（应用化学专业论文）NO对26二取代对甲酚的氧化研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 酚是一种重要的化学品，广泛存在于各种天然产物中。其烷基取代产物在制药和化 学中间体的合成等方面有着广泛的应用。带有受阻基团的酚具有抗氧化作用，是塑料中 应用最广泛、用量最大的抗氧剂，它的其它衍生物由于在抗生素，抗癌类试剂的合成上 的广泛应用，也受到人们的密切关注。然而它们的制备通常都需要多步的反应，而且试 剂昂贵，对环境造成污染。 本论文首次发现了采用一氧化氮作为氧化剂，在甲醇溶剂中能够对2 ，6 二叔丁基对 甲酚和2 ，4 ，6 三甲基苯酚进行选择性氧化。所生成的产物通过熔点、液相色谱质谱联用、 核磁共振等手段进行了表征，证明了生成的产物为2 ，6 二叔丁基4 甲氧基甲基苯酚和2 ， 6 二甲基4 甲氧基甲基苯酚。考察了反应时间，反应温度，一氧化氮用量等条件对反应 转化率和选择性的影响。得到的最佳反应条件为：反应温度4 0 ，反应时间8h ，一氧化 氮压力0 4m p a 。在此条件下，2 ，6 二叔丁基对甲酚在甲醇溶液中被一氧化氮氧化生成 2 ，6 二叔丁基- 4 甲氧基甲基苯酚的转化率为6 3 ，选择性8 8 ，2 ，4 ，6 三甲基苯酚被氧化 生成2 ，6 二甲基4 甲氧基甲基苯酚的转化率为8 1 ，选择性达到9 9 。尝试性的考察了 一氧化氮对苯环上其它位置取代酚的氧化情况。 考察了在其它醇溶液中反应的情况，均得到了相应的醚式产物，并通过熔点、液相 色谱质谱联用、核磁共振等手段对产物进行了验证。结果表明目标产物的产率随着o h 键的极性减弱而降低。对反应机理进行了探讨。考察了在酸、碱条件下的反应，结果 证明在碱性条件下得到了4 羟基2 ，4 ，6 三甲基环己2 ，5 二烯酮。 关键字：2 ，6 一二叔丁基对甲酚；2 ，4 ，6 一三甲基苯酚；一氧化氮；酚氧化 n o 对2 6 二取代对甲酚的氧化研究 s t u d i e so nt h eo x i d a t i o no f2 ，6 一d i - s u b s t i t u t e d p - c r e s o lb yn o a b s tr a c t p h e n o l s 剐ei m p o r t a n tc h e m i c a l s 柚dw i d e l ve x i s t e di nv a r i o u sn a t u r a lp r o d u c t s t h e i r 2 ，6 - d i - s u b s t i t u t e dd e r i v a t i v e sa r cu s e f u li n t e 咖e d i a t e sf o rc o n s t n l e t i n gh i g l l l yf u n c t i o n a l i z e d b i o l o 舀c a l l ya n dm e d i c i n a l l yi m p o n a n tp r o d u c t s h i l l d e r e dp h e n o l s 缸eal ( i n do fi m p o n a n t a n t i o x i d a n t s ，t h e ya r ew i d e l yu s e d0 nt h ea n t i o x i d a n t so fp l a s t i c t h e i ro t h e rd e r i v a t i v e sh a v e b e e ni n t e n s e l yi n v e s t i g a t e di 1 1v i e w0 ft h e i r 印p l i c a t i o n s 弱觚t i b i o t i c s 锄d 吼t i t u m o ra g e n t s v e r y0 f t e n ，t h e i rp r e p a r a t i o nr e q u i r c sam u l t i s t 印f a c t i o n ，i n v 0 l v e sae x p e n s i v eo x i d a n t ， 0 r p o l l u t et l l ee n v 的衄e n t t l l i st h e s i sf i r s tt i i i l et a k e st h en i t r o u s0 x i d e 勰0 x i d a n t ，t h em e t h 柚o la ss o l v e n t ，c a l l r y i n g o ns e l e e t i v i t yo x i d a t i o ns t u d yo n2 ，6 d i - 纪- b u t y l - 4 一m e t h y l p h e n o la n d 2 ，4 ，6 - t r i m e t h y l p