三氟乙酸钠对卤代芳烃的三氟甲基化反应

化合物
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
( 1) 24. 3
0
54. 0 39. 1 37. 9 51. 4
收率 /%
( 2) 47. 0 0. 6 77. 8 39. 6 53. 7 64. 9
注: 1物料比为 n ( A rX ) n ( CuI) n ( CF3 COON a) = 1 2 4; 2 物料 比为 n ( A rX ) n ( Cu I) n ( CF3COON a) = 1 2 8。
* 收稿日期: 2004- 08- 17; 定用日期: 2004- 11- 15 作者简介: 常 瑛 ( 1981- ) , 男, 安徽临泉人, 南京理工大学化工学院博士研究生, 师从蔡春教授, 主要从 事药物中间体 及含氟有机物的 合成研究, 电话及传真: 025- 84315030, 13814097786 , E- m ai:l chyingxia@ 163. com。 联系人: 蔡 春 ( 1965- ) , 男, 南京 理工 大学 化 工学 院教 授, 博 士生 导师, 博 士学 位, 主 要从 事精 细 化学 品的 合成 研究, 电话: 025 84315514, 传真: 025- 84315030。
2 结果与讨论
2. 1 物料配比对反应的影响
以 DM F为 溶剂, 保持 反应 温度 和时间 不变, 改 变底物、 催化剂和三氟乙酸钠 的配比 n ( Ph I) n ( CuI) n ( CF3 COON a ) 进行实验, 结果见表 1。
表 1 底物、催化剂和三氟乙酸钠的配比对反应的影响
T able 1 Effect of m o le ra tio n ( Ph I) n ( Cu I) n ( CF3 COON a ) on the reaction
第 22卷第 4期 2 0 0 5年 4月
精 细化工
FINE CH EM ICAL S
精细化工中间体
三氟乙酸钠对卤代芳烃的三氟甲基化反应*
V o.l 22, N o. 4 A p r. 2 0 0 5
常 瑛, 蔡 春*
( 南京理工大学 化工学院, 江苏 南京 210094 )
摘要: 在惰性气体保护及碘化亚铜催化的条件下, 三氟乙酸钠与溴苯、碘苯以及碘代甲苯和碘代硝基苯等 卤代芳 烃反应, 制备得到相应的三 氟甲 基化 合物。 确定 了该 方法 的适 宜条 件: 溶剂 为 N, N 二甲 基甲 酰胺, n ( PhI) n ( CuI) n ( CF3 COON a) = 1 2 8, 160 下搅拌反应 4 h, 产物收率达 77 8% 。 关键词: 卤代芳烃; 三氟甲基化; 三氟乙酸钠 中图分类号: TQ 453. 2+ 4 文献标识码: A 文章编号: 1003- 5214( 2005) 04- 0311- 03
收率 /%
12 2 20. 5
n ( Ph I) n ( Cu I) n ( CF3COON a)
124
1 26
12 8
54. 0
67. 2
77. 8
1 2 10 77. 2
三氟乙酸钠在碘化亚铜及 加热条件下, 与底物分子 中卤 素取代基发生取代 反应, 生成相 应的三 氟甲基 化合 物, 同 时 放出 CO2。实验结果表明 , 在底物和催化剂 的比固定的 条件 下, n( Ph I) n( CF3 COON a) 由 1 2提 高到 1 8, 产物 三氟甲 苯 的收率由 20 5% 提 高到 77 8% ; 继续 增加 三氟 乙酸 钠的 用 量, 收率并没有进一步提高; 所以选取 n( PhI) n( CF3COON a) = 1 8。
Trifluorom ethylation of A rom atic H alides w ith Sodium T rifluoroacetate
CHANG Y ing, CA I Chun*
( School of Chem ical Eng ineering, N anj ing University of S cience and T echnology, N anj ing 210094, J iangsu, China)
