基于F-C 反應合成多種二乙酰基單體

曾夢婷，黎 明

（湖北大學化學化工學院，湖北 武漢 430062）

F-C 反應是經(jīng)典的化學反應之一[1]。法國有機化學家、礦物學家Charles Friedel，和美國化學家James Crafts 于1877 年發(fā)現(xiàn)并建立了被稱為Friedel-Crafts烷基化（F-CA）的化學過程。最初，Crafts 用氯化鋁、酰氯和苯制備了酰基苯[2]。這個反應不僅是Lewis 酸在有機合成中的典型應用之一，而且是Lewis 酸催化反應的特殊類型的C-C 鍵形成的第一個例子[3]。如今，這種反應以其發(fā)明者的名字命名為Friedel-Crafts 烷基化（F-CA）；它是芳烴和雜芳烴的烷基化方法。這些反應在有機化學中屬于芳香族親電取代反應。反應機理包括形成親電中間體，然后與芳香環(huán)反應形成具有取代基的新芳香化合物。

F-C 酰基化反應將一個酰基附著在一個芳香環(huán)上。在第一步中，Lewis 酸催化劑，例如氯化鋁，和酰基鹵化物形成配合物。然后酰基鹵化物失去一個鹵化物離子，形成一個通過共振穩(wěn)定的酰基離子（RCO+）。酰基離子對芳香環(huán)進行親電攻擊，形成中間體，導致芳烴的芳香性暫時喪失。然后中間配合物去質(zhì)子，恢復了環(huán)的芳香性。這個質(zhì)子結(jié)合了一個氯離子（從復雜的Lewis 酸），形成一個鹽酸分子。氯化鋁催化劑再生。并得到了所需的酰基苯產(chǎn)物。

本文運用F-C 酰基化反應合成三種單體。如圖1，在酰基化催化劑存在的條件下，二苯基化合物和乙酰氯發(fā)生F-C 酰基化反應，生成二乙酰基單體，其反應式如下：

上述文獻中使用的原料單體M-1 為1，2-二苯乙烷，本文以此反應為模板，變換二苯基單體。將其變?yōu)?，3-二苯丙烷（M-2），2，3-二甲2，3-二苯基丁烷（M-3），以M-2、M-3 單體合成相應的二乙酰基單體M-B、M-C。探究其反應可行性和產(chǎn)率。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

1，2-二苯乙烷，99%，九鼎化學；乙酰氯，99%，阿拉丁試劑；無水氯化鋁，AR，阿拉丁試劑；二氯甲烷，AR，國藥試劑；鹽酸，AR，國藥試劑；無水乙醇，AR，國藥試劑；1，3-二苯丙烷，99%，Bidepharm；2，3-二甲2，3-二苯基丁烷，95%，Bidepharm。

Bruker Avanve NEO 400 MHz 核磁共振波譜儀；Nicolet Is10 紅外光譜儀；DFY-5/-40 ℃低溫恒溫浴；RE-2000B 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器；PTX-FA210S 分析天平；TG16高速離心機；DZ-1BCIV 數(shù)顯真空干燥箱；KQ-300E數(shù)控超聲波清洗機。

1.2 合成

1.2.1 M-A 的合成

反應在50 mL圓底燒瓶中進行，在10 mL二氯甲烷和2.7 g（20 mmol）無水氯化鋁的混合物中，在0 ℃攪拌下逐漸加入1.54 mL（21.6 mmol）的乙酰氯，將1.46 g（8 mmol）1，2-二苯乙烷溶于5 mL 二氯甲烷溶液中，緩慢滴加到上述混合物中。將反應混合物在30～40 ℃下攪拌2 h，反應完自然冷卻后，用900 g 碎冰、2 L 蒸餾水和1.2 L 20%鹽酸的混合物洗滌產(chǎn)物M-A，得到沉淀，過濾，在60～70 ℃干燥，得到白色粉末M-A。產(chǎn)率為99%。1HNMR（400 MHz，CDCl3）δ：7.87（d，J=8 Hz，4H），7.23（d，J=8 Hz，4H），3.00（s，4H），2.58（s，6H）；FT-IR ν/cm-1（KBr）167 7，160 1，156 7，145 1，142 9，141 0，136 0，130 3，120 6，118 3，109 8，101 5，954，857，831，677，597，570，510.

1.2.2 M-B 的合成

反應在50 mL 圓底燒瓶中進行，在10 mL 二氯甲烷和2.7 g（20 mmol）無水氯化鋁的混合物中，在0 ℃攪拌下逐漸加入1.54 mL（21.6 mmol）的乙酰氯，將1.57 g（8 mmol）1，3-二苯丙烷溶于5 mL 二氯甲烷溶液中，緩慢滴加到上述混合物中。將反應混合物在30～40 ℃下攪拌2 h，反應完自然冷卻后，用900 g 碎冰、2 L 蒸餾水和1.2L 20%鹽酸的混合物洗滌產(chǎn)物M-B，得到沉淀，過濾，在60～70℃干燥，得到淡黃色粉末M-B。產(chǎn)率：98%。1H NMR（400 MHz,DMSO-d6）δ：7.87（d，J=8 Hz，4H），7.26（d，J=8 Hz，4H），2.70（t，J=8 Hz，4H），2.58（s，6H），1.99（m，4H）;FT-IR ν/cm-1（KBr）167 4，160 4，156 8，143 9，141 3，136 0，126 8，120 7，118 3，956，852，836，815，770，690，668，601，594，584，572，526，498.