h e n o l 1 m e i rs t r u c t u r e sw e r ec h a r a d e r 娩e db ym e l t i n gp o i n t ，l c - m s 锄d1 hn m rm e t h o d t h e e 纸c t so fr e a c t i o nt i m e ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e 柚dt h e 锄o u n t0 fn i t r o u so x i d eo nc o n v e r s i o n 锄ds e l e c t i v i t yw e r ei n v e s t i g a t e d 柚dw ef o u n do u tt h eo p t i m a lc 0 n d i t i o n ：t e m p e r a t u r e4 0 ， t i m e8h o u r s 7 n l ec o n v e r s i o no f2 ，6 d i 地- b u t y l 4 m e t h v l p h e n o li s6 3 ，觚dt h es e l e c t i v i t v o f2 ，6 一d i - 纪疗- b u t y l 一4 一m e t h o x y m e t h y l p h e n o li s8 8 ；t h ec 0 n v e r s i o no f2 ，4 ，6 - t r i m e t h y l p h e n o l i s8 1 ，趾dt h es e l e c t i v i t yo f2 ，6 - d i m e t h y l 一4 - m e t h o x y m e t h y l p h e li su pt 09 9 1 ko t h e r s u b s t i t u t e dp h e n o l sw e r ea l s os t u d i e dt e n t a t i v e l y t l l eo t h e rs o l u t i o no fa l c o h o lw a s c o m p a r e d ，衄dw e9 0 tt h ec o r r e s p o n d i n ge t h e r s t l l e i r s t m c t u r e sw e r ea l s 0c h a r a c t e r i z e d b ym e l t i n gp o i m ，l c - m sa n d1 hn m rm e t h o d n ey i e l d o fp r o d u c ti s1 0 w e ra st h ep o l 撕t yo f0 - hw e a k e r r e a c t i o nm e c h 觚i s mw a sd i s c u s s e d n e c o n d i t i o n so fa c i d 锄dm a l iw e r ei n v e s t i g a t e d 粗dw eg o t 4 _ h y d r o x y - 2 ，4 ，6 t r i m e t h y l - c y d o h e x a 2 ，5 一d i e n o n ei na 1 1 【a l ic o n d i t i 伽 k e yw o r d s ： 2 ，6 一d i 一纪疗b u t y l - 4 一m e t h y l p h e l ；2 ，4 ，6 一t r 皿e t h y l p h e n o l ；n i t r o u s0 x i d e ； o x i d a t i o no f p h e n o l s i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：媛却日期：竺翌：! ： 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定竹，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：强 币 导师签名：上丢轻丛生仁 兰年上月上日 大连理工大学硕士学位论文 己l吉 丁i 口 酚是一种重要的化工原料，在合成纤维、橡胶、塑料、医药、农药、香料、油漆、 染料、涂料、消毒剂、胶粘剂等各方面都具有广泛的应用【1 1 。无论在工业生产还是研究 领域都有着重要的意义，很多的化学，电化学反应和生物合成都是在基于酚氧化的基础 上进行的【到。其氧化产物对羟基苯甲醛不仅是合成香兰素的一种重要的中间体，而且在 香料化学上还可以合成大茴香醛、洋茉莉醛、丁香醛和覆盆子等许多珍贵的香料。在化 妆品行业，用对羟基苯甲醛可以合成3 ，5 二氯4 一羟基苯甲醛，一种可用于快速杀菌，用 作化妆品的保护剂。随着人们生活水平的提高，化妆品行业的精细化学品需求呈快速增 长之势【3 圳。