專利名稱：一種溴代芳烴的綠色合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溴代芳烴的合成方法，具體涉及活化及弱活化芳香化合物的催化
溴化反應(yīng)。
背景技術(shù)：
溴代芳香化合物在藥物合成和化學(xué)工業(yè)中有著重要的應(yīng)用，如溴代芳香化合物 可以通過格氏反應(yīng)形成C-C鍵，通過偶聯(lián)反應(yīng)形成芳香-芳香偶聯(lián)化合物。溴代芳香化合物的制備，通常需要將溴素加入至芳香化合物的有機(jī)溶液中，反應(yīng) 生成了和參與反應(yīng)的溴素等摩爾量的溴化氫，這一方法的溴原子利用率只有50%，造成了 溴的浪費(fèi)。同時(shí)，反應(yīng)中大量使用的有機(jī)溶劑，對(duì)環(huán)境造成污染。因此，提高溴的原子利用 率，提高反應(yīng)的環(huán)境友好性是合乎需求的。提高溴的利用率有多種方法，如將在溴素或溴化氫和底物(如苯酚)的混合體系 中加入一種氧化劑(如過氧化氫)來氧化溴化氫，使反應(yīng)中產(chǎn)生的HBr繼續(xù)轉(zhuǎn)化為0價(jià)的
溴進(jìn)一步反應(yīng)，直至溴消耗完全。這些方法相對(duì)于傳統(tǒng)的滴加溴素的方法，原子經(jīng)濟(jì)性上已有根本性的提高，但反 應(yīng)中消耗氧化劑產(chǎn)生的成本和使用揮發(fā)性的溶劑則是這些方法的不利因素。此外，這些方 法只適合于活化芳香化合物，而不適于弱活化芳香化合物(如甲苯)的溴化。因此，尋求對(duì) 弱活化的芳香化合物的有效溴化，以及溴化反應(yīng)溶劑和氧化劑的綠色化，仍然值得期待。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種溴代芳烴的綠色合成方法，該合成方法底 物適用反應(yīng)廣、原子利用率高、避免了有機(jī)溶劑的使用，具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的特點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種溴代芳烴的綠色合成方法，所述的合成方法為以溴化氫為溴化劑，硝酸銅為 催化劑，分子氧為氧化劑，對(duì)結(jié)構(gòu)如式(1)所示的芳香化合物進(jìn)行溴化，制得所述的溴代芳 式(1)中R是氫，以便完成溴的取代；取代基R1、! 2、! 3、! 4、! 5各自獨(dú)立選自氫、羥 基、氨基、C1-C8烷氧基、單C1-C8烴基氨基、雙C1-C8烴基氨基、C1-C12烷基、C6-C12芳基、 C1-C8酰氧基、C1-C8酰基氨基、鹵素、硝基、氰基、羧基、C1-C8?；駽1-C8烷氧甲?；?且R1、R2、R3、R4、R5中至少有一個(gè)取代基是活性基團(tuán)羥基、氨基、C1-C8烷氧基、單C1-C8烴
烴；
基氨基、雙C1-C8烴基氨基、C1-C8酰氧基、C1-C8酰基氨基或C1-C12烷基。進(jìn)一步，本發(fā)明所述溴化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為室溫至回流溫度。更進(jìn)一步，本發(fā)明所述溴化反應(yīng)可以在電磁波輻射條件下進(jìn)行，使其反應(yīng)溫度控 制在室溫至回流溫度，電磁波可以是微波、可見光、紫外光、紅外光，或者是它們的疊加。進(jìn)一步，本發(fā)明溴化反應(yīng)中使用的催化劑是硝酸銅，或者是可以形成硝酸銅的混 合試劑。本發(fā)明中催化劑和芳香化合物的投料摩爾比不低于0. 001，通常優(yōu)選為0. 005 0. 2。進(jìn)一步，本發(fā)明溴化反應(yīng)中使用的分子氧以氧氣和/或空氣的形式加入，即以氧 氣或者空氣或者氧氣和空氣的混合物的形式加入。所述溴化反應(yīng)過程中控制氧氣和/或空 氣的壓力為常壓至lOatm，優(yōu)選在常壓下進(jìn)行。氧氣壓力的提高主要是有利于加快溴化反應(yīng) 的速度。進(jìn)一步，本發(fā)明所述溴化反應(yīng)中使用的溴化氫可以是溴化氫水溶液或者溴化氫氣 體，或者是反應(yīng)過程中不斷通入溴化氫氣體的溴化氫水溶液。本發(fā)明所述的溴化反應(yīng)體系 中，水的用量以芳香化合物的投料質(zhì)量計(jì)為0 20g/g。