4-二乙（甲）胺基苯甲醛溴代反應研究

劉海洪，王一飛，彭麗亞，劉苗青，舒立金*，章連眾*

（1.浙江工業(yè)大學化學工程與材料學院，浙江 杭州 310014；2.杭州師范大學有機硅化學及材料技術教育部重點實驗室，浙江 杭州 310012）

芳烴的溴代反應是有機化學中的一個重要反應，也是很多化學合成的基礎反應。近年來，隨著溴代芳烴在天然產物、藥物化學、農業(yè)化學品、光電和有機納米材料合成中的廣泛應用，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)上溴進行一些列的反應，最終合成所設計的大環(huán)超分子。由此可見溴代反應在一些合成反應中占據著基礎而又十分重要的位置。對于芳烴的溴代，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、反應溫和、無腐蝕性酸、堿副產物產生等優(yōu)點，已在三溴代反應中得到重視。

本文將重點介紹以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苯環(huán)為原料，使用單因素法考察原料比、反應時間、反應溫度、溶劑等工藝條件對苯環(huán)上H 溴代的影響，同時對產物進行1H-NMR、13C-NMR 和GC-MS 表征。

1 實驗部分

1.1 主要試劑及儀器

4-二乙胺基苯甲醛，純度為98%，阿拉丁；4-二甲胺基苯甲醛，純度為99%，上海強順化學試劑有限公司；N-溴代丁二酰亞胺(NBS)，純度為99%，阿拉丁；1,4-二氧六環(huán)，純度99.5%，上海強順化學試劑有限公司；乙腈，純度99%，上海強順化學試劑有限公司；N,N-二甲基甲酰胺（DMF），純度99.5%，江蘇強盛功能化學股份有限公司；二氯甲烷，純度99.5%，江蘇強盛功能化學股份有限公司。

1.2 實驗方法

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]。反應過程中溶液由灰青色轉變?yōu)辄S色，最終變成深紅色。反應結束后，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 洗后的有機層 用無水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]。反應過程中溶液由黃色變成深紅色。反應結束后，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]。反應過程中溶液由黃色變成深紅色。反應結束后，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]。反應過程中溶液由黃色變成深紅色。反應結束后，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，分出有機層，漏斗中水層再用5 mL CH2Cl2萃取一次。合并兩次萃取的有機層，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，將反應在室溫條件下繼續(xù)攪拌4 h[3]。反應過程中溶液由黃色變成深紅色。反應結束后，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，分出有機層，漏斗中水層再用5 mL CH2Cl2萃取一次。合并兩次萃取的有機層，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 產物的表征

1.3.1 產物的核磁共振和GC-MS 表征

產物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中物質1、物質2、物質3、物質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原料中物質5、物質6、物質7、物質8 的紅外譜圖。可以清晰看出，圖1 中產物2、產物4和圖2 中產物7 在3400 cm-1左右的吸收峰，那是產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

用自動熔點儀測得固體產物2 的熔點為45 ℃，產物7 的熔點為72.5 ℃。

2 結果和討論

由于實驗中出現斷乙基或甲基產物的現象，這些產物的出現不僅造成原料的浪費，后處理麻煩，同時這些新產物可以用到新物質的合成中，而各主要產物的收率也比較低，有必要對這些產物在不同條件下的收率進行研究討論。本文將使用單因素的方法考察不同原料比、反應時間、反應溫度、溶劑等對各產物收率的影響。

2.1 4-二乙胺基苯甲醛與NBS 反應

2.1.1 投料比對反應的影響

表1 為4-二乙胺基苯甲醛和NBS 在室溫條件下，反應時間為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 的條件下各產物收率的變化。

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

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

2.1.2 反應時間的影響

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，反應時間分別為1 h、2 h、3 h、4 h 和5 h 的條件下各產物收率的變化[4]。

表2 反應時間對收率的影響Table 2 Effect of reaction time on the yield

表2 可以看出，反應時間4 h 時，目標產物2的收率最高，并且不再隨著反應時間而變化，因此取反應時間4 h 為最佳。如果目標產物為化合物3，則反應時間為2 h 最佳。

2.1.3 反應溫度的影響

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

表3 反應溫度對收率的影響Table 3 Effect of reaction temperature on the yield

由表3 可知，反應溫度基本上不影響產物的收率，考慮實驗操作方便，選擇反應在室溫下進行。

2.1.4 反應溶劑的影響

表4 為4-二乙胺基苯甲醛和NBS 在室溫條件下，反應時間為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)的條件下各產物收率的變化。

表4 反應溶劑對收率的影響Table 4 Effect of reaction solvent on the yield

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

2.2 4-二甲胺基苯甲醛與NBS 反應

2.2.1 投料比對反應的影響

表5 為4-二甲胺基苯甲醛和NBS 在室溫條件下，反應時間為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 的條件下各產物收率的變化。

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

表5 表明，目標產物6、7 的收率在投料比1：2.4 時達到最大，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。如果目標產物為化合物8，取投料比1：1.2 為最佳。

2.2.2 反應時間的影響

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，反應時間分別為1 h、2 h、3 h、4 h 的條件下各產物收率的變化。

表6 反應時間對收率的影響Table 6 Effect of reaction time on the yield

表6 表明，產物6、7 收率隨著反應時間的增加而增大，當反應時間達到3 h 時，產物的收率最大，不再隨時間的增加而增大，因此取反應時間3 h 為最佳。如果目標產物是化合物8，則反應時間選擇2 h 最佳。

2.2.3 反應溫度的影響

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

表7 反應溫度對收率的影響Table 7 Effect of reaction temperature on the yield

表7 表明，反應溫度對各產物收率基本上不影響，為了實驗操作方便，反應在室溫下進行。

2.2.4 反應溶劑的影響

表8 為4-二甲胺基苯甲醛和NBS 在室溫條件，反應時間為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)的條件下各產物收率的變化。

表8 反應溶劑對收率的影響Table 8 Effect of reaction solvent on the yield

由表8 可知，在DMF 溶劑中，目標產物6、7的收率最高，因此DMF 為反應溶劑最佳。

3 結論

本文對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)的溴代反應進行研究，用單因素法考察了原料比、反應時間、反應溫度、溶劑等工藝條件對苯環(huán)上H 溴代的影響。實驗表明，4-二乙胺基苯甲醛和4-二甲氨基苯甲醛在溴代時都存在叔氨基掉烷基鏈的現象，這可能是因為溴代反應時甲氨基和乙氨基的位阻效應造成的，根據文獻報道[5]，位阻小的官能團（如氨基，羥基等）沒有出現這樣現象。實驗中4-二甲氨基苯甲醛溴代反應可以得到部分3,5-二溴-4-二甲氨基苯甲醛（6）產物，表明在溴代時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，對該溴代反應研究表明，在室溫條件下，用DMF 做溶劑，投料比為1：2.4 時，兩種原料的溴代反應收率最佳，但與文獻報道的其他溴代反應相比較，得到上兩個溴的產物收率都比較低，需要進行二次溴代。如果以產物3 為目標產物，則選擇1,4-二氧六環(huán)為溶劑，目標產物的收率更高，同時后處理更方便。

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