在医药方面，对羟基苯甲醛主要用于合成抗菌增效剂甲氧基苄胺嘧啶、羟 基氨苄青霉素、羟基苄头孢霉素、三甲氧基苯甲醛、对羟基甲醇葡萄糖、对羟基苯甘氨 酸、祛痰药杜鹃素、人造天麻、艾司洛尔等，也可用于合成抗高压药、抗高血脂药、心 血管疾病等、治疗皮肤病和眼疾的药物等【6 7 1 。3 ，5 二叔丁基- 4 羟基苯甲醛是合成由美 国w 锄e r - l a m b e r t 公司研制的，用于治疗类风湿关节炎和骨关节炎的一种新型非甾体抗 炎药( n s m d s ) 环氧化酶2 和5 脂氧合酶双重抑制剂d a r b u f e l o n em e s i l a t e 的重要起 始原剃别。对羟基苯甲酸是用途广泛的有机合成原料，特别是酯类的合成，包括对羟基 苯甲酸甲酯、乙酯、丙酯、丁酯、异丙酯、异丁酯等可作食品添加剂，如用于水果及蔬 菜、腌制品等，还广泛用于化妆品、医药防腐剂和杀菌剂等方面【9 1 。近年来随着医药、 农药、香料等工业的迅速发展，酚类氧化产物的国内需求量大幅度增加，所以酚类化合 物的氧化研究对于发展我国的精细化工，具有重要的现实意义。 然而，酚类化合物的氧化机理非常复杂，不仅会发生偶合反应，还会发生其它各种 反应i l 。直到现在，人们也没能搞清楚酚类氧化反应的各个细节。目前普遍认为反应是 通过形成一种烯酮式结构的中间体来进行的。这种中间体非常不稳定，只能存在于稀溶 液中1 1 1 。而且，传统的氧化反应一般采用氧气液相催化氧化或者用卤素、高锰酸钾、过 氧化氢等氧化剂进行化学试剂氧化，前者原子利用率低，操作条件苛刻、复杂，对设备 腐蚀性大，生成大量废物无法处理，而后者试剂昂贵，对环境有毒有害，不适合工业生 产。 另一方面，9 0 年代以来，随着物质文明的发展，一氧化氮对大气的污染己经成为一 个日益严重的全球性问题【1 2 ，1 3 j ，世界性的大气污染已经从以s 0 2 污染为主的煤烟型污染 转变为了以n 0 x 污染为主的石油型复合污染。在我国，n o x 已经成为北京、上海、广州、 沈阳、西安、重庆等城市的主要大气污染物，一些地方甚至产生光化学烟雾现象【1 4 ，1 5 1 。 就在人们不断寻找催化剂和还原剂来对一氧化氮进行治理的时候，有人发现了一氧化氮 n o 对2 ，6 二取代对甲酚的氧化研究 在生物学上的重大作用，于是，一氧化氮备受瞩目，大量的专家学者都在研究一氧化氮 的生理、病理作用甚至临床医疗应用，关于一氧化氮的各种生物学研究论文在相关杂志 上竞相刊出。一氧化氮成为了如今的明星分子【1 6 】。 在这样一种背景下，本课题发现了一氧化氮和受阻酚2 ，6 一二叔丁基对甲酚( b h t ) 等发生的一种新的氧化反应。不仅为受阻酚的氧化提供了一条新的可能路线，并且对酚 的氧化机理和一氧化氮生物学作用本质的研究有着重要的意义。 大连理工大学硕士学位论文 1 文献综述 1 1n o 的性质 1 1 1n o 的危害和生物学意义 n o 无色、无臭，分子量为3 0 0 1 ，溶点1 6 3 6 0 ，沸点1 5 1 7 0 ，在常温下为无色 气体，但在液态和固态为蓝色，不助燃。它是一个气态双原子分子，是一个自由基，具 有很高的活性。同时，它既是污染环境的罪魁祸首，并且造成显著的细胞损伤，导致疾 病的发生，又是生物体必不可少的信使分子【1 7 】。 n o 对人有致癌效果，它与血液中的血红蛋白亲和力较强，从而使血液的输氧能力 下降，还会导致中枢神经受损，引起痉挛和麻痹。高浓度急性中毒时，将迅速导致肺部 充血和水肿，甚至窒息身亡1 1 引。n o 浓度较高时，常温下易与氧结合形成棕褐色、一有刺 激性气味的n 0 2 ，其特异臭味非常灵敏，1 p p m 就能感觉到。n 0 2 严重刺激呼吸系统， 使血液中的血红蛋白硝化，同时对人体的心、肝、肾、脾造血组织都有影响。n o 的危 害，还在于它是造成酸雨和引起气候变化的重要原因之一，它与0 3 和o h 等自由基作 用生成n 0 2 、h n 0 2 、h o n 0 2 等进而形成酸雨【1 9 j ，酸雨会严重破坏湖泊江川的生态环境， 腐蚀建筑物和桥梁，并对土壤、森林、农作物都有严重的破坏作用，代价昂贵。另外， 它在太阳的照射下能与烃类化合物发生一系列的光化学反应而生成光化学烟雾【加l ，它对 眼睛和呼吸系统有明显的刺激作用，会造成人的眼睛红肿、视力减退、呼吸紧张头痛全 身麻醉肺水肿等且有一定的致癌性 然而，2 0 世纪9 0 年代以来，当人们发现血管内皮松弛因子但d r f ) 的化学本质极 有可能就是由一个氧原子和一个氮原子组成的一氧化氮时，一氧化氮在生物学上的重要 作用开始受到了人们的密切关注，而几乎同时发现这一现象本质的三位科学家l o u i sj i 印舭o ，f e 咖m u r a d 和r o b e r tf f u r c h g o t t 分享了1 9 9 8 年诺贝尔医学奖。 n o 是近二十余年来新发现的小分子活性物质，其在循环、呼吸、消化、内分泌、 神经及免疫系统中的生理、生化、病理及药理学意义已成为近十多年研究的热点之一。 