進(jìn)一步，本發(fā)明中芳香化合物與溴化氫的投料比，對(duì)于單溴化反應(yīng)，HBr和芳香化 合物的摩爾比為0. 9 1. 1 1，通常優(yōu)選1 1. 05摩爾量的HBr，以便使原料的轉(zhuǎn)化率、 產(chǎn)物的選擇性達(dá)到最優(yōu)。對(duì)于二溴化和多溴化反應(yīng)，HBr和芳香化合物的摩爾比也按計(jì)量 比例相應(yīng)增加。本發(fā)明所述溴化反應(yīng)可通過GC等方式進(jìn)行監(jiān)控，以確定反應(yīng)終點(diǎn)。本發(fā)明具體推薦所述的合成方法按照如下步驟進(jìn)行向反應(yīng)容器中加入芳香化合 物、硝酸銅和水，攪拌下室溫下滴加氫溴酸水溶液，加完后常壓下通入空氣和/或氧氣，在 室溫至回流溫度條件下進(jìn)行溴化反應(yīng)，充分反應(yīng)后經(jīng)常規(guī)的后處理得到相應(yīng)的溴代芳烴； 所述硝酸銅和芳香化合物的投料摩爾比為0.005 0.2 1。需要說明的是，完全用溴素與芳香化合物反應(yīng)，生成溴化氫，通過本發(fā)明的方法進(jìn) 一步實(shí)現(xiàn)溴化的反應(yīng)被認(rèn)為等同于采用本發(fā)明方法；混用溴素和溴化氫對(duì)芳香化合物進(jìn)行 溴化，包括其任意加料順序(如先加和后加)，也被認(rèn)為等同于采用本發(fā)明方法；類似的多 溴化也屬于本發(fā)明方法。本反應(yīng)的主產(chǎn)物，相對(duì)于苯環(huán)上活性最強(qiáng)的取代基，其對(duì)位未被取代的物質(zhì)(如 苯甲醚)，為對(duì)溴芳香化合物，對(duì)于對(duì)位已被取代的物質(zhì)(如對(duì)甲苯酚)，為鄰位產(chǎn)物。此外， 溴化試劑的摩爾比例增加時(shí)，主產(chǎn)物還有二溴乃至更高取代度的溴化物。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)在于(a)反應(yīng)底物適用范圍廣，不僅適用于活化芳香化合物，也適用于弱活化芳香化合 物。(b)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性均較高芳香化合物的轉(zhuǎn)化率通常大于95%，并可高達(dá) 100%。溴代芳香化合物的單溴選擇性通常大于95%，并可高達(dá)100%。通常，對(duì)位溴化的 選擇性大于70 %，并可高達(dá)100 %。(c)本發(fā)明避免了有機(jī)溶劑的使用，具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的特點(diǎn)。具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例通過示例的方式給出，但不用于限制本發(fā)明。實(shí)施例1向配有機(jī)械攪拌棒和回流冷凝器的圓底燒瓶中裝入47g苯酚、1. 2g硝酸銅和10mL 水，在恒壓漏斗中加入65mL 48wt% HBr，攪拌下室溫滴加氫溴酸。滴完后，常壓下通入空 氣，將反應(yīng)溫度升至80°C，反應(yīng)8小時(shí)后，GC檢測，苯酚轉(zhuǎn)化率99%，單溴選擇性98%，其中 對(duì)溴苯酚為94%，鄰溴苯酚為4%。實(shí)施例2向配有機(jī)械攪拌棒和回流冷凝器的圓底燒瓶中裝入54g苯甲醚、0. 6g硝酸銅和 10mL水，在恒壓漏斗中加入78mL 40wt% HBr，攪拌下室溫下滴加氫溴酸。滴完后，常壓下 通入空氣，在可見光照射下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)15小時(shí)后，GC檢測，苯甲醚轉(zhuǎn)化率> 99%，對(duì)溴 苯甲醚選擇性99%。實(shí)施例3向配有磁力攪拌和回流冷凝器的圓底燒瓶中裝入4. 6g甲苯、0. 24g硝酸銅和lmL 水，攪拌下加入6.5mL 48襯％氫溴酸。將整個(gè)裝置放于微波反應(yīng)器中，通入氧氣，氧氣尾管 接2米高水封，使反應(yīng)體系內(nèi)壓力比外界壓力始終高出0. 2個(gè)正大氣壓，微波反應(yīng)5min后， GC檢測，甲苯轉(zhuǎn)化基本上是定量的，單溴選擇性98%，其中對(duì)溴甲苯為93%，鄰溴甲苯5%。實(shí)施例4向配有機(jī)械攪拌棒和回流冷凝器的圓底燒瓶中裝入69. 5g對(duì)硝基苯酚、1. 