所示。
表 3 温度对反应的影响
T ab le 3 E ffect o f temperature on the reaction
收率 /%
/
120
140
160
170
180
13. 2
56. 3
77. 8
78. 3
81. 8
卤代芳烃在常温下性质比较稳定, 加热条件下有助于提 高其三氟甲基化反应的活性。通过表 3可以看出, 反应温度 低于 120 时, 产物的 收率很 低; 160 时, 收率 达 77 8% , 温度高于 180 时目标产物的收率提高 并不明显, 同时有少 量的副产物五氟乙基苯生成, 因此选取反应温度为 160 。
三氟甲基具有较强的电负 性及相对较小的体积, 向 化合 物中引入一个氟原子或全氟烷 基特别是三氟甲基, 能显 著增 强其极性、稳定 性和 亲 脂性 [ 1] 。三 氟甲 基化 合物 表 现出 良 好的化学及生物活 性, 被 广泛应 用于农 药、医 药及 染料等 领 域。目前, 30% ~ 40% 的农用化学品以及 20% ~ 30% 的药物 分子中至少含有一 个氟原 子 [ 2] 。常见的 亲核性 三氟甲 基化 方法有三氟 甲 基三 甲基 硅烷 (M e3 SiCF3 ) 法 [ 3] 、氟代 磺酰 二 氟乙酸甲酯 ( FSO2 CF2 CO2M e)法 [ 4] ; 亲电 性三氟 甲基化 方法 有四氯化碳 - 氟 化氢 /五 氟化锑 法 [ 5] 。目前, 国内 三氟甲 基 化合物的工业生产中大多采用 氯化氟化的方法, 用氢氟 酸等 强酸及腐蚀性原料, 条件比较苛刻。三氟乙酸钠在以碘 化亚 铜为催化剂及惰性气体保护的 条件下, 能与卤代芳烃反 应生 成相应的三 氟甲 基化 合物 [ 6]。三 氟 乙酸 钠价 廉易 得, 而 且 相对于传统的氯化氟 化法, 其操作条件比较温和。该方 法国 内尚未见研究报道。 作者主 要研究 了物料 比、溶剂、反应 时
间及温度等因素对三氟甲基化产率的影响, 并对该反应的机
理以及所生成的副产物进行了初步分析。
CF 3 COOH
A rX CF3COON a 加热 A rCF3
X
CF3
Cu l Y + CF3COON a 加热
Y + CO 2 + N aX
X
Y
Br
H
Cl
H
I
H
I
m- M e
I
m - NO 2
I
p- NO 2
本文选用的 DM F、DM A c、NM P 均为极性非质 子溶剂, 有 较强的 极 性 和 溶 解 能 力, 有 利 于 形 成 均 相 反 应 体 系。 以
DM F 为溶剂时, 有少量的副 产物 N , N 二 甲基 2, 2, 2 三氟乙 酰胺生成, 而相同条 件下, 以 DM A c 为溶剂 反应 后产 物中没 有检测到相应的三氟 甲基化 产物, 原因 可能 为 DM F 分子中 羰基碳上的活泼氢原子发生了取代反应。以 NM P 为溶剂时 有少量的副产 物 1 甲基 2 三氟 甲基 吡咯、氟 仿及 微量 的水 生成。从表 2的实验结果 可以 看出, 以 DM F 为 溶剂 时产物 收率可达 77 8% , 其价格较低, 所以优先选用 DM F 作反应溶 剂。
Ab stract: In the presence of copper( ) iod ide as the catalyst and under the protection of inert gas, arom atic halides including brom obenzene, iodobenzene, iodotuluene and iodonitrobenzene reacted w ith sod ium trifluo roacetate to g ive the corresponding trifluorom ethy lated com pounds in m oderate to good y ields. T he optim um reaction cond it ions w ere determ ined. Thus, using N, N dim ethy lform am ide as so lven,t m o le ra tio n( PhI) n( CuI) n ( CF3COON a) = 1 2 8, st irring for 4 h at 160 under nitrogen, the y ield am ounted to 77 8% . Key w ord s: arom atic ha lide; trifluorom e thylat ion; sodium trifluoroacetate