内源性n 0 的半衰期很短( 约1 0 2 0s ) ，其代谢途径主要是：上精氨酸、分子氧、d p h 和m 在n o s 催化下，转化为胍氨酸，然后进一步氧化，生成稳定的n o 和代谢终 产物而失去活性。已知，n o 通过兴奋鸟苷酸环化酶使环磷酸鸟苷( c g m p ) 增加，通过依 赖c g m p 的蛋白激酶调节磷酸二酯酶和离子通道，以产生多种生物学效应。如今，大量 的专家学者都在研究一氧化氮的生理、病理作用甚至临床医疗应用，关于一氧化氮的各 n o 对2 6 二取代对甲酚的氧化研究 种生物学研究论文在相关杂志上竞相刊出。人们已经发现，n o 不仅仅存在于血液循环 系统中，还普遍作用于神经系统、内分泌系统、生殖器、肝脏、肾脏、胃、肠等中【2 1 】。 1 1 2n 0 的化学性质 化学工作者的一种思维逻辑是试着从具有生物活性的化学物质的化学性质入手，研 究它的各种基本的化学行为，与其它各种物质的作用机理，以达到理解它的生物本质的 目的。与其它化学物质一样，一氧化氮所具有的重要生物学作用与它的化学本质密不可 分。 ( 1 ) 一氧化氮与碳碳双键的反应 早在2 0 世纪5 0 年代，在有氧条件下一氧化氮与碳碳双键的反应已被深入地研究 过。b r 0 、釉等【2 2 l 曾很深入地研究了一氧化氮与烯烃的反应。通过对n o 与异丁烯的反应 的深入研究，他指出：n o 在痕量氧存在条件下( 也即有少量n 0 2 ) ，经自由基反应机理得 到硝基、亚硝基取代或二者共存的产物。并认为该反应是由n o 气体中存在的少量n 0 2 引发的。 中嗡+ 图1 1n 0 与异丁烯的反应 f 谤玳1 1 r e a c t i o fn 0w i t hi b u t c 其它的一些研究结果支持了b r 0 、n 的理论【矧。1 9 7 8 年，t u a i l l o n 和p e r r o t i 纠报道了 在室温和太阳光下，n o 与苯乙烯等芳环取代的烯烃反应，并认同这些反应是由少量n 0 2 引发的。1 9 9 4 年，i n 9 0 l d 等1 1 4 l 利用取代醌自旋捕截了n o 与烯烃反应的中间体，比较有 说服力地证明了该类反应是由n 0 2 引发的自由基反应。 ( 2 ) 一氧化氮与炔的反应 既然一氧化氮能与碳碳双键发生自由基反应生成取代的硝基化合物，那么它是否能 与炔类化合物发生类似的反应呢? h a t a 等【2 5 j 对此作了深入的研究。结果表明：一氧化氮 作为一个弱亲电自由基，能跟一些亲核试剂如炔烃反应，生成二取代的亚硝基化合物。 大连理工大学硕士学位论文 c o o r e a c t i o nt e m p e 阳t u 陀， c ) 垒 8 暑 星 零 图3 3 反应温度对2 ，6 一二叔丁基对甲酚氧化的影响 f i 9 3 3e 傣斌o f 他a c t i o n 蜘p e r a 臼l r e0 n 嘶d 鲥o no f 2 ，6 - d i 一纪膨- b l l t y 】_ 4 m e l y l 】p h e l - 口- ：c o n v e r s i o i 溉；一一：s e l e c t i v i 聊 i 沁a c d o nt i r n e ：8h ；p r c s 卯r eo f n o ：o 4m p a 3 3 2 反应时间对反应的影响 温度恒定在4 0 时，2 ，6 一二叔丁基对甲酚与甲醇反应，用液相色谱确定反应物的收 率，考察时间对反应的影响，结果见表3 3 ： 表3 3 反应时间对2 ，6 一二叔丁基对甲酚氧化的影响 t a b l e3 3e 肫c to f r e a c t i o nt i i n e0 no x i d 撕0 no f 2 ，6 “- t e n - b u t y l _ 4 m e m y l p h e n o l 由表3 3 得图3 4 ，反应转化率一直随着时间的增加而增加，在反应8h 后开始变得 缓慢，从8h 到1 2h 四个小时的时间转化率从6 3 到6 6 只进行了三个百分点。而选择性 起初随着反应的进行而增加，在6 h 的时候达到最高，然后稍微有所下降。分析认为同温 度的影响类似，在开始的时候先生成中间产物，随着时间的进行中间产物进一步转化成 为目标产物，而继续增加反应时间则会带来醛类和一些焦油类的副产物。反应在2 h 转 n o 对2 ，6 二取代对甲酚的氧化研究 化率为3 0 9 6 的时候即有7 9 的选择性，这说明中间产物的存在是一个很短的过程，随后马 上转化成为目标产物。时间对转化率的影响相对较小，由于从6h 到8h 的过程中，转化 率从5 3 提升到了6 3 ，而选择性只降低了一个百分点，继续增加时间，虽然转化率还可 以略微增加，但是导致了选择性的降低，所以反应时间认为以8h 为宜。 