9-芴酮是重要的精細化學品原料,用于制備功能高分子、醫藥、農藥、染料等。其代表性化合物 2-甲基-9-芴酮( 3) 在有機功能材料[1 -2]及醫藥[3 -5]領域有著重要的應用前景。目前,3 的合成方法主要有甲基芴的氧化法[6]、聯苯羧酸及其衍生物的 Friedel - Crafts 環化[7]、鈀或銅催化鹵代二 苯 甲 酮 環 合[8 -9]及 二 苯 甲 酮 鈀 催 化 脫氫[10 -11]等。方法一原料不易得,而后三種方法均需貴金屬催化,成本較高。
本文以對甲苯胺和苯甲酰氯為起始原料,在縛酸劑 NEt3存在下經酰胺化反應制得 N-對甲苯基苯甲酰胺( 1) ; 1 和苯甲酰氯在路易斯酸催化下經傅克?;磻?,再在 70% 硫酸中脫酰胺保護制得 2-氨基-5-甲基二苯甲酮( 2) ; 2 經 Pschorr環合反應合成了 3( Scheme 1) ,其結構經1H NMR和 HR-ESI-MS 確證。
該合成方法具有原料易得、操作簡單、成本低等優點,為其他芴酮及其衍生物的合成提供參考。
1 實驗部分
1. 1 儀器與試劑
海能 MP100 型全自動熔點儀( 溫度未校正) ;WFH-203B 型三用紫外分析儀; Bruker-400MHz 型核磁共振儀( CDCl3為溶劑,TMS 為內標) ; WatersLCT Premier XE 型質譜儀。
對甲苯胺,苯甲酰氯,亞硝酸鈉和銅粉,分析純,國藥集團化學試劑有限公司; 其余所用試劑均為分析純。
1. 2 合成
( 1) 1 的合成在反應瓶中依次加入對甲苯胺 53. 58 g( 500mmol) ,三乙胺 75. 89 g( 750 mmol) 和二氯甲烷 400mL,攪拌使其溶解; 冰浴冷卻至 0 ℃ ,緩慢滴加苯甲酰氯77.32 g( 550 mmol) ,滴畢,于5 ℃反應3 h.旋蒸除去二氯甲烷,加入石油醚 350 mL,過濾,濾餅分別用石油醚( 2 × 50 mL) 和乙酸乙酯( 2 × 10mL) 洗滌,加水 200 mL,攪拌 0. 5 h,過濾,濾餅干燥得白色粉末 1 99. 22 g,收率 94%,m. p. 154 ℃ ~156 ℃ ( 154 ℃ ~ 157 ℃[12]) ;1H NMR δ: 7. 87( d,J = 7. 3 Hz,2H) ,7. 76( s,1H) ,7. 57 ~ 7. 47( m,5H) ,7. 18( d,J = 8. 1 Hz,2H) ,2. 35( s,3H) .
( 2) 2 的合成在反應瓶中加入 1 84. 44 g( 400 mmol) ,無水氯化鋅 70. 88 g( 520 mmol) 和苯甲酰氯 84. 01 g( 600 mmol) ,攪拌下緩慢升溫至160 ℃,反應1 h.
冷卻至 100 ℃,用水( 4 ×200 mL) 洗滌,加入 70%硫酸 200 mL,攪拌于下 140 ℃ 反應 2 h.冷卻至室溫,倒入大量水中,用氨水調至 pH 8 ~10,用乙酸乙酯( 2 ×300 mL) 萃取,合并萃取液,用無水硫酸鈉干燥,旋蒸除溶,剩余物用 95% 乙醇重結晶得黃色固體 2 69. 41 g,收率 82%,m. p. 66 ℃ ~67 ℃ ( 65 ℃ ~ 66 ℃[13]) ;1H NMR δ: 7. 64 ( d,J = 6. 8 Hz,2H) ,7. 54( t,J = 6. 8 Hz,1H) ,7. 47( t,J = 6. 8 Hz,2H) ,7. 23( s,1H) ,7. 13( d,J = 8. 0 Hz,1H) ,6. 68 ( d,J = 8. 0 Hz,1H) ,5. 91( s,2H) ,2. 18( s,3H) .
