（化学工艺专业论文）声化学法制备格利雅试剂及其合成二甲基苄基甲醇的研究.pdf

摘要 二甲基苄基甲醇是一种重要的香料，它除了可用于制备花香型香精，如百合， 水仙，铃兰等高级花香型香精外，它的乙酸酯有清新的香韵，因而使其价值倍增， 常用在风信子，百合，莱莉花等花香型香精中。 格利雅试剂在香料、医药的合成中应用很广泛，但传统的制备工艺要求苛刻。 本研究采用的在超声波条件下制备格利雅试剂，r 艺简单，反应时间大大缩短， 对设备的要求低，条件温和，反应可以用普通试剂级的乙醚或t h f 而无需干燥， 且不需要对周围环境的条件提出严格要求，反应的诱导期大大缩短，可直接得到 高产率的格利雅试剂，而且相当部分较难合成的格利雅试剂在超声波条件下合 成时不需要引发剂。这些对格利雅试剂的工业化生产具有重要的意义。 本文探讨了超声波合成格利雅试剂的机理，研究了声化学法制备格利雅试剂 氯化苄基镁的最佳工艺条件为：在超声波的功率为5 0 0 w ，频率为2 5 | k h z ，有1 2 个换能器的条件下，水浴温度为2 0 ，以t h f 为溶剂，不搅拌。 本论文首次利用声化学法制备格利雅试剂一氯化苄基镁，并研究了利用氯化 苄基镁合成二甲基苄基甲醇的原理及最佳工艺条件，其工艺条件为：丙酮的浓度 为1 2 5 ，丙酮与格利雅试剂的摩尔比为l ：1 1 ，温度为1 0 。 主要研究内容如下： 1 探讨了超声波合成格利雅试剂的机理 2 研究超声波法制备格利雅试剂氯化苄基镁的工艺条件。探索合成格利雅试剂 的新工艺。 3 研究二甲基苄基甲醇制备方法，寻找制备二甲基苄基甲醇的最佳工艺条件和 工艺路线。 关键词：超声波，格利雅试剂，二甲基苄基甲醇，氯化苄基镁 广东工业大学l 学硕士学位论文 a b s t r a c t d i m e t h y l b e n z y lc a r b i n o li s ak i n do f i m p o r t a n ts p i c e s ，i tn o to n l yc a n b eu s e df o r p r e p a r i n g t h e f r a g r a n t e s s e n c eo ff l o w e r ，f o ri n s t a n c e l i l y , t h e a d v a n c e df l a g r a n t e s s e n c eo ff l o w e r , t h en a r c i s s u s ，t h el i l yo ft h ev a l l e y ，e t c ，b u ta l s od i m e t h y l b e n z y l c a r b i n o la c e t a t eh a v ef l e s hf r a g r a n ta n di tm a k ei t sv a l u ed o u b l e d i m e t h y l b e n z y l c a r b i n o la c e t a t eu s u a l l yu s e di nt h e f r a g r a n t e s s e n c eo ff l o w e ro fh y a c i n t h ，l i l y ， j a s m i n e e t c g r i g n a r dr e a g e n t sa r eu s e dv e r ye x t e n s i v ei nb e i n gs y n t h e t i ci ns p i c e s ，m e d i c i n e t h et r a d i t i o n a lp r e p a r a t i o nc r a f tr e q u e s t sw e r ed g o r u n d e ru l t r a s o n i c ，t h ec r a f to f p r e p a r a t i o ng r i g n a r dr e a g e n t s i s s i m p l e ，r e a c t i v e t i m eb e i n gs h o r t e ng r e a t l y o n l y n e e d i n