蕃 殳 g 砉 u r e a c d t i 枷 图3 4 反应时间对2 ，6 一二叔丁基对甲酚氧化的影响 f 远3 4 e 彘c to f 他a c t i o nt i i n eo n0 x i d a t i o no f 2 ，6 吐- 纪，幽n y l _ 4 m e m ) ，l p h 钮o l 口- ：c 伽鹏f s i o n ；- ：l e 甜v i t ) ， r e a c t i t e r 印啪l u r e ：4 0 ；p r e 观啪o f n o ：o 4m a 3 3 3 一氧化氮用量的考察 在使用卤素或者金属对b h t 进行氧化时，产物的选择性和氧化剂的量有着很大的 关系，以1 2 做氧化剂为例，当氧化剂与b h t 摩尔比为1 ：l 时，反应生成醚式结构，当 加大氧化剂用量，使用2 个当量的1 2 时，能够进一步将b h t 氧化生成4 一羟基3 ，5 二对 叔丁基苯甲醛，为了考察在n o 体系中是否也有着同样的现象，我们考察了催化剂量， n o 与底物摩尔比1 ：1 ，4 ：l 的反应，结果如表3 4 大连理工大学硕士学位论文 表3 4n o 用量对2 ，6 二叔丁基对甲酚氧化的影响 t a b l e3 4e 仃e c to f n l e 锄0 u n to f n o0 n 嘶d 撕o no f 2 ，6 面七r t - b u t y l - 4 - m e m y l p h e n o l 由表可得两点结论，第一，催化剂量的n o 只生成了很少的产物，说明催化剂量的 n o 是不足的，它是以化学计量来参与反应的。第二，使用过量的n o 反后，2 ，6 一二叔 丁基一4 一甲氧基甲基苯酚的选择性并没有太大的降低，这说明和以往的氧化剂不同，n o 很难将生成的醚氧化成醛。虽然在反应产物中仍检测到有少量醛的生成，但增加n o 的 用量并不能带来醛选择性的明显提升，说明它始终只能是一个副产物。 3 42 6 一二叔丁基对甲酚与不同醇的反应 3 4 1 结果分析 既然b h t 在甲醇中能够生成甲氧基产物，那在其它醇中是否也能生成相应的烷氧基 产物呢? 为此，我们考察了其在乙醇，丙醇，异丙醇中的反应。用2 ，6 一二叔丁基对甲酚 分别与甲醇，乙醇，丙醇和异丙醇4 0 反应8h ( 图3 5 ) ，用液相色谱确定反应的转化 率和选择性，反应结果如表3 5 ： l ；：；鬣宅c h ， 2 c ：r = c h 2 c h 2 c h ， 知：r 爿c h 3 ) 2 c 图3 5 不同的醇与2 ，6 一二叔丁基对甲酚的氧化反应 f i g 3 5 o x i d 撕0 nr e a c t i o no f2 ，6 面也r t - b u t y l _ 4 m e m y l p h e n o l 诵t 1 1d i f i 衙e n ta l c o h o l n o 对2 ，6 二取代对甲酚的氧化研究 表3 5 不同的醇与2 ，6 二叔丁基对甲酚氧化的反应 t a b l e3 5o x i d a t i o nr e a c t i o no f2 ，6 面船r t - b u t ) r 1 4 - m e m y l p h e n o l 诵ld i f 】f e r e ma l c o h 0 1 从表中可以看出甲醇的收率最好，反应随着甲醇，乙醇，丙醇，异丙醇的顺序越来 越难以进行。分析原因是由于烷基与羟基相连，烷基的电负性比羟基小，烷基为供电子 基而使o h 键的极性减弱。甲基越多，供电性越强o h 键极性减弱的程度越大，使之 不易离旷，亲核基团c h 3 0 等的形成也更加困难，难以对碳正离子进行进攻，从而导致 反应越来越难以进行。 3 4 2 结构鉴定 所得各种产物结构鉴定如下： 2 ，6 二叔丁基_ 4 甲氧基苯酚( 2 a ，附图1 ) ：熔点：9 9 1 0 0 ，1 h 猢( c d c l 3 ) ： 6 1 4 0 ( s ，1 8 h ，c ( c h 3 ) 3 ) ； 3 2 3 ( s ，3 h ，o - c h 3 ) ；4 2 3 ( s ，2 h ，a r - c h 2 - o ) ；5 1 0 ( s ，1 h ，a r o h ) ； 7 1o ( s ，2 h ，h 。舳) 。 2 ，6 二叔丁基_ 4 乙氧基苯酚( 2 b ，附图2 ) ：熔点：3 7 3 8 。1 h - n m r ( c d c l 3 ) ： 6 1 2 6 ( t ，3 h ，c h 3 ) ；1 4 3 ( s ，1 8 h ，c ( c h 3 ) 3 ) ；3 5 5 ( 2 h ，o c h 2 一) ；4 3 9 ( s ，2 h ，a r - c h 2 - o ) ；5 1 8 ( s ，1 h ， a 卜o h ) ；7 1 4 ( s ，2 h ，h a n 咖) 。 2 ，6 二对叔丁基4 ( 丙氧基) 酚( 2 c ，附图3 ) ：熔点：3 4 3 6 ，1 h 舢( c d c l 3 ) ， 6 0 9 6 ( t ，3 h ，c h 3 ) ；1 4 4 ( s ，18 h ，c ( c h 3 ) 3 ) ；1 6 2 ( 2 h ，一c h 2 - ) ；3 4 3 ( t ，2 h ，o c h 2 - ) ；4 4 0 ( s ，2 h ， a r - c h 2 - o ) ；5 17 ( s ，1h ，a 卜o h ) ；7 14 ( s ，2 h ，h 啪m ) 。 