1.2.3 M-C 的合成

反應在50 mL圓底燒瓶中進行，在10 mL二氯甲烷和2.7 g（20 mmol）無水氯化鋁的混合物中，在0 ℃攪拌下逐漸加入1.54 mL（21.6 mmol）的乙酰氯，將1.91 g（8 mmol）2，3-二甲基-2，3-二苯基丁烷溶于5 mL 二氯甲烷溶液中，緩慢滴加到上述混合物中。將反應混合物在30～40 ℃下攪拌2 h，反應完自然冷卻后，用900 g 碎冰、2 L 蒸餾水和1.2L 20%鹽酸的混合物洗滌產(chǎn)物M-C，得到沉淀，過濾，在60～70 ℃干燥，得到白色粉末M-C。產(chǎn)率：98%。1H NMR（400 MHz，CDCl3）δ:7.88（d，J=8 Hz，4H），7.13（d，J=8 Hz，4H），2.59（s，6H），1.34（s，12H）。FT-IR ν/cm-1（KBr）168 1，164 3，160 0，156 3，148 0，146 0，142 2，140 4，137 4，136 8，135 2，127 2，121 4，119 2，113 8，109 1，107 0，102 2，101 0，960，842，657，601，577.

2 結(jié)果與討論

為了確定單體結(jié)構(gòu)，將M-A 溶于氘代氯仿溶劑中進行核磁測試（1H-NMR、13C-NMR）。如圖2-1，氫譜中7.88、7.86 ppm的雙峰是苯環(huán)上靠近乙酰基處的氫，7.24、7.22 ppm的雙峰是苯環(huán)上接近脂肪鏈處的氫，3.00 ppm單峰是脂肪鏈上的氫，2.58 ppm單峰處的氫歸屬于甲基，對應目標單體的積分比例正確。圖2中基線平整，反應產(chǎn)率極高，雜質(zhì)含量少。如圖2-2，碳譜中197.87 ppm和26.60 ppm的單峰分別對應新官能團上的羰基碳和甲基碳。碳譜與氫譜相呼應，正確對應單體結(jié)構(gòu)，證明了傅克酰基化反應的成功。

圖2 核磁測試結(jié)果

將M-B 溶于氘代DMSO 溶劑中進行核磁測試。如圖2-3，7.90、7.88 ppm的雙峰是苯環(huán)上靠近乙酰基處的氫，7.27、7.25 ppm的雙峰是苯環(huán)上接近脂肪鏈處的氫，7.72、7.70、7.69 ppm處的三重峰是脂肪鏈上靠近苯環(huán)的氫，2.58 ppm處的單峰歸屬于乙酰基上的氫，1.89 ppm處的五重峰歸屬于脂肪鏈中心的氫。對應目標單體的積分比例正確。

將M-C 溶于氘代氯仿溶劑中進行核磁測試。如圖2-4，7.79、7.77 ppm的雙峰是苯環(huán)上靠近乙酰基處的氫，7.14、7.12 ppm的雙峰是苯環(huán)上接近脂肪鏈處的氫，2.56 ppm處的單峰歸屬于乙酰基上的氫，1.44 ppm處的單峰歸屬于脂肪鏈上甲基的氫。對應目標單體的積分比例正確。

1，2-二苯乙烷和M-A的溴化鉀壓片樣品的FT-IR光譜如圖3 所示，在圖3 中可以看到，1 677 cm-1處出現(xiàn)了強烈的羰基吸收峰，同時代表苯環(huán)單取代的750 cm-1吸收峰消失，苯環(huán)對位取代的832 cm-1吸收峰出現(xiàn)，表明傅克酰基化反應和目標單體的合成成功。1，3-二苯丙烷和M-B 的溴化鉀壓片樣品的FT-IR 光譜如圖3 所示，在圖3 中可以看到，1 674 cm-1處出現(xiàn)了強烈的羰基吸收峰，同時代表苯環(huán)單取代的698cm-1、744cm-1吸收峰消失，苯環(huán)對位取代的815 cm-1吸收峰出現(xiàn)，表明傅克酰基化反應和目標單體的合成成功。2，3-二甲基-2，3-二苯基丁烷和M-C 的溴化鉀壓片樣品的FT-IR 光譜如圖2 所示，在圖2 中可以看到，1 681 cm-1處出現(xiàn)了強烈的羰基吸收峰，同時代表苯環(huán)單取代的702、731 cm-1吸收峰消失，表明傅克酰基化反應和目標單體的合成成功。

圖3 M-A、M-B、M-C 與其相應單體的紅外光譜

M-A 單體分子式為C18H18O2，精確相對分子質(zhì)量為266.13，根據(jù)質(zhì)譜圖和分析，實測（M+H）+相對分子質(zhì)量為267.137 85，（M+Na）+相對分子質(zhì)量為289.121 59和理論值（M+H）+相對分子質(zhì)量為267.137 96，（M+Na）+相對分子質(zhì)量為289.119 9 很接近，譜圖合理，反應合成成功。

3 結(jié)論

本文基于F-C 酰基化反應，在酰基化催化劑存在的條件下，二苯基化合物和乙酰氯發(fā)生反應，生成二乙酰基單體，合成了3 種單體。本方法反應條件溫和，步驟簡單，產(chǎn)率極高。反應產(chǎn)物經(jīng)簡單洗滌可達到高純度。通過核磁、紅外等表征手段確定了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，與目標產(chǎn)物一致。