聚乙二醇型酸性離子液體催化合成2-(氨基苯)六氟異丙醇

精細白油化工第26卷第2期40SPECIALITY PETROCHEMICALS2009年3月聚乙二醇型酸性離子液體催化合成2-(氨基苯)六氟異丙醇戴燕李斌棟呂舂緒"李晶晶羅軍(南京理工大學(xué)化工學(xué)院,江蘇南京210094)摘要:合成了聚乙二醇型酸性離子液體,考察了其催化合成2-(氨基苯)六氟異丙醇的影響因素。結果表明，當芳環(huán)上連有吸電子基時(shí)不利于反應的進(jìn)行,連有推電子基則利于反應;當取代基處于對位時(shí),則阻礙反應的進(jìn)行。在六氟丙酮三水合物用量為60 mmol.芳香胺用量為30 mmol.PEG型酸性離子液體為催化劑(用量3.5g)時(shí),104 C反應6.5~40 h,得到了12種2-(氨基苯)六氟異丙醇,收率43.89%~97.8%。該離子液體催化劑可重復使用多次。關(guān)鍵詞:2-(氨基苯)六氟異丙醇三水合六氟丙酮 芳香胺酸性離子液體 聚乙二醇 .中圖分類(lèi)號:0622. 3文獻標識碼:A2-(氨基苯)六氟異丙醇是一類(lèi)重要的有機中1實(shí)驗間體,廣泛應用于醫藥、合成材料等領(lǐng)域[~1],但1.1 主要試劑與儀器該類(lèi)物質(zhì)的合成報道較少(5-7]。傳統合成法是以HFA●3H2O,自制;其余試劑為分析純。毒性很大的無(wú)水六氟丙酮(HFA)氣體為原料,生Trace Ultra-trace DSQ型GCMS, 美國產(chǎn)過(guò)程需冷凍裝置,操作危險、復雜;同時(shí)，多使用Themo Electron Finnigan 公司; Thiele熔點(diǎn)測定HF、AlC]3、BFs●Et2O、TsOH等作催化劑,存在管,溫度計(未校正);KF-1型水分測定儀,上海安環(huán)境污染嚴重、產(chǎn)物回收與凈化復雜、腐蝕設備、亭電子儀器廠(chǎng);Bruker Avance 300(300 MHz)型催化劑不能循環(huán)使用等缺點(diǎn)。核磁共振儀,以TMS為內標。酸性功能化離子液體作為--類(lèi)環(huán)境友好的綠1.2PEG型酸性離子液體的制備[11色催化劑用于替代常規酸催化劑已廣泛應用于多在乙醇鈉溶液中加入等物質(zhì)的量的咪唑，于種反應中[8~10]。筆者設計了一種對水和空氣穩70C恒溫反應8h,制得咪唑鈉乙醇溶液。然后定的新型聚乙二醇(PEG)酸性功能離子液體,并加入聚乙二醇200氯化產(chǎn)物,在70 C反應20 h,成功應用在芳香酸和醇的酯化反應1。為拓寬過(guò)濾,棄去沉淀,在液體中加人1,3-丙烷磺酸內該離子液體的應用領(lǐng)域，同時(shí)提高HFA●3H2O酯,于50C反應10h得到黃褐色黏稠狀液體。與芳胺反應的轉化率和收率，解決路易斯酸等催再加入硫酸,于50 °C反應6 h,生成棕黃色黏稠狀化劑的腐蝕及不能循環(huán)使用等問(wèn)題,筆者首次嘗液體,用石油醚洗滌3次,分液除去有機溶劑,得試以PEG型酸性離子液體為催化劑和結構穩定、離子液體(PEG-IL),收率76%。反應式如下:揮發(fā)性較小的HFA●3H2O為原料,合成了12N種具有市場(chǎng)應用價(jià)值的2-(氨基苯)六氟異丙醇，CI-PEG-CI1.3-PS.PEG-收率43. 8%~97.8%,系統考察了影響該反應的因素。該工藝具有反應條件溫和、操作簡(jiǎn)單、收率H2S0.高等優(yōu)點(diǎn)。反應通式如下:中國煤化工NHzCFsRTYHCN M H G日期:2009- 02 -26.作者簡(jiǎn)介:戴燕(1981 -),在讀博士，主要從事含氟中間體的o-c .3H20+ <8>- -NH;→-OH研究工作。E-mail: yangzi7310@ sina. com.CF3*通訊聯(lián)系人,E mail: lucx@ mail. njust. edu. cn.