烯烴一鍋法合成1-氯-2-碘化合物的新方法研究

(浙江工業(yè)大學 化學工程學院，浙江 杭州 310014)

最近，筆者課題組開發(fā)了一種高效的烯烴氧碘化反應。烯烴與N-羥基苯并三氮唑(HOBt)和單質(zhì)碘在叔丁基過氧化氫(TBHP)作為氧化劑條件下生成α-碘代-N-烷氧基苯并三氮唑(I)。該化合物中的N-氧苯并三氮唑可作為離去基團，與乙酰氯發(fā)生親核氯代反應，生成1-氯-2-碘化合物。基于以上發(fā)現(xiàn)，筆者進行烯烴的一鍋法1-氯-2-碘代反應合成1-氯-2-碘化合物的研究。分步法烯烴1-氯-2-碘代反應合成1-氯-2-碘化合物的反應過程為

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Bruker AC-500型(瑞士)核磁共振儀；Bmker Apexll型高分辨質(zhì)譜儀(EI源)；METTLER TOLEDO AL104型電子分析天平；ZF-I型三用紫外分析儀；ZNHW型控溫儀；旋蒸儀，鞏義市英峪高科儀器廠；DLSB-5/20 ℃型低溫冷卻循環(huán)泵，鞏義市京華儀器有限責任公司；SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水真空泵，杭州博研儀器設備有限公司；X-4數(shù)字顯示顯微熔點測定儀，北京泰克儀器有限公司。

苯乙烯，麥克林化學試劑有限公司；1-羥基苯并三氮唑、叔丁基過氧化氫(質(zhì)量分數(shù)70%)，九鼎化學試劑有限公司；碘單質(zhì)，西隴化工股份有限公司；乙酰氯，上海凌峰化學試劑有限公司；二氯甲烷等溶劑均為市售分析純，未經(jīng)純化，直接使用。

1.2 實驗方法

向含有烯烴化合物(0.3 mmol)和1-羥基苯并三氮唑(48.6 mg，0.36 mmol)的二氯甲烷(2 mL)溶液中依次加入碘單質(zhì)(38.1 mg，0.15 mmol)和叔丁基過氧化氫(質(zhì)量分數(shù)70%)(77.2 mg，0.6 mmol)。混合物40 ℃攪拌反應5 h，TLC檢測苯乙烯反應完全。反應混合物冷至室溫，加入乙酰氯(117.75 mg，1.5 mmol)，室溫攪拌16 h。TLC檢測反應中間體消耗完全。減壓除去反應溶劑。化合物2a～2e以石油醚為淋洗劑，化合物2f和2g以V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=9∶1的混合溶液為淋洗劑，通過柱層析得到。

(1-氯-2-碘乙烷基)苯(2a)[11]：收率50%，熔點44～45 ℃(文獻報道42～44 ℃)。1H NMR(500 MHz, CDCl3)δ為7.51～7.31 (m, 5H), 5.08 (dd,J=9.6, 5.8 Hz, 1H), 3.91～3.66 (m, 2H)。13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為139.15, 129.19, 128.82, 127.24, 61.72, 9.99。

1-(1-氯-2-碘乙烷基)-4-硝基苯(2b)：淡黃色固體，收率64%，熔點56～57 ℃。1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為8.38～8.18 (m, 2H), 7.64～7.58 (m, 2H), 5.07 (dd,J=8.8, 5.7 Hz, 1H), 3.98 (m, 2H)。13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為148.15, 145.86, 128.62, 128.43, 124.11 (d,J=17.9 Hz), 59.45, 8.41。HRMS (ESI) C8H8ClINO2(M+H+)理論值311.928 3, 實測值311.928 5。

4-(1-氯-2-碘乙烷基)苯甲腈(2c)：棕色油狀物，收率65%。1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為7.71～7.66 (m, 2H), 7.52～7.48 (m, 2H), 5.07 (dd,J=10.1, 5.3 Hz, 1H), 3.79～3.65 (m, 2H)。13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為143.95, 132.53, 128.10, 118.13, 112.94, 59.86, 8.53。HRMS (ESI) C9H8ClIN (M+H+) 理論值291.938 4, 實測值291.938 0。

1-(1-氯-2-碘乙烷基)-2-甲苯(2d)：淡黃色液體，收率37%。1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為7.53～7.50 (m, 1H), 7.23 (m, 2H), 7.16 (d,J=7.2 Hz, 1H), 5.08 (dt,J=9.4, 2.9 Hz, 1H), 3.39 (m, 2H), 2.34 (s, 3H)。13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為136.55, 136.44, 130.87, 129.00, 126.86, 126.26, 46.83, 34.16, 19.24。HRMS (ESI) C9H11ClI (M+H+) 理論值280.958 8, 實測值280.958 4。

1-氯-2-碘-2,3-二氫-1H-茚(2e)：無色液體，收率13%。1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為7.46 (d,J=6.7 Hz, 1H), 7.37～7.27 (m, 3H), 5.35 (d,J=2.9 Hz, 1H), 4.66 (dt,J=6.3, 3.2 Hz, 1H), 3.45 (m, 2H)。13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為139.84, 129.71, 127.94, 125.50, 125.11, 67.62, 64.49, 40.75。HRMS (ESI) C9H9ClI (M+H+) 理論值278.943 2, 實測值278.943 0。