gs i m p l ee q u i p m e n t s ，m i l dc o n d i t i o n a n dt h er e a c t i v e i m p r e g n a n tc a nu s e d o r d i n a r ye t h e ro rt h f t h a tc a nn o tn e e dt ob ed r y r e a c t i v ei n d u c t i o np e r i o ds h o r t e n g r e a t l y ，g r i g n a r dr e a g e n t so fh i g hy i e l d r a t ec a n g e td i r e c t l ya n dq u i t eaf e wg r i g n a r d r e a g e n t st h a tm o r ed i f f i c u l tt op r e p a r a t i o nd i dn o tn e e di n i t i a t o r w h i l es y n t h e s i z e d u n d e rt h eu l t r a s o n i cc o n d i t i o n i th a s i m p o r t a n tm e a n i n g s i ni n d u s t r i a l i z a t i o no f g r i g n a r dr e a g e n t s t h i s p a p e r h a s p r o b e d i n t ot h e s y n t h e t i c m e c h a n i c so f g r i g n a r d r e a g e n t su n d e ru l t r a s o n i cc o n d i t t o n t h i sp a p e rh a ss t u d i e dp r e p a r a t i o n o fg r i g n a r dr e a g e n t su n d e rp h o n o c h e m i s t r ya n do p t m u mt e c h n o l o g i cc o n d i t i o n s i s ：t h ep o w e ro fu l t r a s o n i cis5 0 0 wa n df r e q u e n c yi s2 5 0 k h z h a y i n gt w e 【v e e n e r g yc o n v e r s i o nd e v i c e s w a t e rb a t ht e m p e r a t u r eb e i n g2 0 9 c ，s o l v e n tb e i n g t h f ，u n s ti r r e d t h i sp a p e rf i r s t p r e p a r e dg r i g n a r dr e a g e n tb e n z y i m a g n e s i u mc h l o r i d e u n d e r p h o n o c h e m s t r ya n dw eh a v er e s e a r c h e dt h ep r i n c i p i ea n do p t i m u m t e c h n o l o g i c c o n d i t i o n sw h i l e u s e d b e n z y l m a g n e s i u m c h l o r i d e p r e p a r a t i o nd i m e t b y l b e n z y l c a r b i n 0 1 t h eo p t i m u mt e c h n o l o g i cc o n d i t i o n si s ：t h e e o n c e n t r a t i o no fa c e t o n e b e i n g 1 2 5p e r c e n t ，m o tr a t i ob e i n g1 1 ：l b e t w e e na c e t o n ea n do r i g n a r d r e a g e n t ，t e m p e r a t u r eb e i n gi o 。