯 代 丁 二 酰 亚 胺， 三氯化金 3mg(0.01mmol)， 加入 2mL 1， 2- 二氯乙烷溶剂， 最后再称取 138mg(1mmol)1， 3- 二甲氧基苯， 在室温下反应， 待 GC-MS 监测反应完毕 ( 约 24 小时 )。反应后浓缩， 以石油醚为洗脱剂柱层 析纯化即可得到 1- 氯 -2， 4- 二甲氧基苯， 其结构如下式所示 ：
该化合物为无色液体， 产率 96％， 其核磁数据如下 ： 1
H NMR(200MHz， CDCl3)δ7.24(d， 1H， J ＝ 8.6Hz)， 6.50(d， 1H， J ＝ 2.7Hz)， 13 6.43(dd， 1H， J1 ＝ 2.7Hz， J2 ＝ 8.6Hz)， 3.87(s， 3H)， 3.79(s， 3H) ；C NMR(50MHz， CDCl3) δ159.4， 155.6， 130.0， 114.1， 105.1， 100.0， 56.0， 55.5.
实施例 5
4- 碘 -3- 甲氧基苯硼酸频那醇酯的合成
向 25mL 的 长 管 型 反 应 瓶 中 加 入 225mg(1mmol)N- 碘 代 丁 二 酰 亚 胺， 三氯化金 3mg(0.01mmol)， 加入 2mL 1， 2- 二氯乙烷溶剂， 最后再称取 234mg(1mmol)3- 甲氧基苯硼酸 频那醇酯， 在室温下反应， 待 GC-MS 监测反应完毕 ( 约 24 小时 )。反应后浓缩， 以石油醚为 洗脱剂柱层析纯化即可得到 4- 碘 -3- 甲氧基苯硼酸频那醇酯， 其结构如下式所示 ：
该化合物为淡黄色液体， 产率 92％， 其核磁数据如下 ： 1
H NMR(200MHz， CDCl3)δ7.68(d， 1H， J ＝ 8.7Hz)， 7.07(d， 1H， J ＝ 3.2Hz)， 13 6.66(dd， 1H， J1 ＝ 3.2Hz， J2 ＝ 8.7Hz)， 3.78(s， 3H)， 1.38(s， 12H) ；C NMR(50MHz， CDCl3) δ158.8， 140.1， 121.4， 118.2， 110.2， 88.8， 84.4， 55.2， 24.7.
实施例 6
1- 溴萘的合成
向 25mL 的 长 管 型 反 应 瓶 中 加 入 178mg(1mmol)N- 碘 代 丁 二 酰 亚 胺， 三氯化金 3mg(0.01mmol)， 加入 2mL 1， 2- 二氯乙烷溶剂， 最后再称取 128mg(1mmol) 萘， 在室温下反 应， 待 GC-MS 监测反应完毕 ( 约 8 小时 )。反应后浓缩， 以石油醚为洗脱剂柱层析纯化即可 得到 1- 溴萘， 其结构如下式所示 ：
该化合物为无色液体， 产率 95％， 其核磁数据如下 ： 1
H NMR(200MHz， CDCl3)δ8.23(d， 1H， J ＝ 8.1Hz)， 7.86 ～ 7.75(m， 3H)， 7.62 ～ 13 7.44(m， 2H)， 7.33 ～ 7.22(m， 1H) ； C NMR(50MHz， CDCl3)δ134.6， 131.9， 129.8， 128.2， 127.8， 127.2， 127.0， 126.6， 126.1， 122.8.
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