( 3) 3 的合成在反應瓶中依次加入水 120 mL,乙酸 120mL,硫酸 37. 80 g 和 2 40. 00 g( 190 mmol) ,攪拌使其溶解; 冷卻至 0 ℃,緩慢滴加亞硝酸鈉 13. 25g( 190 mmol) 水( 25 mL) 溶液,滴畢; 保溫反應 1h.加入銅粉 4. 00 g,于 70 ℃ 反應 2 h( 有氣體放出) .冷卻至室溫,用二氯甲烷( 2 × 200 mL) 萃取,合并萃取液,用無水硫酸鈉干燥,旋蒸除溶后用 90%乙醇重結晶得黃色晶體 3 30. 04 g,收率83% ,m. p. 90 ℃ ~ 91 ℃ ( 91 ℃ ~ 92 ℃[14]) ;1H NMR ( DMSO-d6) δ: 7. 74 ( d,J = 7. 6 Hz,1H) ,7. 68( d,J = 7. 7 Hz,1H) ,7. 59( t,J = 7. 6Hz,2H) ,7. 42 ( d,J = 7. 4 Hz,2H) ,7. 34 ( t,J = 7. 4 Hz,1H ) ,2. 35 ( s,3H ) ; HR-ESI-MSm / z: Calcd for C14H10O{ [M + H]+} 195. 081 0,found 195. 079 3.
2 結果與討論
2. 1 合成
( 1) 1 的合成1 的合成相對比較容易,反應完后直接除去溶解性較好的二氯甲烷,加入溶解性較差的石油醚,過濾后用石油醚和乙酸乙酯的混合溶劑洗去未反應完的苯甲酰氯,再用水洗去三乙胺鹽酸鹽,干燥即得 1,收率較高。
( 2) 2 的合成在 2 的合成中,首先在路易斯催化下發生傅克?;磻?,繼而經酰胺脫保護得黏稠物,后處理較難,有兩種方法可供選擇。方法一: 在乙醇、二氯甲烷和乙酸乙酯等溶劑中滴加濃鹽酸,使 2形成鹽酸鹽從有機溶劑中析出,再將鹽酸鹽在水中調至堿性析出 2; 方法二: 用乙醇等溶劑結晶。
方法一只有在乙酸乙酯中才能析出鹽酸鹽,但由于在滴加濃鹽酸的過程中乙酸乙酯水解,濃鹽酸稍多形成的鹽酸鹽固體顆粒會轉化成油狀于乙酸乙酯中,導致收率較低。
方法二操作簡單,收率較高。本文選用方法二進行后處理。
( 3) 3 的合成2 的環合過程實際上是分子內的 Gomberg -Bachmann 反應,即 Pschorr 反應,其機理是芳胺經重氮化后重氮鹽分解為自由基,然后與芳環偶聯環合,主要副產物是重氮鹽轉化為酚。為了提高3 收率,本文對 3 的合成條件進行了優化。
增加溶劑中乙酸含量,直至用純乙酸作溶劑,考察乙酸用量對 3 收率的影響,實驗結果見表 1.
由表 1 可見,增加乙酸用量對 3 的收率提高不明顯,較佳的乙酸用量為 50%.
考察不同銅催化劑對 3 收率的影響,實驗結果見表 2.由表 2 可見,以氯化銅、氯化亞銅、硫酸銅和銅粉為催化劑,3 收率基本不變。選擇銅粉為催化劑較佳。
考 察反應溫度對3收率的影響,結果見表3.
由表 3 可見,反應溫度分別為 70 ℃和 80 ℃時,3收率較高( 83%和 80%) ,高于或低于該溫度區間收率均明顯下降。因此較佳的反應溫度為70 ℃?!?】
綜上所述,合成 3 的最佳反應條件為: 以50% 乙酸水溶液為溶劑,銅粉為催化劑,反應溫度為 70 ℃。
參考文獻
[1] Bergmann E D,Berthier G,Fischer E. Fulvenes andthermochromicethylenes. ⅩⅧ。Synthesis,ultraviolet spec-tra,and dipole moments of certain Δ9,9'-bifluorene[J].Bulletin de la SocieteChimique de France,1952,78 - 83.
[2] 楊慧慧。 有機小分子光電材料的合成及性能研究[D]. 蘇州科技學院,2013.