c t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 【i 摘耍 l ，d i s c u s sm e c h a n i s mo f p r e p a r i n gg r i g n a r dr e a g e n t su n d e ru l t r a s o n i cc o n d i t i o n 2 s t u d yt h et e c h n o l o g i cc o n d i t i o n so fp r e p a r i n gg r i g n a r dr e a g e n tb e n z y l m a g n e s i u m c h l o r i d eu n d e ru l t r a s o n i cc o n d i t i o n e x p l o r et h en e wc r a f to fp r e p a r i n gg r i g n a r d r e a g e n t s 3 s t u d yp r e p a r e dm e t h o do fd i m e t h y l b e n z y lc a r b i n o la n ds e e kt h eb e s tt e c h n o l o g i c c o n d i t i o n sa n dc r a f tr o u t eo f d i m e t h y i b e n z y lc a r b i n 0 1 k e y w o r d s ：u l t r a s o n i c w a v e ，g r i g n a r dr e a g e n td i m e t h y l b e n z y l c a r b i n o l ， b e n z y l m a g n e s i u mc h l o r i d e ， 第一毒绪诒 第一章绪论 1 1 前言 香料应用的历史悠久，中国、印度、埃及、希腊都是最早应用香料的国家。 古人所用的香料，都是从芬香植物中提取或动物分泌的天然香料，大都用于入药 医病、兰汤沐浴、供奉祭司或调味和羹。大约在8 1 0 世纪人们已经知道用蒸发 法分离香料。在1 3 世纪人们第一次从精油里分离出萜烯类香料化合物。到1 5 世 纪，香料的使用成为许多国家统治阶级奢华的象征。随着科学技术的发展，从 1 9 世纪开始，新兴的合成香料工业便逐渐发展起来。时至今日，各种加香产品 已成为人们日常生活中所不可缺少的必需品。 香料工业是由天然香料、合成香料、调和香料三部分组成的。香料是调制 香精的原料，个别的可以直接用于加香产品。香料绝大多数具有挥发性，它们往 往带有令人愉快的气味。香料按照来源可以分为天然香料和人造香料两大类。 天然香料包括动物性天然香料和植物性天然香料。动物性天然香料主要品种 育麝香、灵猫香、海狸香和龙延香。植物性天然香料是以植物的花、果、叶、皮、 根、茎、干、草和种子等为原料生产出来的多种成分混合物。 调和香料在商业中称为香精，是由几种乃至几十种天然香料和人造香料，按 照指定的香型调和而成的香料混合物。香料很少单独使用，一峻都是调配成香精 以后，冉用到各种加香产品中 “。 合成香料是将天然或化工原料，通过化学合成的方法得到的香料化合物。， 目前世界上合成香料已达5 0 0 0 多种，商品化的有1 0 0 0 多种。合成香料工业已经 成为精细化工的重要组成部分。 二甲基苄基甲醇( d i m e t h y l b e n z y lc a r b i n 0 1 ) 是一种无色或微带黄色的液体 ( 或针状晶体) ，可用于制备花香型香精如百谷，水仙，铃兰等高级花香型香 精，温暖药草花香。香气清新淡雅，用十调配多种化妆、皂用和食品香精。它的 乙酸酯有清新的香韵，因而使其价值倍增，常用在风信于，百合，茉莉花等花香 型香精中。 i 2 合成香料的进展 合成香料是香料工业的重要组成部分。