2g硝酸 銅和10mL水，在恒壓漏斗中加入65mL 48wt% HBr，攪拌下室溫下滴加氫溴酸。滴完后， 常壓下通入空氣，在紫外燈照射下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)10小時(shí)后，GC檢測，對(duì)硝基苯酚轉(zhuǎn)化率 95 %，單溴選擇性99 %，均為鄰溴對(duì)硝基苯酚。實(shí)施例5向配有機(jī)械攪拌棒和回流冷凝器的圓底燒瓶中裝入53. 6g N-甲基苯胺、1. 2g硝 酸銅和10mL水，在恒壓漏斗中加入65mL 48wt% HBr，攪拌下室溫下滴加氫溴酸。滴完后， 常壓下通入氧氣，將反應(yīng)溫度升至80°C，反應(yīng)10小時(shí)后，GC檢測，N-甲基苯胺轉(zhuǎn)化率99%， 單溴選擇性99%，其中N-甲基對(duì)溴苯胺為95%，N-甲基鄰溴苯胺為4%。實(shí)施例6向配有機(jī)械攪拌棒和回流冷凝器的圓底燒瓶中裝入3. 8g對(duì)羥基苯甲腈、0. 06g硝 酸銅和0. 5mL水，在恒壓漏斗中加入13mL 48wt% HBr，攪拌下加氫溴酸。之后，通入足量 氧氣的同時(shí)，在微波狀態(tài)下反應(yīng)，lOmin后，GC檢測，對(duì)羥基苯甲腈完全轉(zhuǎn)化，其中2，6_ 二 溴-4-羥基苯甲腈的選擇性為99%。實(shí)施例7向配有機(jī)械攪拌棒和回流冷凝器的圓底燒瓶中裝入64g鄰氯苯酚、2. Og硝酸銅和 8mL水，接上回流冷凝管，在恒壓漏斗中加入65mL 48wt% HBr,攪拌下室溫下滴加氫溴酸。 滴完后，常壓下通入空氣，將反應(yīng)溫度升至80。C，反應(yīng)20小時(shí)后，GC檢測，鄰氯苯酚轉(zhuǎn)化率 為96 %，單溴選擇性98 %，其中對(duì)溴鄰氯苯酚為95 %，鄰溴鄰氯苯酚為3 %。實(shí)施例8向配有機(jī)械攪拌棒和回流冷凝器的圓底燒瓶中裝入53g對(duì)二甲苯、1.2g硝酸銅和
55mL水，接上回流冷凝管，在恒壓漏斗中加入65mL 48wt% HBr,攪拌下室溫下滴加氫溴酸。 滴完后，常壓下通入空氣，將反應(yīng)溫度升至80 °C，反應(yīng)7小時(shí)后，GC檢測，對(duì)二甲苯轉(zhuǎn)化基本 上是定量的，單溴選擇性97%，產(chǎn)物是2-溴對(duì)二甲苯。實(shí)施例9向配有機(jī)械攪拌棒和回流冷凝器的圓底燒瓶中裝入7. 46g N, N_ 二乙基苯胺、 0.06g硝酸銅和0. 5mL水，在恒壓漏斗中加入6. 5mL 48wt% HBr，攪拌下加氫溴酸。之后， 通入氧氣，將反應(yīng)溫度升至90°C，反應(yīng)10小時(shí)后，GC檢測，N，N- 二乙基苯胺完全轉(zhuǎn)化，單溴 選擇性95 %，其中對(duì)溴N，N- 二乙基苯胺90 %，鄰溴N，N- 二乙基苯胺5 %。實(shí)施例10向配有機(jī)械攪拌棒和回流冷凝器的圓底燒瓶中裝入53. 5g鄰甲苯胺、2. 4g硝酸銅 和10mL水，接上回流冷凝管，在恒壓漏斗中加入65mL 48wt% HBr，攪拌下室溫下滴加氫溴 酸。滴完后，常壓下通入空氣，將反應(yīng)溫度升至70°C，反應(yīng)15小時(shí)后，GC檢測，鄰甲苯胺轉(zhuǎn) 化率95 %，單溴選擇性98 %，其中4-溴-2-甲苯胺為93 %，2-溴-6-甲基苯胺為5 %。實(shí)施例11向配有機(jī)械攪拌棒和回流冷凝器的圓底燒瓶中裝入68g乙酸苯酯、1.4g硝酸銅和 10mL水，接上回流冷凝管，在恒壓漏斗中加入65mL 48wt% HBr，攪拌下室溫下滴加氫溴酸。 滴完后，常壓下通入氧氣，將反應(yīng)溫度升至80V，反應(yīng)10小時(shí)后，GC檢測，乙酸苯酯轉(zhuǎn)化率 > 99%，單溴選擇性98%，產(chǎn)物是對(duì)溴乙酸苯酯。實(shí)施例12向回流冷凝器的圓底燒瓶中裝入8. 5g 二苯醚、0. lg硝酸銅和lmL水，接上回流冷 凝管，磁力攪拌下室溫下滴加6. 5mL 48wt% HBr。滴完后，常壓下通入氧氣，并將反應(yīng)瓶置 于微波反應(yīng)器中，反應(yīng)5min后，GC檢測，二苯醚轉(zhuǎn)化率99 %，單溴選擇性99 %，產(chǎn)物是4-溴
