劉海洪，王一飛，彭麗亞，劉苗青，舒立金*，章連眾*

（1.浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與材料學(xué)院，浙江 杭州 310014；2.杭州師范大學(xué)有機(jī)硅化學(xué)及材料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012）

芳烴的溴代反應(yīng)是有機(jī)化學(xué)中的一個(gè)重要反應(yīng)，也是很多化學(xué)合成的基礎(chǔ)反應(yīng)。近年來(lái)，隨著溴代芳烴在天然產(chǎn)物、藥物化學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)品、光電和有機(jī)納米材料合成中的廣泛應(yīng)用，芳烴的溴代已受到日益重視。例如在大環(huán)超分子化合物合成中，往往會(huì)選擇一種芳香族化合物作為底物，用溴代劑取代環(huán)α 或β 位置上的氫，再用其它化合物和環(huán)上溴進(jìn)行一些列的反應(yīng)，最終合成所設(shè)計(jì)的大環(huán)超分子。由此可見溴代反應(yīng)在一些合成反應(yīng)中占據(jù)著基礎(chǔ)而又十分重要的位置。對(duì)于芳烴的溴代，常用的溴代劑主要有：液溴、N-溴代丁二酰亞胺(NBS)、溴合二氧六環(huán)和5，5-二溴丙二酸亞異丙酯等[1]。其中NBS 溴代劑，因其容易操作、反應(yīng)溫和、無(wú)腐蝕性酸、堿副產(chǎn)物產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)，已在三溴代反應(yīng)中得到重視。

本文將重點(diǎn)介紹以N-溴代丁二酰亞胺(NBS)試劑為溴代劑，4-二乙胺基苯甲醛和4-二甲氨基苯甲醛兩種含叔氨基功能團(tuán)苯環(huán)為原料，使用單因素法考察原料比、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、溶劑等工藝條件對(duì)苯環(huán)上H 溴代的影響，同時(shí)對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行1H-NMR、13C-NMR 和GC-MS 表征。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑及儀器

4-二乙胺基苯甲醛，純度為98%，阿拉?。?-二甲胺基苯甲醛，純度為99%，上海強(qiáng)順化學(xué)試劑有限公司；N-溴代丁二酰亞胺(NBS)，純度為99%，阿拉?。?,4-二氧六環(huán)，純度99.5%，上海強(qiáng)順化學(xué)試劑有限公司；乙腈，純度99%，上海強(qiáng)順化學(xué)試劑有限公司；N,N-二甲基甲酰胺（DMF），純度99.5%，江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司；二氯甲烷，純度99.5%，江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 4-二乙胺基苯甲醛溴代

4-二乙胺苯甲醛和NBS 反應(yīng)表示如下：

在100 mL 單口瓶中，加入1 g（5.6 mmol）4-二乙胺基苯甲醛（1）和5 mL DMF 攪拌使原料1溶解。稱取2.41 g（13.5 mmol）NBS 溶解于10 mL DMF 中。在冰水浴條件下，將NBS 溶液緩慢滴加到1 溶液中，滴加完后撤去冰水浴，在室溫條件下繼續(xù)攪拌4 h[3]。反應(yīng)過(guò)程中溶液由灰青色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色，最終變成深紅色。反應(yīng)結(jié)束后，將單口瓶中的溶液加入100 mL 的分液漏斗中，加入15 mL H2O 和5 mL CH2Cl2萃取，分出有機(jī)層，漏斗中水層再加入5 mL CH2Cl2萃取一次。合并兩次萃取的有機(jī)層，分別用10 mL 水洗一次，飽和食鹽水（10 mL/次）洗三次。將 洗后的有機(jī)層 用無(wú)水MgSO4干燥4 h。以石油醚：乙酸乙酯（1：1，v/v）為淋洗劑柱層析得0.35 g（收率20%）白色晶體2，0.43 g（收率30%）黃色油狀物3，0.51 g（收率40%）黃色油狀物4。