2 ，6 二对叔丁基_ 4 ( 异丙氧基) 酚( 2 d ，附图4 ) ：熔点：5 9 - 6 0 1 h 舢 ( c d c l 3 ) ，61 21 ( d ，6 h ，c h 3 ) ；1 4 4 ( s ，18 h ，c ( c h 3 ) 3 ) ；3 6 5 ( 1h ，c h ) ；4 4 0 ( s ，2 h ，a r - c h 2 - o ) ； 5 1 7 ( s ，1 h ，a r - o h ) ；7 1 4 ( s ，2 h ，h 。咖n ) 。 3 5 不同底物的考察。 3 5 1 苯环上各种位置取代的酚作为底物 为了对反应有更加深入的了解，我们考察了苯环上不同位置取代的酚的氧化情况， 分别以2 4 ，6 三甲基苯酚，2 对叔丁基一4 甲酚，2 ，4 _ 二甲基酚，2 ，3 ，6 三甲基酚，2 ，3 ，5 一三 甲基酚，2 甲氧基4 甲酚，2 ，6 二溴对甲酚为底物，在8h ，4 0 下进行反应。其中，2 - 大连理工大学硕士学位论文 甲氧基4 甲酚是合成香兰素的重要原料，若能被氧化成醚，则可能提供一种新的香兰素 的合成路线，有着重大意义。遗憾的是，在用n o 对2 甲氧基_ 4 甲酚氧化产物中并未分 析到有2 甲氧基，4 甲氧基甲基苯酚的生成。在与其它底物的反应中，对甲酚不发生反应， 而与2 对叔丁基_ 4 甲酚，2 ，4 二甲基酚，2 ，3 ，6 三甲基酚，2 ，3 ，5 三甲基酚，2 甲氧基- 4 甲酚，2 ，6 二溴对甲酚的反应结果中，转化率和选择性均较低，并未对其做进一步的 考察。只有2 ，4 ，6 三甲基苯酚被n o 氧化得到2 ，6 一二甲基一4 一甲氧基苯酚的选择性达到 9 9 。 3 4 22 ，6 一二甲基一4 一甲氧基甲基苯酚的鉴定。 图3 6 为n o 氧化2 ，4 ，6 二甲基苯酚反应所得产物的h m r 谱图( c d c i ：为溶剂，t m s 为内标) ： 图3 62 ，6 一二甲基一4 一甲氧基苯酚的核磁共振谱图 f i g 3 6 1 h n m rs p e c 仃i 瑚o f2 ，6 d i t c ：r t - b 叫- 4 - n l c m o x ) ，i 】m y l p h e n 0 1 n o 对2 ，6 二取代对甲酚的氧化研究 表3 62 ，6 一二甲基一4 一甲氧基苯酚h 4 虹偶谱图数据及归属 t a b 3 6 a n a l y s i so f 2 ，删i t c r t - 1 ) u t y l _ 4 m e l o x y n 舱t h y l p h e n o l sm - 卜m ts p e e 仉】吼 ( d ) 0 h ( a ) ( a ) 表3 6 为其结构和2 ，6 二叔丁基_ 4 甲氧基苯酚类似。表3 9 为2 ，6 二叔丁基_ 4 甲氧 基苯酚的核磁解析。其中，与b h t 不同，a 位置两个甲基上的6 个氢由于受到苯环的 作用，所以化学位移向低场出现在2 2 2 9 。测定其熔点为5 2 5 3 ，质谱得到化合物分 子量为1 6 6 ，均与符合文献数据【3 2 】。 所以，根据1 h n m r 谱图，熔点和分子量确认此产物为2 ，6 二叔丁基_ 4 甲氧基苯酚 3 6 2 ，4 ，6 一三甲基苯酚在不同醇中的反应 3 6 1 结果分析 鉴于2 ，4 ，6 二甲基苯酚氧化的高选择性，我们考察了其在不同醇溶液中的氧化。 2 ，4 ，6 一三甲基苯酚分别与甲醇，乙醇，丙醇，异丙醇和乙二醇单甲醚在4 0 反应8h ， 用液相色谱确定反应的转化率和选择性，反应结果如表3 7 ： 大连理工大学硕士学位论文 n 0 i i r o h 3 ： 寒虢c ， 4 c ：r = c h 2 c h 2 c 3 4 d ：r ：( c h 3 ) 2 c h 钯r = c h 2 c 2 0 c 3 图3 7 不同的醇与2 ，4 ，6 三甲基苯酚的氧化反应 f 噜3 7o ) 【i d 撕o nr e a c 6 0 no f2 ，4 ，6 t r j m e 廿1 y 】p h 即o l 丽t l ld i 伍玳呲a l c o h o l 表3 7 不同的醇与2 ，4 ，6 一三甲基苯酚的氧化反应 t a b l e3 7o x i d a t i o nr e a c t i o no f 2 ，4 ，6 矗m e t l l y l p h e n o l 谢t l ld i 施r e ma l c o h o l 由表可见，反应的转化率和选择性都要高于b h t 的氧化，分析是因为b h t 的两个叔丁 基的空间位阻较大，不利于酚上氢的离去，从而难以形成中间体的二烯酮式结构。同时 我们考察了带有吸电子基团的乙二醇单甲醚，发现其反应的选择性只有6 0 ，经检测发 现有2 6 的原料转化成了副产物3 ，5 一二甲基一4 一羟基苯甲醛。 