合成香料由于其质量稳定，价格波动 广东d k 大学工学硕士学位硷文 较小，生产不受气候环境等地域条件的限制，因而能保证稳定供应等优点，已成 为调配香精的基础原料，也是世界各大香料公司激烈竞争的重要产品p ”。 自1 9 世纪7 0 年代起始的合成香料工业，至今已有l o o 多年历史。合成香料 的发展经历了创生期、发展期，到2 0 世纪7 0 年代进入了成熟期，现在已经成为 一个门类齐全完整的科学与工业体系。 特别应该指出的是，最近3 0 年来，随着气相色谱( g c ) 、高效液相色潜 ( h p l c ) 、质谱( m s ) 、核磁共振( n m r ) 、红外( i r ) 和紫外( u v ) 等分析 仪器和剖析手段的突飞猛进，加之香料工作者的不懈努力，合成香料的研究、开 发、生产、应用取得了前所未有的飞跃发展。香料化学家已能成功地捕获天然产 物中许多微量的关键性的香气成分，准确的做出结构测定和定量分析，揭示了芳 香物质的发香成分、组成及与香气特征之间的微妙关系。既提供了丰富的资源宝 库，又为化学合成和调香艺术指明了道路，促进了香料香精工业的腾飞【4 j 。 合成香料的发展日新月异，由于新技术、新方法和新原料的不断涌现，备类 香气逼真、香型独特的新合成香料相继问世。现代的调香师们凭借丰富的各类香 料，几乎可以随心所欲地模仿或创造出各类令人喜爱的香味和芳香，从而提高人 们的生活质量，改善了环境氛围，促进了人类文明和进步。 3 0 年前，合成香料只有3 0 0 0 多个品种，实际应用的商业产品只有7 0 0 多种。 而现今合成香料已有5 0 0 0 多个品种，商品化的达到1 0 0 0 多种。全世界合成香料 年产量已经接近2 0 万吨，年销售额超过1 6 亿美元，几十年来一直以5 左右的 年递增率增长，显示了蓬勃的生机和强大的活力p j ， _ 二甲基苄基甲醇是一种醇类香料。醇是脂肪族链烃或芳烃支链上的氢被羟 基取代后的产物，其通式为r o h 。根据羟基的数目，可分为一元醇、二元醇、 三元醇和多元醇等：根据与羟基连接的烃基不同，可分为饱和醇、不饱和醇、脂 肪醇、芳香醇等：根据与羟基所连接的碳原子位置不同，又可以分为伯醇、仲醇、 叔醇等。 醇类化合物在香料工业中占有很重要的地位，很多是很有价值并己大量生产 的香料有的可以作为合成其他种类香料的中间体。醇类香料的制各方法主要有 卤代烃水解、烯烃水合、格利雅试剂制备、硼氢化一氧化反应制备和醛、酮、羧 酸及羧酸酯的还原等方法。利用格利雅试剂制备有： 艺流程较简单，产率较高的 第辛绪论 优点。 1 3 格利雅试剂 本研究是采用格利雅试剂法制备二甲基苄基甲醇。格利雅试剂是由卤代烃的 醚溶液与金属镁屑混合发生沸腾反应，金属镁逐渐消失后所形成的溶液，是由法 国化学家v i c t o rg r i g n a r d 发明并用他的名字命名的，它是有机化学最有用和最多 能的试剂之一，v i c t o rg r i g n a r d 由于这一发明在1 9 1 2 获得了n o b e l 奖。 1 3 1 格利雅试剂的制备 格利雅试剂在医药工业，香料工业，聚合反应的催化剂以及合成其他金属有 机化合物方面有重要意义。格利雅试剂的制备方法，一般是用金属镁和有机卤化 物反应，用无水乙醚等做溶剂。反应式如下： rx+mgr m g x 然而，由于所需要的用于反应的格利雅试剂的r 基的种类越来越多，又因为这 些r 基的相应卤化物生成格利雅试剂的活性也有较大的差别，所以对不同种类 的格利雅试剂的制备步骤应该有所不同。 制备格利雅试剂时，反应开始较难，常常需要加一些引发剂。常用的引发剂 何碘、用碘活化的镁、溴、溴乙烷，或者是已制好的格利雅试剂。金属镁用镁条， 镁屑或镁粉 6 】。 格氏反应虽然有这样大的用途，但格利雅试剂的确切组成，至今尚未搞得 艰清楚。这是因为有机卤化物在溶液中和镁反应，生成很复杂的组分，而且这些 组分受有机卤化物、溶剂的种类以及加入量的影响而发生变化。在实用上一般都 将其看成是生成了r m g x 。 