第26卷第2期戴燕,等.聚乙二醇型酸性離子液體催化合成2-(氨基苯)六氟異丙醇4銨鹽,其強吸電子效應大大降低了芳環(huán)的電子云.Ho,sMN田PEG- N田N S0O;H|2HSOr」 密度 ,不利于目標產(chǎn)物生成。對甲苯磺酸或離子(PEG-IL)液體PEGIL的加人能有效提高反應轉化率和收1H NMR (D,O),8:2. 26(t, 4H, 2CH2)，率，其中以離子液體催化效果最好。2. 74(t, 4H, 2CH2S), 3.58~ 3. 65 [m, 19H,2.2溫度對反應的影響(OCH2CH2).],3. 84~3. 89 (m, 4H, 2CH2)，溫度對反應的影響見(jiàn)表2.4.34~4.38 (m, 8H,2X 2NCH2),7.42(s,2H,表2溫度對反應的影響2CH),7. 48(s, 2H, 2CH),8.72(s, 2H, 2CH);溫度/C .轉化率,%收率,%1C NMR(D,O), 8:18. 9,50. 3,54. 1,56.7，270. 2, 70.5(OCH2CH2).,71. 8,122. 8,123. 0，25.024.145. 344.6137. 0。70.569.01.3 PEG型酸性離子液體催化合成2-(氨基苯)94.892.8六氟異丙醇注;n (HFA●3H2O)，n(p-C.Hs-NHz) =2* l,.m(PEG-磁力攪拌下,將3.5 g PEG-IL加至30 mmolIL)= 2.0 g.反應時(shí)間7 h.芳胺中,氮氣置換,加熱狀態(tài)下緩饅滴加60 mmol由表2可見(jiàn)，溫度對收率影響較大。隨著(zhù)溫HFA.3H2O,滴加完畢后在104 C反應一定時(shí)度的升高，轉化率和收率迅速增加,在回流狀態(tài)間,GC-MS跟蹤反應。反應結束冷卻至室溫,加(104 C)時(shí),反應轉化率和收率達到最大。人5 mL去離子水攪拌約3 min,再用乙醚(8 mL2.3離子液體用量對 反應的影響x3)萃取混合液，合并有機相,經(jīng)無(wú)水硫酸鈉干表3為離子液體用量對反應的影響。由表3燥,除去乙醚等低沸點(diǎn)物即得粗產(chǎn)物。水相經(jīng)真可知，隨著(zhù)離子液體用量的增多,轉化率緩慢增空除水后的離子液體循環(huán)使用?；衔锝Y構由加.收率先增加后降低。這主要是因為催化劑加GC-MS分析確定。人量過(guò)多,副產(chǎn)物相對含量增加，選擇性降低。2結果與討論表3離子液體用量對反應的影響2.1催化劑種類(lèi)對 反應的影響催化劑用量/g由于該反應體系有一-定量水存在，很多常規073.3催化劑如無(wú)水HF、AICl、FeCl.BFs●EtzO等1.081.280.1都不能使用。在n(HFA●3H2O) : n(苯胺)為2.094. 892. 82. 0、催化劑用量為5%(以苯胺質(zhì)量計).104 C反3.595.993.94.596.492.3應7h條件下,考察催化劑種類(lèi)對反應的影響,結6.096.790.2果見(jiàn)表1.注,HFA. 3H20用量60 mmol,苯胺30 mmol,反應溫度表1不同催化劑對 反應的影響104 C,反應7 h.催化劑選擇性,%2.4反應時(shí)間對 反應的影響73. 398.972.5表4為反應時(shí)間對反應的影響。H:SO489.7表4反應時(shí)間對反應的影響HC160.451.8時(shí)間/hH,P,On385. 257.348.9TsOH87.697.485.3179. 278.285. 684.7PEG-IL.*97.9)0.789.2， 用量2.0g.實(shí)驗中,以強質(zhì)子酸為催化劑,加入催化劑后95.1中國煤化工體系立即生成白色固體,攪拌困難。雖然反應體系的轉化率高,但收率卻不理想。