在100 mL 單口瓶中，加入1 g（3.9 mmol）化合物3 和5 mL DMF 攪拌使化合物3 溶解。稱取0.83 g（4.7 mmol）NBS 溶解于5 mL DMF 中。在冰水浴條件下，將NBS 溶液緩慢滴加到3 溶液中，滴加完后撤去冰水浴，在室溫條件下繼續(xù)攪拌4 h[3]。反應(yīng)過(guò)程中溶液由黃色變成深紅色。反應(yīng)結(jié)束后，將單口瓶中的溶液加入100 mL 分液漏斗中，加入15 mL H2O 和5 mL CH2Cl2萃取，分出有機(jī)層，漏斗中水層再加入5 mL CH2Cl2萃取一次。合并兩次萃取的有機(jī)層，用10 mL 水洗一次，再用飽和食鹽水（10 mL/次）洗三次。將洗后的溶液用無(wú)水MgSO4干燥4 h。最后用石油醚：乙酸乙酯（25：1，v/v）為淋洗劑柱層析得0.67 g（收率75%）黃色油狀物4。

在100 mL 單口瓶中，加入1 g（4.4 mmol）化合物4 和5 mL DMF 攪拌使化合物4 溶解。稱取0.94 g（5.3 mmol）NBS 溶解于5 mL DMF 中。在冰水浴條件下，將NBS 溶液緩慢滴加到4 溶液中，滴加完后撤去冰水浴，在室溫條件下繼續(xù)攪拌4 h[3]。反應(yīng)過(guò)程中溶液由黃色變成深紅色。反應(yīng)結(jié)束后，將單口瓶中的溶液加入100 mL 分液漏斗中，向分液漏斗中加入15 mL H2O 和5 mL CH2Cl2萃取，漏斗中水層再用5 mL CH2Cl2萃取一次。合并兩次萃取的有機(jī)層，用10 mL 水洗一次，再用飽和食鹽水（10 mL/次）洗三次。將洗后的溶液用無(wú)水MgSO4干燥4 h。最后用石油醚：乙酸乙酯（25：1，v/v）為淋洗劑柱層析得1.08 g（收率80%）白色晶體2。

1.2.2 4-二甲氨基苯甲醛的溴代

4-二甲胺基苯甲醛和NBS 反應(yīng)表示如下：

在100 mL 單口瓶中，加入1 g（6.7 mmol）4-二甲氨基苯甲醛（5）和5 mL DMF 攪拌使原料5溶解。稱取2.86 g（16.1 mmol）NBS 溶解于10 mL DMF 中。在冰水浴條件，將NBS 溶液緩慢滴加到5 溶液中，滴加完后撤去冰水浴，在室溫條件下繼續(xù)攪拌4 h[3]。反應(yīng)過(guò)程中溶液由黃色變成深紅色。反應(yīng)結(jié)束后，將單口瓶中的溶液加入100 mL分液漏斗中，向分液漏斗中加入15 mL H2O 和5 mL CH2Cl2萃取，分出有機(jī)層，漏斗中水層再用5 mL CH2Cl2萃取一次。合并兩次萃取的有機(jī)層，用10 mL 水洗一次，再用飽和食鹽水（10 mL/次）洗三次。將洗后的溶液用無(wú)水MgSO4干燥4 h。最后用石油醚：乙酸乙酯（100：3，v/v）為淋洗劑柱層析得0.62 g（收率30%）黃色油狀物6，0.57 g（收率29%）白色晶體7，0.43 g（收率28%）黃色油狀物8。

在100 mL 單口瓶中，加入1 g（4.4 mmol）化合物8 和5 mL DMF 加入單口瓶中攪拌使化合物8 溶解。稱取0.94 g（5.3 mmol）NBS 溶解于10 mL DMF 中。在冰水浴條件下，將NBS 溶液緩慢滴加到8 溶液中，滴加完后撤去冰水浴，將反應(yīng)在室溫條件下繼續(xù)攪拌4 h[3]。反應(yīng)過(guò)程中溶液由黃色變成深紅色。反應(yīng)結(jié)束后，將單口瓶中的溶液加入100 mL 分液漏斗中，向分液漏斗中加入15 mL H2O 和5 mL CH2Cl2萃取，分出有機(jī)層，漏斗中水層再用5 mL CH2Cl2萃取一次。合并兩次萃取的有機(jī)層，用10 mL 水洗一次，再用飽和食鹽水（10 mL/次）洗三次。將洗后的溶液用無(wú)水MgSO4干燥4 h。最后用石油醚：乙酸乙酯（100：3，v/v）為淋洗劑柱層析得0.47 g（收率35%）黃色油狀物6，0.39 g（收率30%）白色晶體7。