i 3 1 1 格利雅试剂制备时的主要影响因素 f i ) 卤代烃的结构的影响 卤代烃r x 的活性由r 和x 两个部分决定，一股情况下，当r 基相同时， r - - x 与m g 反应的快慢同卤原子的可极化性的大小次序一致，即r i r b r r c i ， 但所生成的格利雅试剂r m g x 在对羰基的加成反应中，其收率高低却常呈相反 的次序，即r m g c i r m g b r r m g ，这是因为r m g x 中的m g x 部分能呈l e w i s 酸活化羰基的作用，而m g c i 是更强的l e w i s 酸，如下： 广东工业大学工学硕上学位论文 其次是因为r 一【容易发生w u r t z 类型的缩合反应，如下 r j + m g 一m g i + r 2 r 一r r 另一个少用碘化合物的原因是碘的成本太高。在饱和烷基的碘化物中，只有碘甲 烷例外，从它可以顺利地，高收率地制成c h 3 m g i 以供使用。因此，在用r x 制备 r m g x 时，一般常使用r b r 这是取r b r 生成r m g b r 的反应适中，以及r m g b r 和r m g c l 的反应结果，通常其产物相差甚小。 一般来说，当r x 中的x 相同时，r x 与m g 反应的快慢与r 的大小，异 构及结构类型有关。通常，正r x 的反应性是c h 3 x c h 3 c h 2 x c h 3 c h 2 c h 2 x c h 3 c h 2 c h 2 c h 2 x ，即烷基越大反应性越差。对于异构的烷基，例如：二级一c ；h q b r 异一c 。h 。b r 正一c 。h 9 b r 。而不同结构类型的烃基对生成格利雅试剂的活性的影响 顺序是：烯丙基和苄基 烷基 环烷基兰单环芳基 多环芳基耋杂环基兰乙烯 基。 ( 2 ) 溶剂的影响 格利雅试剂的制备，最常用的溶剂是无水乙醚，但乙醚的沸点低( 3 4 5 + c ) ， 很容易引起燃烧、爆炸等严重事故，也较易形成过氧化物。另外乙醚对某些卤 代烃形成格利雅试剂的促进能力不强，最有名的例子就是卤乙烯在乙醚中不生成 倍利雅试剂】。对于活性偏低的卤代烃，例如芳烃基、杂环烃基、乙烯基型烃 基的格利雅试剂的制备，常用四氢呋喃( t h f ，沸点6 5 4 + c ) 作为溶剂0 1 ，由 于t h f 为环状醚，其中的氧原子更为外露，能更好的与格利雅试剂上的镁配位 结合，所以t h f 呈现有较强的促进生成格利雅试剂的能力。它的缺点是与空气 接触非常容易生成具有强爆炸性的过氧化物。在蒸馏中，当这种过氧化物积累到 一定的浓度时，极容易引起严重的事故，所以在使用四氢呋哺之前，一定要进行 过氧化物的检验( 用碘化钾一淀粉试纸实验) 。如呈阳性反应，则可以用氢化锂铝去 除。其它醚类u h2 】，如i e 2 t 醚( 沸点1 4 l ) 和二乙二醇二甲醚( 沸点1 6 l ) 的应 用是为了分离低沸点产物，例如从2 - 溴戊烷经过其格利雅试剂制各正戊烷( 沸点 4 一 咄f。爱 。 第一章绪论 3 6 1 。c 1 。 在大量制各格利雅试剂时，也经常在醚中加入烃类惰性溶剂如苯等，使醚 的用量尽可能降低。这主要是为了节约，因为醚较贵，比较难叫收成无水状态， 而苯等较便宜也较容易回收成无水状态。有时可以在溶剂中加一些三乙胺，以 提高格利雅试剂的溶解度，因为胺的配位能力比醚强，叫使沉淀下来的格利雅试 剂重新进入溶液，特别使当混合溶剂中含有较多的烃类时，可以采用这种措旌。 ( 3 ) 对金属镁的要求 在制备格利雅试剂中所需要的金属镁屑、镁带或镁粉要求有一定的纯度。 其它金属杂质的存在容易导致某些副反应的发生。另外，纯净的金属镁可以使格 利雅试剂在较低的温度下形成，也有利于不容易形成格利雅试剂的卤代烃发生反 应。因此，用于制备格利雅试剂的最活泼金属镁是由电解镁制成的镁粉，其表面 积较大。但是金属镁经过长时间放置，表面容易生成一一层氧化膜，所以镁粉必须 用“新鲜的”。 对于某些较难制成格利雅试剂的卤代烃，除更换溶剂( 如以四氢呋喃代替乙 醚) 外，可在反应体系中加入少许元素碘，或加入少最多卤代烷如四氯化碳、i ， 2 - 二溴乙烷等引发剂，以引发反应。最有效的方法是加少许已经制备好的格利 雅试剂。因为格利雅试剂本身具有催化格利雅试剂生成的能力。因此，在连续使 用格利雅试剂的情况下，可以保存些格利雅试剂，供下一次制备时作为引发剂 使用，特别是对于那些较难生成的格利雅试剂，这个方法尤其值得采用。 i 3 1 2 格利雅试剂的其他制备方法 除去常用的直接方法之外，还有一些间接的制备格利雅试剂的方法。