這主要是由于YHCNMHG91.3苯胺具有一定的堿性，當體系中加入強質(zhì)子酸催注;HFA ●3H2O用量60 mmol,苯胺30 mmol,PEG I用量化劑后,質(zhì)子酸易首先與--NH2結合生成穩定的3.5g,反應溫度104 C.2精細石油化工2008年3月由表4可以看出,在反應初始階段,轉化率和表5離子液體循環(huán)使 用對反應的影響收率均隨反應時(shí)間的增加而迅速增加;但當反應使用次數14進(jìn)行到-定時(shí)間后,轉化率雖在不斷增加,收率卻.收率,%95. 193.8 92.40.39.5明顯下降，這主要是由于目標產(chǎn)物與過(guò)量的.由表5可以看出,經(jīng)簡(jiǎn)單的真空除水,離子液.HFA●3H2O進(jìn)一步反應生成副產(chǎn)物所致。體循環(huán)使用5次,收率仍保持89. 5%。2.5離子液體循環(huán)使用對反應的影響2.6 取代基對反應的影響無(wú)論從經(jīng)濟的角度還是從環(huán)保出發(fā)，催化劑在n(HFA●3H2O) : n(芳香胺) = 2.0 :的回收利用都是考察催化劑的一-項極為重要的指1.0,PEG型酸性離子液體為催化劑條件下,考察標。PEG型酸性離子液體雖然對空氣和水具有取代基對反應的影響,結果見(jiàn)表6。由表6可見(jiàn)，穩定性,但水能降低其酸度,影響催化性能,所以HFA●3H2O與芳香胺反應主要生成對位取代循環(huán)使用時(shí)需對離子液體進(jìn)行簡(jiǎn)單的除水處理。物,如對位已被占據,則生成鄰位取代物,這與文筆者采用真空旋轉蒸發(fā)對離子液體進(jìn)行粗除水，獻[5,1]報道結果一致。少數情況下(如反應底物然后在70 C真空干燥10 h左右使其含濕量低于為3-甲氧基苯胺,2-甲氧基苯胺),除有正常取代1%。在HFA●3H2O用量60mmol.苯胺用量物生成,還有少量結構式如下所示的物質(zhì)存在。30 mmol、PEG-IL用量3.5 g、反應溫度104 C、CHs,0CHs CF3CF反應時(shí)間8h條件下,考察了離子液體的循環(huán)使HO- _C- <-N- C用性能,結果見(jiàn)表5。CFsCF3CF,表6取代基對反應的影響反應底物產(chǎn)物時(shí)間/h熔點(diǎn)/C苯胺2-<4-氨基苯)六氟異丙醇8150.0~ 152.5(151. 5~152.5)[5]2-甲基苯胺2-<(3- 甲基-4-氨基苯)六氟異丙醇94. 7135. 5~137. 0(136~137) [C]3-甲基苯胺2-<(2-甲基-4-氨基苯)六氟異丙醇97.8103. 5~105.5(104~ 106)[5]4-甲基苯胺2-(2-氨基-4-甲 基苯)六氟異丙醇88.3109. 0~111.0(109~110)[5]3-甲氧基苯胺2-<2-甲氧基-4-氨基苯)六氟異丙醇6.51.4140. 0~ 141.5(141)[0]2-甲氧基苯胺2-(3-甲氧基-4-氨基 苯)六氟異丙醇95.5128. 0~ 130.5(129~ 130)[5]2-氯苯胺2-(3-氯-4-氨基苯)六氟異丙醇68.1121. 8~123.0(122~ 123)[5]3-氯苯胺2-(2-氯-4-氨基苯)六氟異丙醇56.285. 0~86.5(84~86)[5]3-溴苯胺2-(2-溴-4-氨基苯)六氟異丙醇72.5118.5~119.5(119)[]3-氟苯胺2-<(2-氟-4- 氨基苯)六氟異丙醇403.8131. 0~ 132.5(132)[]N,N-二甲基苯胺2-<4-(N,N-二甲基胺)苯)六氟異丙醇89.978. 5~81.5(79~80)[5]2氨基聯(lián)苯2-(3. 苯基-4:氨基苯)六氟異丙醇92.5142~ 143.5(143~-144)[53取代基的電子效應及其在芳環(huán)上的位置對反基苯胺的反應活性較4-甲基苯胺高很多,回流8應都有較大影響。芳環(huán)上連有供電子基團h收率可達97.8%。(-CH3、- OCH.- Ph等)時(shí),反應活性高,有利3結論于反應的進(jìn)行,收率均達88%以上。