1.3 產(chǎn)物的表征

1.3.1 產(chǎn)物的核磁共振和GC-MS 表征

產(chǎn)物2：1H-NMR(400 MHz，CDCl3) δ 9.62 (s)，7.88(s)，7.62(d,J=7.7 Hz)，6.58(d，J=8.1 Hz)，4.90(s)，4.90(s)，3.23(d，J=4.8 Hz)，1.29(s)。13C-NMR(101 MHz，CDCl3) δ 189.80～184.77 (m)，151.20～146.54(m)，134.53 (s)，130.62～127.61 (m)，114.32～109.66(m)，42.27(d，J=18.2 Hz)，17.96～14.65(m)。Mass：m/z 307.0。

產(chǎn)物3：1H-NMR(400 MHz，CDCl3) δ 9.79 (s)，8.02(s)，7.69(d，J=7.5 Hz)，7.06(d，J=7.9 Hz)，3.24(d，J=5.1 Hz)，1.07 (s)。13C-NMR (101 MHz，CDCl3) δ 189.74(s)，155.05(s)，135.95(s),131.23(s)，129.25(s)，122.19(s)，119.21(s)，45.95(s)，12.37(s)。Mass:m/z 257.0。

產(chǎn)物4：1H-NMR(400 MHz，CDCl3) δ 9.62 (s)，7.88(s)，7.62(d，J=7.7 Hz)，6.58(d，J=8.1 Hz)，4.90(s)，3.23(d，J=4.8 Hz)，1.29(s)。13C-NMR(101 MHz，CDCl3) δ 189.08(s)，149.57(s)，133.99(s)，131.66(s)，126.64(s)，109.78(s)，109.18(s)，38.14(s)，14.34(s)。Mass:m/z 227.0。

產(chǎn)物6：1H-NMR (400 MHz，CDCl3) δ 9.79 (s,32H)，7.96(s，60 H)，2.93(s，186 H)。13C-NMR(101 MHz，CDCl3) δ 188.52 (s)，154.15 (d，J=8.6 Hz)，134.27(s)，133.94(s)，124.84(d，J=9.8 Hz)，77.35(d，J=11.7 Hz)，77.09(s)，76.70(d，J=14.4 Hz)，42.31(s)。Mass:m/z 305.9。

產(chǎn)物7：1H-NMR (400 MHz，CDCl3) δ 9.60 (s，25H)，7.82(s，49H)，4.74(s，1H)，3.19(s，75H)。13CNMR (101 MHz，CDCl3)δ 187.88 (s)，149.73 (s)，134.80 (s)，129.20 (d，J=24.4 Hz)，111.22(s)，34.89(s)。Mass:m/z 292.9。

產(chǎn)物8：1H-NMR (400 MHz，CDCl3) δ 9.73(s，76 H)，7.94(s，70 H)，7.65(d，J=8.3 Hz，77 H)，6.99(d，J=8.4 Hz，79 H)，2.87 (s，486 H)。13C-NMR(101 MHz，CDCl3) δ 189.53 (s)，156.77 (s)，135.80(s)，130.92(s)，129.95(s)，119.38(s)，115.68(d，J=152.4 Hz)，43.40(s)。Mass:m/z 228.0。

1.3.2 產(chǎn)物的紅外譜表征

圖1 中1、2、3、4 分別為4-二乙氨基苯甲醛溴代反應(yīng)中物質(zhì)1、物質(zhì)2、物質(zhì)3、物質(zhì)4 的紅外譜圖，圖2 中5、6、7、8 分別為4-二甲氨基苯甲醛溴代反應(yīng)原料中物質(zhì)5、物質(zhì)6、物質(zhì)7、物質(zhì)8 的紅外譜圖。可以清晰看出，圖1 中產(chǎn)物2、產(chǎn)物4和圖2 中產(chǎn)物7 在3400 cm-1左右的吸收峰，那是產(chǎn)物中由于乙胺基和甲氨基掉了烷基鏈形成仲氨基的特征峰。

圖1 化合物1 溴代反應(yīng)中各化合物的紅外譜圖Fig.1 The IR spectra of each substance in Compounds 1 bromination

圖2 化合物5 溴代反應(yīng)中各化合物的紅外譜圖Fig.2 The IR spectra of each substance in Compounds 5 bromination