二苯醚。盡管為了說明目的給出典型的實(shí)施方案，但上述描述和實(shí)例不應(yīng)看作對(duì)發(fā)明范圍 的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種變化、修 飾和替代。用溴素Br2或HBr-Br2混合物來代替溴化氫實(shí)施上述的反應(yīng)都被認(rèn)為亦屬本發(fā) 明的保護(hù)范圍，因?yàn)橛娩逅劁寤碑a(chǎn)的溴化氫利用了本發(fā)明的方法。
權(quán)利要求
一種溴代芳烴的綠色合成方法，所述的合成方法包括以溴化氫為溴化劑，硝酸銅為催化劑，分子氧為氧化劑，對(duì)結(jié)構(gòu)如式(1)所示的芳香化合物進(jìn)行溴化，制得所述的溴代芳烴；其中R是氫；取代基R1、R2、R3、R4、R5各自獨(dú)立選自氫、羥基、氨基、C1-C8烷氧基、單C1-C8烴基氨基、雙C1-C8烴基氨基、C1-C12烷基、C6-C12芳基、C1-C8酰氧基、C1-C8酰氨基、鹵素、硝基、氰基、羧基、C1-C8?；駽1-C8烷氧甲?；?，并且R1、R2、R3、R4、R5中至少有一個(gè)取代基是羥基、氨基、C1-C8烷氧基、單C1-C8烴基氨基、雙C1-C8烴基氨基、C1-C8酰氧基、C1-C8酰氨基或C1-C12烷基。FDA0000022215220000011.tif
2.如權(quán)利要求1所述的溴代芳烴的綠色合成方法，其特征在于所述的溴化反應(yīng)在室溫 至回流溫度條件下進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求2所述的溴代芳烴的綠色合成方法，其特征在于所述的溴化反應(yīng)在電磁 波輻射條件下進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求1所述的溴代芳烴的綠色合成方法，其特征在于所述的氫溴酸以氫溴酸 氣體、氫溴酸水溶液或者上述兩者結(jié)合的方式加入。
5.如權(quán)利要求1所述的溴代芳烴的綠色合成方法，其特征在于所述的分子氧以氧氣和 /或空氣的形式提供，溴化反應(yīng)中保持氧氣或空氣的壓力為常壓至lOatm。
6.如權(quán)利要求5所述的溴代芳烴的綠色合成方法，其特征在于所述的溴化反應(yīng)在常壓 下進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求1 6之一所述的溴代芳烴的綠色合成方法，其特征在于所述的催化劑 硝酸銅和芳香化合物的投料摩爾比不低于0.001。
8.如權(quán)利要求7所述的溴代芳烴的綠色合成方法，其特征在于所述的催化劑硝酸銅和 芳香化合物的投料摩爾比為0.005 0.2 1。
9.如權(quán)利要求1所述的溴代芳烴的綠色合成方法，其特征在于所述的合成方法按照 如下步驟進(jìn)行向反應(yīng)容器中加入芳香化合物、硝酸銅和水，攪拌下室溫下滴加氫溴酸水 溶液，常壓下通入空氣和/或氧氣，在室溫至回流溫度條件下進(jìn)行溴化反應(yīng)，充分反應(yīng)后 經(jīng)常規(guī)后處理得到相應(yīng)的溴代芳烴；所述硝酸銅和芳香化合物的投料摩爾比為0. 005 0. 2 1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溴代芳烴的綠色合成方法，所述的合成方法包括以溴化氫為溴化劑，硝酸銅為催化劑，分子氧為氧化劑，對(duì)結(jié)構(gòu)如式(1)所示的芳香化合物進(jìn)行溴化，制得所述的溴代芳烴；式(I)中，R是氫；取代基R1、R2、R3、R4、R5各自獨(dú)立選自氫、羥基、氨基、C1-C8烷氧基、單C1-C8烴基氨基、雙C1-C8烴基氨基、C1-C12烷基、C6-C12芳基、C1-C8酰氧基、C1-C8酰氨基、鹵素、硝基、氰基、羧基、C1-C8?；駽1-C8烷氧甲?；⑶襌1、R2、R3、R4、R5中至少有一個(gè)取代基是羥基、氨基、C1-C8烷氧基、單C1-C8烴基氨基、雙C1-C8烴基氨基、C1-C8酰氧基、C1-C8酰氨基或C1-C12烷基。本發(fā)明合成方法底物適用反應(yīng)廣、原子利用率高、避免了有機(jī)溶劑的使用，具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C07B39/00GK101857518SQ201010196890
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者劉銳, 李景華, 王劍 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)