芳環(huán)上吸電首次以PEG型酸性離子液體為催化劑,并用子基團的存在使情況相反,一Cl、一Br等均使該結構穩定、揮發(fā)性較小的HFA●3H2O替代無(wú)水反應發(fā)生不同程度的鈍化,含一F時(shí)反應很難進(jìn)HFA氣體,以43. 8%~97. 8%的收率合成了12行,反應40 h收率僅有43. 8%。對于相同基團，種具中國煤化，工毖苯)六氟異丙醇。在鄰、間、對位的活性不同,當取代基處于對位時(shí)與i YHCN MH G合成工藝相比,該明顯阻礙反應的進(jìn)行。在其他條件不變的情況工藝原科任質(zhì)溫和，生廣過(guò)程不使用冷凍裝置,具下,即使芳環(huán)上的取代基都為一CHs,化合物3-甲有操作簡(jiǎn)單,反應條件溫和,收率較高等優(yōu)點(diǎn);同第26卷第2期戴燕,等.聚乙二醇型酸性離子液體催化合成2-(氨基苯)六氟異丙醇3時(shí)催化劑易回收,并能有效重復使用,對環(huán)境友Chem, 1965 ,30 (4);1001 ~1003; LiLP, LiuJ W, Zhu I. s, et al, Discovery and optimization好。of a novel series of liver X receptor - a agonists [J]. 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J Org74SYNTHESIS OF 2-AMINO PHENYL HEXAFLUOROISOROPANOLSUSING ACIDIC PEG IONIC LIQUIDS AS CATALYSTSDai Yan, Li Bindong, Lu Chunxu, Li Jingjing and Luo Jun(Chemical Engineering School，Nanjing University of Science and Tecnology,Nanjing 210094, Jiangsu, China)Abstract: Two acidic PEG ionic liquids were prepared and used as the catalysts for the synthesis of2-aromatic amide hexafluoroisopropanols. The influencing factors of the reaction were studied. Theresults showed that the reaction was accelerated by the electron donating substituting groups, but de-creased by the electron- withdrawing substituting groups, and the reaction was inhibited with substitu-tion at p position. Twelve compounds were obtained with 43. 8%- 97. 8% yields under the followingconditions: 60 mmol HFA●3H2O, 30 mmol aromatic amine, 3. 5 g PEG ionic liquid, 104 C and reac-tion time 6.5-40 h. The PEG ionic liquids could be reused and showed no appreciable decrease in ac-tivity.Key words: 2- amino phenyl hexafluoroisopropanols; hexafluoroacetone; anilines; acidic ionic liquid中國煤化工MYHCNMHG