1.3.3 熔點(diǎn)

用自動(dòng)熔點(diǎn)儀測(cè)得固體產(chǎn)物2 的熔點(diǎn)為45 ℃，產(chǎn)物7 的熔點(diǎn)為72.5 ℃。

2 結(jié)果和討論

由于實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)斷乙基或甲基產(chǎn)物的現(xiàn)象，這些產(chǎn)物的出現(xiàn)不僅造成原料的浪費(fèi)，后處理麻煩，同時(shí)這些新產(chǎn)物可以用到新物質(zhì)的合成中，而各主要產(chǎn)物的收率也比較低，有必要對(duì)這些產(chǎn)物在不同條件下的收率進(jìn)行研究討論。本文將使用單因素的方法考察不同原料比、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、溶劑等對(duì)各產(chǎn)物收率的影響。

2.1 4-二乙胺基苯甲醛與NBS 反應(yīng)

2.1.1 投料比對(duì)反應(yīng)的影響

表1 為4-二乙胺基苯甲醛和NBS 在室溫條件下，反應(yīng)時(shí)間為4 h，溶劑都為DMF，投料比（4-二乙胺基苯甲醛：NBS）分別為1：1.2、1：2.4、1：3、1：4 的條件下各產(chǎn)物收率的變化。

表1 投料比對(duì)收率的影響Table 1 Effect of feed ratio on the yield

為了使原料充分反應(yīng)，得到更多的產(chǎn)物2，需要NBS 過(guò)量。隨著NBS 量的增加，投料比為1：2.4 時(shí)，產(chǎn)物的收率不再隨著投料比增大而增加。同時(shí)NBS 量越大，用來(lái)溶解NBS 的DMF 溶劑量也會(huì)增加，這樣后處理難度增加，產(chǎn)物的收率在一定程度上減少，因此取投料比1：2.4 最佳。如果目標(biāo)產(chǎn)物是化合物3，則取投料比1：1.2 最佳。

2.1.2 反應(yīng)時(shí)間的影響

表2 為4-二乙胺基苯甲醛和NBS 在室溫條件下，投料比為1：2.4，溶劑都為DMF，反應(yīng)時(shí)間分別為1 h、2 h、3 h、4 h 和5 h 的條件下各產(chǎn)物收率的變化[4]。

表2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)收率的影響Table 2 Effect of reaction time on the yield

表2 可以看出，反應(yīng)時(shí)間4 h 時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)物2的收率最高，并且不再隨著反應(yīng)時(shí)間而變化，因此取反應(yīng)時(shí)間4 h 為最佳。如果目標(biāo)產(chǎn)物為化合物3，則反應(yīng)時(shí)間為2 h 最佳。

2.1.3 反應(yīng)溫度的影響

表3 為4-二乙胺基苯甲醛和NBS 在投料比為1：2.4，反應(yīng)時(shí)間為4 h，溶劑都為DMF 條件下，反應(yīng)溫度分別為10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃時(shí)各產(chǎn)物收率的變化。

表3 反應(yīng)溫度對(duì)收率的影響Table 3 Effect of reaction temperature on the yield

由表3 可知，反應(yīng)溫度基本上不影響產(chǎn)物的收率，考慮實(shí)驗(yàn)操作方便，選擇反應(yīng)在室溫下進(jìn)行。

2.1.4 反應(yīng)溶劑的影響

表4 為4-二乙胺基苯甲醛和NBS 在室溫條件下，反應(yīng)時(shí)間為3 h，投料比為1：2.4，溶劑分別為DMF、乙腈、甲醇、1,4-二氧六環(huán)的條件下各產(chǎn)物收率的變化。

表4 反應(yīng)溶劑對(duì)收率的影響Table 4 Effect of reaction solvent on the yield

由表4 可知，在DMF 溶劑中，目標(biāo)產(chǎn)物2 的收率最高，因此選擇DMF 為反應(yīng)溶劑最佳。如果目標(biāo)產(chǎn)物是化合物3，選擇1，4-二氧六環(huán)為反應(yīng)溶劑最佳。

2.2 4-二甲胺基苯甲醛與NBS 反應(yīng)