表 2 溶剂对反应的影响
T able 2 Effect of so lvent on the reaction
溶剂
收率 /% 收率 /%
DM F 47. 0 77. 8
DM A c 43. 2 74. 4
NM P 42. 1 65. 7
2. 3 温度对反应的影响
以碘代苯为底物, n( PhI) n ( CuI) n ( CF3 COON a) = 1 2 8, 反 应时 间 4 h, 选 择 反应 温度 120~ 180 , 结 果如 表 3
可以看出, 卤代芳烃中卤素取 代基的离去能力对三氟甲 基化反应收率影响很大。卤代苯中碘代苯的反应活性 最强, 产物收率最高可达 77 8% , 其 次是溴 代苯。相 同条件下, 氯 代苯的反应活性很 低, 碘代硝 基苯 比碘代 甲苯 的产 物收率 高。以溴代苯为底物反 应后, GC /M S 检测产物 中有 少量的 碘代苯和五氟乙基苯。碘 代苯的 生成可 能是由 于溴 代苯与
2. 4 底物对反应的影响
溶剂为 DM F, 温 度 160 , 物 料比分 别选 为 n ( A rX ) n ( CuI) n( CF3 COON a) = 1 2 4和 1 2 8, 反应时间 4 h, 结果如 表 4。
表 4 底物对反应的影响 T ab le 4 E ffect o f substrate on the reac tion
1. 3 三氟乙酸钠与卤代芳烃的三氟甲基化反应
在装有磁力搅拌 器、回流冷凝 管和氮 气保护 装置的 100 mL 三口烧瓶中, 将上述制得的 三氟乙酸钠快速加入, 再 加入 30 mL N, N 二甲基甲酰胺 ( DM F) , 搅 拌、通 氮气, 加 1 7 g( 9 mm o l) CuI, 0 5 mL ( 4 5 mm o l)碘 代苯, 油浴升 温至 160 , 保温搅拌反 应 4 h后蒸馏, 产物经 GC 或 G C /M S分 析, 三氟 甲苯收率 77 8% 。
2. 2 溶剂对反应的影响
控制反应温度 160 , 反应时 间 4 h, n ( Ph I) n ( CuI) n ( CF3 COON a) = 1 2 8, 分 别选 用 DM F、N, N 二 甲 基乙 酰 胺 ( DMA c) 和 1 甲基吡咯烷酮 ( NM P )为溶剂, 考察溶剂对 反应 的影响, 结果见表 2。
1. 2 三氟乙酸钠的制备
称取 1. 44 g N aOH 加入 100 mL 装有 磁力 搅拌 器、回 流 冷凝管和氮气保护装置的三口 烧瓶中, 再于冰水浴下缓 慢滴 加 3 0 mL CF3COOH。继续搅拌 反应 10 m in后, 进行真空干 燥即可得到白色的 CF3 COON a固体 (熔点: 204~ 206 )。
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精 细 化 工 F INE CHEM ICALS
第 22卷
1 实验
1. 1 主要试剂与仪器
三氟乙酸为工业 品, 浙 江蓝天 环保高 科有 限公 司; 氯 代 苯、溴代苯, CP, 上海凌峰化学试 剂有限公 司; 碘 代苯, CP, 碘 化亚铜, AR, 中国 医药 (集 团 )上 海化 学试 剂有限 公司 ; 3 碘 代甲苯、3 碘 代硝 基苯 和 4碘 代 硝基 苯均 由 深 圳 M ERYER 公司进口购得; 其余均 为市售 AR。所用试 剂使用 前均进 行 干燥处理。 HP4890气相色谱仪, H P- 5弹性石英 毛细管柱; Saturn 2000 GC /M S仪。