3 6 2 结构鉴定 所得各种产物结构鉴定如下： 2 ，6 二甲基_ 4 甲氧基苯酚( 4 a ，附图5 ) ：熔点：5 2 5 3 ，1 h n m r ( c d c l 3 ) ： 蚕2 2 4 ( s ，6 h ，a r c h 3 ) ；3 3 7 ( s ，3 h ，o - c h 3 ) ； 4 3 3 ( s ，2 h ，a r - c h 2 - o ) ；4 6 0 ( s ，1 h ，时- o h ) ； 6 9 7 ( s ，2 h ，h 踟) 。 2 ，6 二甲基_ 4 乙氧基苯酚( 4 b ，附图6 ) ：熔点： 3 8 3 9 。 1 h n m r ( c d c l 3 ) ： 6 1 2 6 ( t ，3 h ，c h 3 ) ；2 2 4 ( s ，6 h ，a r - c h 3 ) ；3 5 5 ( 2 h ，o c h 2 - ) ；4 3 8 ( s ，2 h ，a r c h 2 o ) ；4 8 2 ( s ，1 h ， a r - o h ) ；6 9 6 ( s ，2 h ，h 咖) 。 n o 对2 ，6 二取代对甲酚的氧化研究 2 ，6 二甲基4 ( 丙氧基) 酚( 4 c 附图7 ) ：熔点：3 0 3 1 ，1 h 栅( c d c l 3 ) ， 6 0 9 2 ( t ，3 h ，c h 3 ) ；1 6 2 ( 2 h ，一c h 2 - ) ；2 2 3 ( s ，6 h ，a r c h 3 ) ；3 4 0 ( t ，2 h ，o - c h 2 - ) ；4 3 5 ( s ，2 h ， a r - c h 2 一o ) ；4 6 6 ( s ，1h ，a r - o h ) ；6 9 5 ( s ，2 h ，h 踟) 。 2 ，6 二甲基4 ( 异丙氧基) 酚( 4 d ，附图8 ) ：熔点：4 0 _ 4 1 1 h 舢 ( c d c l 3 ) ，6 1 2 0 ( 也6 h ，c h 3 ) ；2 2 2 ( s ，6 h ，a r - c h 3 ) ；3 6 0 ( 1 h ，c h ) ；4 3 5 ( s ，2 h ，a r - c h 2 - o ) ； 4 6 6 ( s ，1h ，a r - o h ) ；6 9 5 ( s ，2 h ，h 。舢) o 1 甲基2 ( 3 ，5 二甲基_ 4 羟基苄基) 乙二醇( 4 e ，附图9 ) ：熔点：6 3 6 5 1 h 舢 ( c d c l 3 )，6 2 2 2 ( s ，6 h ，a r c h 3 ) ； 3 4 8 ( 3 h ，o c h ) ； 3 5 8 ( 4 h ，o c h 2 c h 2 0 ) ；4 4 2 ( s ，2 h ， a 卜c h 2 一o ) ；4 8 0 ( s ，lh ，a r - o h ) ；6 9 6 ( s ，2 h ，h 。删n ) 。 3 7 反应机理探讨 由于烯酮结构( 图3 1 ) 是对甲酚及其衍生物氧化的中间体，它具有很高的反应活 性。所以，在n o 作用下，酚首先生成酚氧自由基，然后生成中间体烯酮结构式结构， 它的共振式带有亲电的碳正离子，受到溶液中的烷氧基的进攻从而生成醚。 r r n 0 rr r r m e o h r 卜 图3 8n o 氧化反应机理 f 培3 8m e c h a n i 蛐o fo ) 【i d a l i o n 他a c 6 0 nb yn o 大连理工大学硕士学位论文 3 8 溶液酸碱性对反应的影响 3 8 1 在酸性溶液中的反应 将5 og 的2 ，4 ，6 三甲基苯酚溶于8 0i n l 甲醇，再加入4 0m l 乙酸，4 0 下反应8h ， 分析得反应转化率7 5 ，选择性9 2 。与反应在中性条件下相比，转化率由原来的8 l 降低到7 5 ，选择性也从9 9 降低到了9 2 。这可能是因为酸性条件并不利于烯酮式 结构的形成，而且加入乙酸后，有新的副反应被引入，导致选择性也随之下降。 3 8 2 在碱性溶液中的反应 最后我们考察了反应在碱性条件下的情况。用n a o h 溶液提供碱性条件，在甲醇溶 液中氧化2 ，4 ，6 三甲基苯酚，结果出乎意料的发现原来的目标产物2 ，6 二甲基_ 4 甲氧基 甲基苯酚只有4 的选择性，而反应主要得到的是4 羟基2 4 ，6 三甲基环己2 ，5 二烯酮。 反应的转化率为8 0 ，4 羟基2 4 ，6 三甲基环己2 ，5 二烯酮的选择性为4 8 。 4 羟基2 ，4 ，6 三甲基环己2 ，5 二烯酮结构表征如下： 图3 94 一羟基一2 ，4 ，6 一三甲基一环己一2 ，5 一二烯酮的核磁共振谱图 f i 9 3 9 1 h 小m is p e c t r u 吼o f 4 h y d r o x y - 2 ，4 ，6 - 仃 m e 血y l - c y c l o h e ) 阻2 ，5 面e n o n o 对2 ，6 二取代对甲酚的氧化研究 表3 84 _ 羟基一2 ，4 ，6 一三甲基一环己一2 ，5 一二烯酮h 撇谱图数据及归属 t a b 3 8仙y d r o x y 2 ，4 ，6 矧m e 岫1 c y c l o h c x a - 2 ，5 碰锄呲sm - n m r 剐瞅眦 o ( a ) 6 峰型 氢数归属 其中，由于苯环的消失，a 位置甲基不再受到苯环的影响共振信号峰出现在1 4 2 7 ， b 位置两个甲基上的6 个氢也同样化学位移向低场移动出现在1 8 5 5 ，c 位置为醇上氢 的共振信号峰，原来苯环d 位置的两个氢的共振信号峰也随着苯环作用的消失而出现在 6 6 2 6 。 