9-芴酮是重要的精细化学品原料,用于制备功能高分子、医药、农药、染料等。其代表性化合物 2-甲基-9-芴酮( 3) 在有机功能材料[1 -2]及医药[3 -5]领域有着重要的应用前景。目前,3 的合成方法主要有甲基芴的氧化法[6]、联苯羧酸及其衍生物的 Friedel - Crafts 环化[7]、钯或铜催化卤代二 苯 甲 酮 环 合[8 -9]及 二 苯 甲 酮 钯 催 化 脱氢[10 -11]等。方法一原料不易得,而后三种方法均需贵金属催化,成本较高。
本文以对甲苯胺和苯甲酰氯为起始原料,在缚酸剂 NEt3存在下经酰胺化反应制得 N-对甲苯基苯甲酰胺( 1) ; 1 和苯甲酰氯在路易斯酸催化下经傅克酰基化反应,再在 70% 硫酸中脱酰胺保护制得 2-氨基-5-甲基二苯甲酮( 2) ; 2 经 Pschorr环合反应合成了 3( Scheme 1) ,其结构经1H NMR和 HR-ESI-MS 确证。
该合成方法具有原料易得、操作简单、成本低等优点,为其他芴酮及其衍生物的合成提供参考。
1 实验部分
1. 1 仪器与试剂
海能 MP100 型全自动熔点仪( 温度未校正) ;WFH-203B 型三用紫外分析仪; Bruker-400MHz 型核磁共振仪( CDCl3为溶剂,TMS 为内标) ; WatersLCT Premier XE 型质谱仪。
对甲苯胺,苯甲酰氯,亚硝酸钠和铜粉,分析纯,国药集团化学试剂有限公司; 其余所用试剂均为分析纯。
1. 2 合成
( 1) 1 的合成在反应瓶中依次加入对甲苯胺 53. 58 g( 500mmol) ,三乙胺 75. 89 g( 750 mmol) 和二氯甲烷 400mL,搅拌使其溶解; 冰浴冷却至 0 ℃ ,缓慢滴加苯甲酰氯77.32 g( 550 mmol) ,滴毕,于5 ℃反应3 h.旋蒸除去二氯甲烷,加入石油醚 350 mL,过滤,滤饼分别用石油醚( 2 × 50 mL) 和乙酸乙酯( 2 × 10mL) 洗涤,加水 200 mL,搅拌 0. 5 h,过滤,滤饼干燥得白色粉末 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 的合成在反应瓶中加入 1 84. 44 g( 400 mmol) ,无水氯化锌 70. 88 g( 520 mmol) 和苯甲酰氯 84. 01 g( 600 mmol) ,搅拌下缓慢升温至160 ℃,反应1 h.
冷却至 100 ℃,用水( 4 ×200 mL) 洗涤,加入 70%硫酸 200 mL,搅拌于下 140 ℃ 反应 2 h.冷却至室温,倒入大量水中,用氨水调至 pH 8 ~10,用乙酸乙酯( 2 ×300 mL) 萃取,合并萃取液,用无水硫酸钠干燥,旋蒸除溶,剩余物用 95% 乙醇重结晶得黄色固体 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 的合成在反应瓶中依次加入水 120 mL,乙酸 120mL,硫酸 37. 80 g 和 2 40. 00 g( 190 mmol) ,搅拌使其溶解; 冷却至 0 ℃,缓慢滴加亚硝酸钠 13. 25g( 190 mmol) 水( 25 mL) 溶液,滴毕; 保温反应 1h.加入铜粉 4. 00 g,于 70 ℃ 反应 2 h( 有气体放出) .冷却至室温,用二氯甲烷( 2 × 200 mL) 萃取,合并萃取液,用无水硫酸钠干燥,旋蒸除溶后用 90%乙醇重结晶得黄色晶体 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 结果与讨论
2. 1 合成
( 1) 1 的合成1 的合成相对比较容易,反应完后直接除去溶解性较好的二氯甲烷,加入溶解性较差的石油醚,过滤后用石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂洗去未反应完的苯甲酰氯,再用水洗去三乙胺盐酸盐,干燥即得 1,收率较高。
( 2) 2 的合成在 2 的合成中,首先在路易斯催化下发生傅克酰基化反应,继而经酰胺脱保护得黏稠物,后处理较难,有两种方法可供选择。方法一: 在乙醇、二氯甲烷和乙酸乙酯等溶剂中滴加浓盐酸,使 2形成盐酸盐从有机溶剂中析出,再将盐酸盐在水中调至碱性析出 2; 方法二: 用乙醇等溶剂结晶。
方法一只有在乙酸乙酯中才能析出盐酸盐,但由于在滴加浓盐酸的过程中乙酸乙酯水解,浓盐酸稍多形成的盐酸盐固体颗粒会转化成油状于乙酸乙酯中,导致收率较低。
方法二操作简单,收率较高。本文选用方法二进行后处理。
( 3) 3 的合成2 的环合过程实际上是分子内的 Gomberg -Bachmann 反应,即 Pschorr 反应,其机理是芳胺经重氮化后重氮盐分解为自由基,然后与芳环偶联环合,主要副产物是重氮盐转化为酚。为了提高3 收率,本文对 3 的合成条件进行了优化。
增加溶剂中乙酸含量,直至用纯乙酸作溶剂,考察乙酸用量对 3 收率的影响,实验结果见表 1.
由表 1 可见,增加乙酸用量对 3 的收率提高不明显,较佳的乙酸用量为 50%.
考察不同铜催化剂对 3 收率的影响,实验结果见表 2.由表 2 可见,以氯化铜、氯化亚铜、硫酸铜和铜粉为催化剂,3 收率基本不变。选择铜粉为催化剂较佳。
考 察反应温度对3收率的影响,结果见表3.
由表 3 可见,反应温度分别为 70 ℃和 80 ℃时,3收率较高( 83%和 80%) ,高于或低于该温度区间收率均明显下降。因此较佳的反应温度为70 ℃。【1】
综上所述,合成 3 的最佳反应条件为: 以50% 乙酸水溶液为溶剂,铜粉为催化剂,反应温度为 70 ℃。
参考文献
[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] 杨慧慧。 有机小分子光电材料的合成及性能研究[D]. 苏州科技学院,2013.