高電子云密度下芐基醇制備芐基溴的研究

韓寶秀，張鳳華

( 遼寧石油化工大學 化學與材料科學學院，遼寧撫順113001)

在有機合成反應中芐基鹵代物一般作為通用中間體或者最終產品，它們在羧酸、醛、噻唑、酮、酰胺等物質的制備反應中作為原始材料被廣泛應用，不僅可以在金屬催化耦合反應［1］中參與復雜分子的形成，還可以在親核取代反應中作為活性親電體。同時，它們也是抗病毒劑［2］、抗真菌劑［3］等藥物合成以及苯丙氨酸和取代苯丙氨酸等氨基酸合成［4-5］中的重要中間體。而芐基鹵代物中，芐基溴不但活性較好而且便于制備，因此在有機合成中使用最為廣泛。

芐基溴在工業上有多種合成方法［6-8］，最常用的制備方法是通過甲苯和溴素發生自由基鹵代反應來制備，但是該工藝生產過程中會產生大量的副產物，不僅不利于產物的提純還會對產品的純度帶來很大的影響。利用芐基醇來制備芐基溴的反應［9］由于苯環芐位的高活性導致由芐基醇轉化為芐基溴的反應往往比較難實現，關于該工藝的報道也相對較少。

本文研究了以鄰位甲氧基取代，間位碘代的高電子云密度下的芐醇為底物與三溴化磷反應發生親電取代反應(SN2) 來制備芐基溴的反應。探究了反應時間、投料方式、反應溫度等工藝條件對芐基溴產率的影響，實現了在苯環上本身連有強推電子基團和高活性鹵素的情況下將芐基醇定量地轉化為芐基溴的合成方法。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

芐醇，甲苯，三溴化磷，無水硫酸鎂，氯化鈉，所有化學試劑均為分析純級，國藥集團化學試劑有限公司生產。集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（DF-101S），山東鄄城華魯儀器有限公司；核磁共振儀（AVANCE III HD 400），德國Bruck 公司。

1.2 芐溴的合成

如圖1 所示，將50g 取代芐基醇1 (189.4mmol，1.0當量) 加入1000 mL 圓底燒瓶中，加入600 mL 甲苯溶劑，40 °C 攪拌20 min 溶解。然后向上述溶液中緩慢滴加6.1 mL 三溴化磷2 (64.4 mmol，0.34 當量)，滴加完成后，繼續加熱至100 °C 攪拌反應50 min 后冷卻至室溫，用分液漏斗將反應中產生的水分除去，有機相用水洗滌，再將有機相用飽和氯化鈉溶液洗滌一次，并用無水硫酸鎂干燥。過濾后，用旋轉蒸發儀除去溶劑，得到芐基溴產物（產物在空氣中穩定性較差，需保存于甲苯中）。

圖1 芐基溴的合成Fig. 1 The synthesis of benzyl bromide

1.3 芐溴的合成機理

如圖2 所示，親電性較強的PBr3進攻芐基醇底物羥基氧原子，發生電子轉移PBr3脫去一分子Br 負離子，Br 負離子背面進攻芐基碳取代親電性較弱的氫原子-H，芐基碳發生構型翻轉生成芐基溴。

圖2 芐基溴合成反應機理Fig.2 The synthesis reaction mechanism of benzyl bromide

2 結果與討論

2.1 溫度對芐醇在甲苯中溶解度的影響

高電子云密度下的芐基醇原料1 常溫下并不能在甲苯中完全溶解，原料若不能完全溶解則無法充分進行反應，會對反應產率產生極大的影響，且會造成原料的浪費。為了保證反應的充分進行，對芐醇在甲苯中溶解的最佳溫度進行了探究，見表1。為了尋找芐醇在甲苯中溶解的最佳溫度，實驗嘗試了3 個溫度梯度，當溶解溫度達到40℃時，攪拌20min，芐醇底物在甲苯中就可以完全溶解，使反應能夠充分進行且不造成原料的浪費。

表1 芐醇在甲苯中溶解率與溶解溫度的關系Table 1 Relationship between the dissolution rate of benzyl alcohol in toluene and the dissolution temperature

2.2 反應溫度對反應產率的影響

溫度是使反應順利進行的一個重要因素，隨著反應溫度的升高，提供給反應的能量增多，會加速或抑制反應的進行，所以反應溫度對產率會有很大的影響，因而探究了其他條件都不變的情況下反應收率隨溫度變化的關系，如圖3 所示。當反應溫度較低時，反應速率較慢，反應不夠完全，相應的產率也較低；當反應溫度過高時，產率反而會有少許的下降，故實驗表明100℃條件為芐醇轉化為芐溴的最佳反應溫度。

圖3 反應溫度與產率的關系Fig.3 The relationship between reaction temperature and product yield

2.3 PBr3 滴加速率對產率的影響

在其他條件都不變的情況下探究了不同的投料方式對反應產率的影響，結果見表2。由表2 的數據可以發現，PBr3滴加速率對反應的產率有很大的影響，緩慢地滴加三溴化磷可以使三溴化磷與芐基醇底物充分接觸，使二者更好地進行反應，從而反應的收率得到很大提升，所以反應過程中需要控制PBr3的滴加速率。

表2 PBr3 滴加速率對產率的影響Table 2 Effect of PBr3 dropping rate on reaction yield

2.4 反應時間對反應產率的影響

為了探究更優良的反應條件，在上述得到的最佳反應溫度的基礎上保持其他條件不變的情況下對反應進行完全的時間進行了探究，如圖4 所示。由圖中可以明顯發現，隨著反應時間的增加，反應產率也不斷增加，反應時間越短，反應越不充分，反應產率越低。反應時間為40min 時反應就已經得到了99.4% 的高產率，繼續延長反應時間至50min 時反應實現了定量轉化，產率達到了100%，所以實驗表明，50min 為高電子云密度的芐基醇定量轉化為芐基溴的最佳反應時間。

圖4 反應產率與反應時間的關系Fig.4 The relationship between reaction time and product yield

2.5 產物的核磁數據表征

由 圖5 可 知，1H-NMR (CDCl3，400Hz): δ=3.87 (s, 3H), 4.45 (s, 2H), 6.65 (d,J=8.8Hz, 1H), 7.57 (dd,J= 8.56, 2.12Hz, 1H), 7.61 (d,J=2.16Hz, 1H)。核磁共振氫譜確定為產物結構。

圖5 芐溴的1H-NMR (CDCl3，400 Hz)譜圖Fig.5 The 1H-NMR (CDCl3，400 Hz) spectrum of benzyl bromide

由 圖6 可 知，13C-NMR (CDCl3，100Hz): δ=27.7, 56.1, 82.7, 113.6, 129.0, 139.1, 139.6, 157.7。核磁共振碳譜確定為產物結構。

圖6 芐溴的13C-NMR (CDCl3，110 Hz)譜圖Fig.6 The 13C-NMR (CDCl3，110 Hz) spectrum of benzyl bromide

3 總結

以高電子云密度的卞基醇作為原料，以三溴化磷為催化劑，通過發生親電取代反應(SN2)，溴取代間位的羥基從而一步定量的合成得到了高電子云密度的芐基溴，對產物進行了核磁共振表征，芐基溴的特征峰值在核磁共振氫譜與碳譜中均明顯可見，由此證明合成產物即是目標產物芐基溴。通過一系列實驗確定了合成工藝條件對芐基溴產率的影響，而且這一新的工藝方法反應條件較為溫和，且操作簡單，能夠實現定量轉化，有非常高的工業應用潛力。