大连理工大学硕士学位论文 质谱得到化合物分子量为1 5 2 。谱图如图3 1 2 ： 图3 1 24 一羟基一2 ，4 ，6 一三甲基一环己一2 ，5 一二烯酮的液质谱图 f i 驴1 1 l c m ss p e c 仇吼o f4 - h y d r o x y - 2 ，4 ，6 妇n l y l - c y c l o h e ) 旺l - 2 ，5 砸e n o 测定其熔点为4 5 4 6 ，均符合文献数据5 0 1 。 一3 5 n o 对2 ，6 二取代对甲酚的氧化研究 2 3 结论 通过1 hn m r 谱图，熔点和质谱的方法鉴定了2 ，4 二对叔丁基对甲酚和2 ，4 ，6 三甲 基苯酚在甲醇溶液中被n o 氧化生成的产物为2 ，6 二叔丁基4 甲氧基甲基苯酚和 2 ，6 二甲基4 甲氧基甲基苯酚。考察了反应时间，反应温度，n o 用量等反应条件 对反应转化率和选择性的影响。得到的最佳反应条件为反应温度4 0 ，反应时间 8h 。在此条件下，2 ，4 二对叔丁基对甲酚在甲醇溶液中被n o 氧化的转化率为6 3 ， 选择性8 8 ，2 ，4 ，6 三甲基苯酚被氧化生成2 ，6 二甲基4 甲氧基甲基苯酚的转化率 为8 1 ，选择性达到9 9 。 分别考察了2 ，6 二叔丁基对甲酚和2 ，4 ，6 三甲基苯酚在不同醇溶液中的反应，结果 说明与甲醇反应的转化率和选择性最高，产率随着o h 键的极性减弱而降低。探讨 了反应机理，考察了在酸、碱条件下的反应，证明了在碱性条件下得到的主产物为 4 _ 羟基2 ，4 ，6 三甲基环己2 ，5 二烯酮。 尝试了苯环上其它位置取代的酚的氧化情况。分别对2 对叔丁基4 甲酚，2 ，4 二甲 基酚，2 ，3 ，6 三甲基酚，2 ，3 ，5 三甲基酚，2 甲氧基4 甲酚，2 ，6 二溴对甲酚为底物， 均未得到满意的效果，说明中间产物烯酮式结构的生成是反应的关键，中间产物的 高活性使得反应对底物的要求较高。 大连理工大学硕士学位论文 参考文献 1 张芳西等含酚废水的处理与利用北京：化学工业出版社1 9 8 3 2 c hf o s t e r ， d ap a y n e c h e m i s t r yo f4 ，4 一d i m e t h o x y c y c l o h e x a 一2 ，5 一d i e n o n eu n u s u a l f o r m a t i o no fb r i d g e dp o l y c y c l i cc o m p o u n d s j a m c h e m s o c ，1 9 7 8 ，1 0 0 ( 9 ) ：2 8 3 4 2 8 3 7 3 王浩俨，顾小航等对羟基苯甲醛的合成，化学研究，1 9 9 8 ，9 ( 4 ) ：5 0 一5 2 4 王景明对羟基苯甲醛及其衍生物天津化工，1 9 9 8 ，3 ：1 6 1 8 5 汪多仁对轻基苯甲醛合成与应用开发江苏农药，2 0 0 0 ，( 4 ) ：3 4 3 5 6 s i g e r ut ， h i d e ot ， t a k a s is r e g i o s p e c i f i ce l e c t r o a c e t o x y l a t i o no f4 m e t h y l p h e n y l a c e t a t et of o r m4 一a c e t o x y b e n z y la c e t a t e as i g n i f i c a n tp r o c e d u r ef o rv a n i l l i ns y n t h e s i s i n v 0 1 v i n g n o v e le t h e r i f i c a t i o nm e t h o d so f a r y l b r o m i d e s j o r g c h e m ，1 9 7 9 ， 4 4 ( 1 9 ) ：3 3 0 5 3 3 1 0 7 p e r c ysm ，p e t e rsb ，h a r r ysw s y n t h e s i so f3 ，4 ，5 一t r i m e t h o x y b e n z a l d e h y d e s y n t h e t i c c 伽眦n i c a t i o n s ，1 9 9 0 ，2 0 ( 1 7 ) ：2 6 5 9 2 6 6 6 8 曲洪琴，赵冬梅，程卯生3 ，5 一二叔丁