1-碘-2-氯-5-苯氧基戊烷(2f)：淡黃色液體，收率41%。1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為7.34～7.28 (m, 2H), 6.97 (t,J=7.4 Hz, 1H), 6.94～6.90 (m, 2H), 4.32～4.26 (m, 1H), 4.08 (dd,J=11.2, 4.5 Hz, 1H), 4.02 (td,J=5.8, 3.0 Hz, 2H), 3.85 (dd,J=11.1, 10.0 Hz, 1H), 2.28～2.19 (m, 1H), 2.13～2.04 (m, 1H), 1.99～1.84 (m, 2H)。13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為158.77, 129.45, 120.72 (d,J=13.4 Hz), 114.47, 66.60, 49.92, 33.40, 32.51, 28.86。HRMS (ESI) C11H15ClIO (M+H+) 理論值324.985 1, 實測值324.985 3。

1-碘-2-氯-5-苯甲酰氧基戊烷(2g)：淡黃色液體，收率68%。1H NMR (500 MHz, CDCl3)δ為8.08～8.02 (m, 2H), 7.59～7.54 (m, 1H), 7.48～7.42 (m, 2H), 4.37 (td,J=6.3, 2.8 Hz, 2H), 4.15～4.02 (m, 1H), 3.86～3.75 (m, 1H), 3.70～3.58 (m, 1H), 2.32～2.16 (m, 1H), 2.12～2.01 (m, 1H), 1.96～1.85 (m, 2H)。13C NMR (125 MHz, CDCl3)δ為166.53 (s), 133.02 (s), 130.15 (s), 129.58 (d,J=2.9 Hz), 128.41, 64.03, 60.45, 47.97, 31.76, 25.30。HRMS (ESI) C12H15ClIO2(M+H+) 理論值352.980 0, 實測值352.980 2。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應條件的優(yōu)化

首先筆者采用苯乙烯1a的1-氯-2-碘代反應為模板反應，對反應條件進行優(yōu)化。苯乙烯與1.2當量1-羥基苯并三氮唑、0.5當量碘單質(zhì)，以2當量質(zhì)量分數(shù)為70%的TBHP為氧化劑，在二氯乙烷溶劑中40 ℃下反應5 h，隨后與5當量乙酰氯進一步室溫反應16 h，能以45%的收率得到目標產(chǎn)物2a。苯乙烯1a的1-氯-2-碘代反應過程為

在此基礎上篩選氧化劑、溶劑和氯化試劑。氧化劑對反應收率的影響如表1中序號1～5所示。在沒有氧化劑的情況下，烯烴的1-氯-2-碘代反應不能進行。對常見的氧化劑進行篩選，發(fā)現(xiàn)過硫酸鉀和二叔丁基過氧化物對反應沒有作用，雙氧水作氧化劑目標產(chǎn)物的收率達到29%。因此，最終選擇TBHP水溶液作氧化劑。溶劑對反應收率的影響如表1中序號6～11所示。以二氯甲烷為溶劑時，反應收率提高至50%；在甲醇和N,N-二甲基甲酰胺等極性大的溶劑中反應基本不進行；其他中等或低極性溶劑，如四氫呋喃、乙腈和甲苯等，反應收率均較低。因此，最終選擇二氯甲烷為溶劑。氯化試劑對反應收率的影響如表1中序號2，12～15所示。1-氯丁烷、氯化芐和N-氯丁二酰胺等氯化試劑不能發(fā)生反應，而氯化亞砜僅有10%的收率。因此，最后選用乙酰氯為氯化試劑。綜上所述，采用叔丁基過氧化氫水溶液為氧化劑，乙酰氯為氯化試劑，二氯甲烷為溶劑是較優(yōu)反應條件。

表1 反應條件優(yōu)化Table 1 Reaction condition optimization

2.2 底物拓展

在上述較優(yōu)的反應條件下，筆者對烯烴的1-氯-2-碘代反應的普適性進行了考察，結(jié)果如表2所示。苯乙烯底物的苯環(huán)上不論含有富電子還是吸電子取代基，均能以中等到良好的產(chǎn)率得到1-氯-2-碘代產(chǎn)物。相對而言，含有吸電子基團的底物較供電子取代基底物活性高。環(huán)狀的茚活性較差，僅以13%的收率獲得目標產(chǎn)物。此外，脂肪族烯烴如4-戊烯基苯基醚和苯甲酸酯戊烯也可以通過上述1-氯-2-碘代反應分別以41%和68%的收率得到相應的1-氯-2-碘代產(chǎn)物。烯烴的1-氯-2-碘代反應過程為

表2 底物拓展Table 2 Scope of the substrates

2.3 反應機理

上述反應可能的反應機理為：首先苯乙烯和HOBt在單質(zhì)碘和TBHP存在下形成中間體(I)；隨后，乙酰氯與中間體(I)3-位N原子發(fā)生乙酰化反應生成中間體(II)[16]；最后，游離出的氯離子親核取代中間體(II)中的苯并三氮唑單元，得到產(chǎn)物1-氯-2-碘-1-苯乙烷(2a)，同時生成含苯并三氮唑的兩性離子(III)。反應機理為

3 結(jié) 論

以成本較低的苯乙烯為起始原料，先得到α-碘代-N-烷氧基苯并三氮唑中間體，通過苯并三氮唑單元這個“中轉(zhuǎn)站”實現(xiàn)氯代，最后得到區(qū)域選擇性高的1-氯-2-碘化合物。反應底物普適性強，被富電子基團和吸電子基團取代的苯乙烯和脂肪族類烯烴都適用于該反應，且反應采用一鍋法，簡化了操作，節(jié)約了成本。該方法具有路線經(jīng)濟合理、環(huán)境友好以及操作簡單等優(yōu)點，為1-氯-2-碘化合物的合成提供了一種新的方法。