2.2.1 投料比對(duì)反應(yīng)的影響

表5 為4-二甲胺基苯甲醛和NBS 在室溫條件下，反應(yīng)時(shí)間為3 h，溶劑都為DMF，投料比（4-二乙胺基苯甲醛：NBS）分別為1：1.2、1：2.4、1：3、1：4 的條件下各產(chǎn)物收率的變化。

表5 投料比對(duì)收率的影響Table 5 Effect of feed ratio on the yield

表5 表明，目標(biāo)產(chǎn)物6、7 的收率在投料比1：2.4 時(shí)達(dá)到最大，并不再隨投料比的增加而增大，因此取投料比1：2.4 為最佳。如果目標(biāo)產(chǎn)物為化合物8，取投料比1：1.2 為最佳。

2.2.2 反應(yīng)時(shí)間的影響

表6 為4-二甲胺基苯甲醛和NBS 在室溫條件下，投料比為1：2.4，溶劑都為DMF，反應(yīng)時(shí)間分別為1 h、2 h、3 h、4 h 的條件下各產(chǎn)物收率的變化。

表6 反應(yīng)時(shí)間對(duì)收率的影響Table 6 Effect of reaction time on the yield

表6 表明，產(chǎn)物6、7 收率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而增大，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到3 h 時(shí)，產(chǎn)物的收率最大，不再隨時(shí)間的增加而增大，因此取反應(yīng)時(shí)間3 h 為最佳。如果目標(biāo)產(chǎn)物是化合物8，則反應(yīng)時(shí)間選擇2 h 最佳。

2.2.3 反應(yīng)溫度的影響

表7 為4-二甲胺基苯甲醛和NBS 在投料比為1：2.4，反應(yīng)時(shí)間為3 h，溶劑都為DMF 條件下，反應(yīng)溫度分別為20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃的條件下各產(chǎn)物收率的變化。

表7 反應(yīng)溫度對(duì)收率的影響Table 7 Effect of reaction temperature on the yield

表7 表明，反應(yīng)溫度對(duì)各產(chǎn)物收率基本上不影響，為了實(shí)驗(yàn)操作方便，反應(yīng)在室溫下進(jìn)行。

2.2.4 反應(yīng)溶劑的影響

表8 為4-二甲胺基苯甲醛和NBS 在室溫條件，反應(yīng)時(shí)間為3 h，投料比為1：2.4，溶劑分別為DMF、乙腈、甲醇、1,4-二氧六環(huán)的條件下各產(chǎn)物收率的變化。

表8 反應(yīng)溶劑對(duì)收率的影響Table 8 Effect of reaction solvent on the yield

由表8 可知，在DMF 溶劑中，目標(biāo)產(chǎn)物6、7的收率最高，因此DMF 為反應(yīng)溶劑最佳。

3 結(jié)論

本文對(duì)4-二乙胺基苯甲醛和4-二甲氨基苯甲醛兩種含叔氨基苯環(huán)的溴代反應(yīng)進(jìn)行研究，用單因素法考察了原料比、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、溶劑等工藝條件對(duì)苯環(huán)上H 溴代的影響。實(shí)驗(yàn)表明，4-二乙胺基苯甲醛和4-二甲氨基苯甲醛在溴代時(shí)都存在叔氨基掉烷基鏈的現(xiàn)象，這可能是因?yàn)殇宕磻?yīng)時(shí)甲氨基和乙氨基的位阻效應(yīng)造成的，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[5]，位阻小的官能團(tuán)（如氨基，羥基等）沒有出現(xiàn)這樣現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)中4-二甲氨基苯甲醛溴代反應(yīng)可以得到部分3,5-二溴-4-二甲氨基苯甲醛（6）產(chǎn)物，表明在溴代時(shí)乙胺基比甲氨基更易掉烷基鏈，這也是由于乙基比甲基的位阻大的原因造成的。同時(shí)，對(duì)該溴代反應(yīng)研究表明，在室溫條件下，用DMF 做溶劑，投料比為1：2.4 時(shí)，兩種原料的溴代反應(yīng)收率最佳，但與文獻(xiàn)報(bào)道的其他溴代反應(yīng)相比較，得到上兩個(gè)溴的產(chǎn)物收率都比較低，需要進(jìn)行二次溴代。如果以產(chǎn)物3 為目標(biāo)產(chǎn)物，則選擇1,4-二氧六環(huán)為溶劑，目標(biāo)產(chǎn)物的收率更高，同時(shí)后處理更方便。

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