鹵甲基芳烴和三鹵甲基芳烴合成研究.pdf

1、鹵甲基芳烴和三鹵甲基芳烴是一類重要的有機(jī)中間體，主要用來合成染料、農(nóng)藥、醫(yī)藥以及聚合物等。它們中尤以三氟甲基芳烴化合物更顯重要，由于它們分子結(jié)構(gòu)中含有氟原子，能明顯改善其穩(wěn)定性、脂溶性以及生物活性，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥及農(nóng)藥等領(lǐng)域，因此鹵甲基芳烴及三鹵甲基芳烴的合成研究具有實(shí)際意義。一般鹵甲基芳烴可以采用烷基苯鹵化或芐醇衍生物轉(zhuǎn)化等方法制備；而三鹵甲基芳烴可以采用芳烴的三鹵甲基化反應(yīng)或芳烴三鹵甲基的鹵交換反應(yīng)等方法制備。這些制備方法中大多

2、數(shù)方法條件苛刻、選擇性差。此外，芳環(huán)上其它取代基還會(huì)對合成反應(yīng)造成不良影響。為了克服這些障礙，本論文旨在探索關(guān)于鹵甲基芳烴及三鹵甲基芳烴合成的新方法，主要研究內(nèi)容包括以下幾方面：
　　 （1）芳烴的氯甲基化反應(yīng)研究。研制出一種新型芳烴氯甲基化反應(yīng)催化體系，該催化體系由液體Lewis酸、硫酸和醋酸組成，其催化活性可通過改變催化劑各組分配比以及硫酸濃度進(jìn)行調(diào)控，并已成功用于催化具有不同反應(yīng)活性芳烴的單氯甲基化與雙氯甲基化反應(yīng)，和傳統(tǒng)

3、方法相比較，氯甲基化反應(yīng)選擇性明顯改善，產(chǎn)率大幅度提高。該催化體系可重復(fù)使用，并且體系內(nèi)含有一定量水分，可以避免反應(yīng)過程中產(chǎn)生有毒的氯甲醚。采用這種新催化體系合成了一系列單氯甲基及雙氯甲基芳烴化合物，其中有6種化合物為新化合物。
　　 （2）三氯甲基芳烴合成研究。研究了以苯膦四氯為轉(zhuǎn)化劑或采用苯膦二氯與五氯化磷相結(jié)合，將芳酸或芳酰氯轉(zhuǎn)化為三氯甲基芳烴。對影響反應(yīng)的因素進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)連有推電子基的苯膦二氯有促進(jìn)反應(yīng)的作用，而連有

4、吸電子基團(tuán)則減緩反應(yīng)的進(jìn)行；反應(yīng)底物 (芳酸或芳酰氯)的結(jié)構(gòu)效應(yīng)則相反，即連有吸電子基的芳酸有利于反應(yīng)，而連有推電子基團(tuán)則減緩反應(yīng)的進(jìn)行。此外，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)中生成的苯膦酰二氯可作為催化劑重復(fù)使用，并對轉(zhuǎn)化反應(yīng)的條件進(jìn)行了改進(jìn)與優(yōu)化，合成出9個(gè)三氯甲基芳烴，其中2個(gè)是未見文獻(xiàn)報(bào)道的新化合物。詳細(xì)研究了由芳酸轉(zhuǎn)化為三氯甲基芳烴的反應(yīng)機(jī)理，證實(shí)了芳酸與苯膦酰二氯/五氯化磷反應(yīng)生成三氯甲基芳烴的機(jī)制。
　　 （3）溴甲基芳烴合成研究。首次采

5、用甲基芳烴與三溴化硼反應(yīng)合成溴甲基芳烴，成功實(shí)現(xiàn)了甲基芳烴的非自由基溴化反應(yīng)。采用該方法合成了系列溴甲基芳烴，發(fā)現(xiàn)當(dāng)芳環(huán)上帶有吸電子取代基時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率較低；而帶有推電子基團(tuán)時(shí)，產(chǎn)率較高。此外，還發(fā)現(xiàn)溶劑化能力弱的溶劑對反應(yīng)有利，而溶劑化能力較強(qiáng)的溶劑因能降低親電試劑的反應(yīng)活性，對反應(yīng)不利。對于該反應(yīng)歷程，可能是兩分子三溴化硼先發(fā)生作用，形成BBr2＋陽離子和BBr4－陰離子，隨后陽離子BBr2＋進(jìn)攻甲苯衍生物的甲基，形成一碳陽離子中間體

6、，該中間體繼續(xù)和陰離子BBr4－作用，形成芐溴衍生物產(chǎn)物和HBBr2，并釋放一分子BBr3。
　　 （4）三溴甲基芳烴合成研究。提出了一種以三氯甲基芳烴為原料合成三溴甲基芳烴的新方法，該方法是基于三氯甲基芳烴與三溴化硼在室溫條件下發(fā)生的親電氯-溴交換反應(yīng)，具有條件溫和、選擇性及收率高等特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)芳環(huán)上取代基的位阻效應(yīng)對三氯甲基芳烴的氯-溴交換反應(yīng)有很大影響，和對位帶有取代基的底物相比，鄰位取代底物的反應(yīng)產(chǎn)率大幅度降低。采用此

7、方法合成了系列三溴甲基芳烴化合物，其中4,4′-二(三溴甲基)聯(lián)苯、4-溴甲基-1-(三溴甲基)苯、2-氟-1-(三溴甲基)苯、2-溴-1-(三溴甲基)苯為新化合物。此外，對三氯甲基芳烴與三溴化硼間的氯-溴交換反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究，其可能反應(yīng)歷程是三溴化硼作為親電試劑首先進(jìn)攻三氯甲基芳烴上的氯，形成二氯甲基芳烴碳正離子與三溴一氯化硼負(fù)離子絡(luò)合物，接著絡(luò)合物上的溴發(fā)生分子內(nèi)轉(zhuǎn)移，形成一溴二氯甲基芳烴和二溴一氯化硼。二者繼續(xù)反應(yīng)形成新絡(luò)合物，

8、隨之進(jìn)行氯-溴交換反應(yīng)，直到生成三溴甲基芳烴和三氯化硼。
　　 （5）三氟甲基芳烴合成研究。發(fā)現(xiàn)了一種新的氟交換試劑HF-PhPF4，該氟交換試劑可以在較溫和條件下將三氯甲基芳烴轉(zhuǎn)化為三氟甲基芳烴。并在此基礎(chǔ)上探索出以芳酸為原料經(jīng)“一鍋法”合成三氟甲基芳烴的新工藝，在芳酸三氯甲基化反應(yīng)后，無需分離、提純，即可直接進(jìn)行氯氟交換反應(yīng)合成三氟甲基芳烴。研究了“一鍋法”合成三氟甲基芳烴的可能反應(yīng)歷程，首先芳酸經(jīng)五氯化磷轉(zhuǎn)化為芳酰氯，同時(shí)