反式3,6-二溴環己烯的合成及其立體結構

時恩學， 肖軍華， 裴承新

(防化研究院 第四研究所，北京 102205)

Ziegler等[1]首次報道了N-溴代琥珀酰亞胺(NBS)進行烯丙位溴化反應的方法，因其簡單高效，且溴代產物反應活性好，因而被廣泛使用，業已成為目前最為常用的烯烴α-位的鹵化反應方法[2]。

環己烯具有雙烯丙反應位點，相應的單溴代和雙溴代產物[3,6-二溴環己烯(1)和3-溴環己烯(2)]是一類重要的有機合成中間體[3]，其在立體結構的分析研究方面也具有重要的理論意義和應用價值[4]。關于1的合成方法文獻報道不多，其trans-1的立體選擇性合成的報道則更少。從文獻報道來看，無論是使用溴還是NBS，環己烯的α-溴化取代反應易生成混合物。

Dauben等[5]首次詳細研究了環己烯與NBS的反應。發現無論是過氧化物還是光催化，反應均得到了三種化合物：1， 2和1,2-二溴環己烷(4)。 2為主要反應產物，1含量在10%左右，含4量很少；但在無催化條件下，延長反應時間，2含量逐漸降低，4含量則明顯增加，1含量基本不變。Sen等[6]首次成功以環己烯與NBS反應合成了1，但對產物的立體結構未予分析確定，從其產物的PMR結果看，很可能是順反混合物。McMillen等[7]以環己烯與溴反應，得到了與Dauben等相似的結論。Han等[8]研究了以二氯甲烷和四氯化碳等比例混合溶劑中，環己烯與溴的反應情況，在不同溫度條件下得到了3,4-二溴環己烯,trans-1和cis-1的混合物。

作為常壓合成1,4-二氨甲基環己烷的關鍵中間體[9]， 1的制備方法，尤其是立體結構問題引起了我們的注意，因而進行了詳細地研究，并取得了比較理想的結果。本文報道一種新的立體選擇性合成trans-1的簡易方法(Scheme 1)，其結構經1H NMR，13C NMR, GC-MS及H-H COSY表征。

Scheme1

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

Varian Unity 500型核型共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；Finnigan Mat TSQ 70型質譜儀；Varian CP-3800型氣相色譜儀。

所用試劑均為國產化學純；四氯化碳經氫化鈣干燥處理。

1．2 1的合成

在反應瓶中加入四氯化碳30 mL，環己烯1.64 g(20 mmol)及NBS 7.48 g(42 mmol)，攪拌下回流反應30 min(體系從黃色漸變至無色)。冷卻至室溫，過濾，濾液分別用飽和亞硫酸氫鈉溶液(3×10 mL)和水(3×10 mL)洗滌，無水硫酸鎂干燥12 h。蒸除溶劑后用適量的二氯甲烷重結晶(48 h)得無色針狀晶體1 2.3 g，收率49%， m.p.108 ℃；1H NMRδ： 5.99(d,J=2.5 Hz, 2H), 4.90(s, 2H), 2.47(dt,J=11.3 Hz, 1.5 Hz, 2H), 2.16(d,J=9．0 Hz, 2H)；13C NMRδ： 130.30, 45.74, 27.70; EI-MSm/z(%)： 240[M+1, 1]， 161(26) 159(32)， 80(22)， 79(100)， 77(37)， 51(10)， 39(6)。

2 結果與討論

2．1 反應條件對溴化反應的影響

在烯丙位的溴化反應中最為常用的溴化劑是NBS，主要原因有兩個:一是NBS在反應過程中，可以維持溴自由基在一個相對非常低的濃度，避免鹵素與烯烴發生加成副反應；二是NBS可以作為縛酸劑，能將反應過程中產生的溴化氫及時捕獲[11]。

以NBS為溴化劑,CCl4為溶劑，其余反應條件同1．2，研究了加料順序、反應溫度及反應時間對溴化反應的影響，結果表明，反應主要生成了三種化合物(Scheme 1)。各因素對溴化反應的影響結果見表1。從表1反應可見，加料順序、反應溫度和反應時間對于反應產物的組成都有明顯的影響。對于加料順序，先加NBS，再滴加環己烯的方式易導致單溴代產物的生成，這可能主要是由于環己烯烯丙位的反應活性高于中間產物3-溴環己烯未取代的烯丙位，兩者反應活性差別約為2.2 ∶1．0[7]。直接混合反應方式有利于環己烯的兩個烯丙位同時反應，故而其二溴產物含量更高。

對于反應溫度，由于自由基的產生和C-H的均裂均需較高能量，所以反應溫度一般需采用回流的方式；對于反應時間，宜控制在0.5 h～1.0 h，時間太短反應不完全，過長則易導致三溴代副產物等化合物的生成。

表1 反應條件對溴化反應的影響*Table 1 Effect of reaction conditions on bromination

*A．先加NBS后滴環己烯； B．同時加入所有原料；其余反應條件同1．2

綜上所述，合成1的最佳反應條件為：環己烯、NBS和四氯化碳直接混合后，加熱回流0.5 h，收率49%。從文獻報道來看，反應一般生成順反混合產物，但本文所得產品主要為trans-1(以下將重點討論),是一種非常簡單易行的立體選擇性的合成方法。

2.2 1的立體結構分析

與環己烷不同，環己烯的優勢構象是C2對稱的半椅式(twisted)結構，扭轉角為(30±2)°[11]，半椅式構象可經過船式(bent)構象翻轉為另一半椅式構象，翻轉能壘約為10 kcal·mol-1[12]。 1分子中有兩個溴原子，存在順式和反式兩種構型，因反式構型中兩個較大的溴原子可以處于能量相對較低的假平伏鍵(pseudoequatorial,pe)位置，所以整個分子能量低于順式構型(Chart 1)。

Chart 1

合成的1經GC/MS分析后發現GC圖譜呈現為3個吸收峰(T8.479, T8.866及T8.955)。仔細分辨3個吸收峰的質譜圖，可發現其碎裂規律幾乎完全一樣，均為二溴代產物。最初推測認為可能是由于反應生成了順反兩種異構體，3個吸收峰是這種混合物的表現。然而，1的1H NMR和13C NMR譜圖分析結果表明，產品為一純品，根據化學位移和耦合常數與文獻[9]相比后發現，1H NMR和13C NMR譜圖中，無論是化學位移還是耦合常數都與文獻反式產物的相關數據非常吻合，而與文獻順式產物的相關數據差別明顯，因此可以說，本文所得產品即為反式3,6-二溴環己烯，即trans-1。那么，GC譜圖中的T8.479, T8.866應該是trans-1的構型異構體，而T8.955則很可能是cis-1。由于溴原子的引入導致trans-1的翻轉能壘大大增加，因而在色譜上其構象異構體呈現為雙峰。

δ圖1 trans-1的H-H COSY譜圖Figure 1 H-H COSY spectrum of trans-1

3 結論

以環己烯為原料，NBS為溴化試劑，在四氯化碳中回流反應30 min，立體選擇性的合成了反式3,6-二溴環己烯。對產物的1H NMR，13C NMR， GC-MS和H-H COSY譜圖的綜合分析，確定了產物的構型，并對相關構象進行了分析討論。

本文成功的合成了3,6-二溴環己烯的反式異構產物，但其順式異構體的選擇性合成無疑具有更大的挑戰性，相關構象分析也有繼續深入研究的必要和價值，這些都將在我們今后對二氨甲基環己烷類化合物的合成中得到體現。

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