例如t 碱金属的有机化合物与卤化镁之间的金属一金属交换反应，即可以形成相应的格 利雅试剂1 4 - 1 5 1 ： i ：l n a + m g c l 2 r m g c i 。n a c i r l i m g b r 2 - r m g b r + l i b r 然而，这一方法由于原料的原因用途有限，无法与常用的经典方法相比。 另外，某些含有活泼性较大的氢原子的烃类，却可以通过与低级烷基的格利 稚试剂发生氢金属交换反应的方法进行制备。例如：炔氢原子c ；c h 的酸性 ( d k a 一2 5 ) 即足以导致这一反应“6 。”： 广东工业大学工学硕士学位论文 r c ；c h + q h 5 m g b r_ r c ；c m b r + c 2 h 6 如果是乙炔，则可以形成二格利雅试剂： h c 三c h + 2 c 2 h s m g b r 一+b r m g c - - - c m g b r + 2 c 2 h 6 这种氢一金属交换反应法制备格利雅试剂的操作步骤比较简便，关键的问题是 所用的烃应含有足够活泼的氢。 1 3 2 格利雅试剂的组分 格利雅试剂经常表示为r m g x ，这对于以合成为目的的工艺是适合的，不会 有妨碍，所以一直延用着这种式子。实际上格利雅试剂如果不考虑与溶剂乙醚间 的络合，它是由 2 e , m g x = ；2 2 2m g x 2 + r 2 m g 组成的平衡体系，而在过量的乙醚中，则呈现如下的平衡状态： ，o ( c ! h 5 ) ! m g 。( c ! h ，) ： ：，麒岛叱“+k ，一o c c 批，： r 、。( c 蛐x 。，删，h 乙醚的络合对于格利雅试剂的各组分可以起稳定化作用。这说明了乙醚等醚类溶 剂对于格利雅试剂的重要性，以及格利雅试剂和澳化镁、碘化镁等在醚中有较大 的溶解度的缘故。 1 4 格利雅反应的应用 1 4 i 格利雅反应的一般原理 格利雅试剂发生的反应为三类：( 1 ) 置换型反应，( 2 ) 对极性重键的加成反 应。( 3 ) 反常的格利雅反应。由于各种金属的电负性强弱不同，它们的给电子能 力也不同 惦1 。因此，金属有机化合物中的c 和m ( 金属) 之间的状态有三种情况： x ， 、 呶 扣 第一章绪沦 f i 高r 键 丹 tm m nk 等) i c ：。 1 和块价 ll 等) i l l e 价键 m = p bs n hg 等 于是金属有机化合物的有机基团部分多呈亲质子、亲核和易被卤代等化学性质， 即在反应中其金属部分倾向于电负性大的元素所置换。 1 4 2 格利雅试剂的置换反应 1 4 2 1 格利雅试剂生成烃的反应 格利雅试剂遇含活泼氢的化合物，容易发生m g x 基团为h 置换而生成烃的反 应。这实际是一种卤代烃经过其格利雅试剂被还原成烃的反应。这个反应可以用 如下的通式表示： r m g x r 蝉g xr m g x ii i i h yn 叫 ， 其q 6 x = c 1 ，b r 或i ；y = o h ，o r ，n r 2 ，c = - - c h ，o c o r ，或n h c o r 等。 格利雅试剂与比较活泼的卤代烃，或与活性一般和较差的卤代烃在l i 2 c u c l 4 , f n f e c l 3 的作用下，可发生两个烃基的偶合反应，而生成烃类或其衍生物。该反 应可用通式表示如下： r - - - - - m g xr y g x rm g x ；i jj 雕一y 叫 ，l 其中x = c i ，b r ，【：y = c l ，b r ，i 或o r s ，o a c 等。 1 4 2 2 格利雅试剂置换成含其它元素组成的化合物的反应 格利雅试剂与各种合适的无机试剂反应，能比较容易地使其m g x 基团被取 代，而形成各种类型的金属有机化合物和元素有机化合物，以及醇，硫醇和卤代 烃等。但是，m g x 基团不被k 、n a 、l i 和c a 等电负性较低的金属或其盐取代，即 ，、e l 有电负性比m g 大的元素才能取代m g x 基n 。 1 4 3 格利雅试剂对极性重键的加成反应 1 4 3 i 格利雅试剂对羰基( c = o ) 的加成反应 格利雅试剂与羰基的亲核加成反应，是格利雅试剂最重要和最有价值的一类 反应。由于该反应能在羰基碳原子上引入一个烃基，因此它成为合成各种复杂的 广东工业大学1 学硕上学位论文 伯、仲、叔醇的好方法。 ( 1 ) 格利雅试剂与醛、酮的反应 醛、酮与格利雅试剂的反应属亲核加成反应，反应过程卜分复杂，对其反 应历程的问题存在很多争泌 t 9 - 2 0 1 。由于格利雅试剂在溶液中存在下列平衡： ( r m g x ) 2 ；= 22 r m g x = ；r 2 m g + m g x 2 芸r 2 m g m g x 2 r m g x 和r 2 m g x 皆能与醛、酮反应，r m g x 、r 2 m g 及m g x 2 又都能与醛、 酮形成络合物，因而使反应复杂化。此外，镁中少量的杂质又造成动力学研究的 困难，使实验结果很难重复。尽管如此，通过大量的实验和研究，已有很大进展。 格利雅试剂r m g x 中的r 基团以r 一离子的形式对羰基发生亲核加成反应， 从一开始就受到重视。这一类反应可以表示如下： 篆。争m g x 等掣 r m g x + r 。c h = o 一r c h r 睦i o m g ) 【 + 8 。 r t 酮 正常的加成反应，是格利雅试剂在q 一碳原子上以r 一的形式对羰基碳原子 进行亲核加成。在正常的加成反应中，必须有格利雅试剂的两个分子对醛或酮的 一个分子发生和完成对羰基的加成反应( 格利雅加成反应) ： 睇鳝一n ，。o m 反常的还原反l , , t j 2 1 - 2 2 ，是某些醛或酮与一些格利雅试剂反应不是生成相应的 醇，而是将醛还原成伯醇，将酮还原成仲醇，格利雅试剂则被分解为相应的烯烃t 尤其是，当格利雅试剂的烷基和酮的两个烷基级数比较高时，情况更是如此。 ( 2 l 格利雅试剂与醛、酮反应时的反应机理 a 、离子反应机理 离子反应的可能性已被排除。因为在极性很弱的溶剂中格利雅试剂中的c m g 键仍然是共价键，并且实验中从未发现有烃基负离子的存在。 口i 叫僻 一 催 一 洲 ，r时牌 一 弘 ，r 一 第一壹绪诒 b 、四中心环状过渡态机理 四中心环状过渡态机理吲可以表示为 。| | 刘 0 e m c x 但支持这一观点的并不多。由于该历程涉及协同反应，因此可运用分子轨道对称 守恒原理，对该历程的合理性加以验证。基态时，c = o 双键的n 轨道及c m g 键的6 轨道可表示为 c = oc = m g e 踏一一 。9 。一”。 器十xn h o m o 。c 。十6 h o m o 由于羰基中的轨道不是h o m o ，而是n h o m o ( 最低已占轨道) ，h o m o 是氧上孤对 电子所占轨道，那么，按照福井谦一的前线轨道理论，应该由羰基中的l v m o 与 c 一键的h o m o 发生作用。可以看出，两轨道之间并不能发生同相位重叠，反 应是对称禁阻的。因而实际上很难形成四中心环状过渡态。 c 、双电子转移反应机理 双电子转移反应机理可以简单表示如下： r c = o ：m f ? r 随着研究的深入，近年来，看法一致的是醛、酮与格利雅试剂相遇时，首先 形成一种络合中间体： ( m “ 蟛_ h ) r 。0 。 ( 7 x 对于加成这一关键步骤，目前倾向于认为，一分子格利雅试剂与醛、酮形成 络合中间体后，另一分子格利雅试剂再与络合中间体形成成六元环状过渡态”： ，下一 一 。 m _ r r 广东工业大学上学硕士学位论文 从这点出发，有人提出了反应的全过程。! “： 一一 = c c = = c 二c 二一o 甜 6 一 因此，许多对羰基能进行亲核加成的试剂，包括格利雅试剂，对于共轭的不饱和 醛、酮及羧酸，根据各方面的条件，不仅能发生正常的对羰基的l ，2 一亲核加成 反应，而且也可以发生对共轭体系的i ，4 一或l ，6 一加成反应。 一般地说，共轭的不饱和羰基化合物的反应性强弱大致呈如下的顺序： n ，b 一_ i 饱和醛 n ，0 一不饱和酮 n ，b 一不饱和腈 n ，b 一不饱和羧 酸酯 d ，日一不饱和酰胺。 在a 一和b 一碳原子上取代有烷基或芳基，通常将使反应性下降。至于共轭 体系的长度与反应性强弱的关系，一般是共轭体系短的反应性较强。 根据格利雅试剂和不饱和羰基化合物的组分的不同，可以发生不同程度的对 羰基的1 2 一加成反应和相应不同程度的对共轭体系的l ，4 或l ，6 加成反应。 1 4 4 格利雅试剂的一些其它类型的反应 1 4 4 1 格利雅试剂与张力环醚的反应 格利雅试剂能使具有张力的环氧化合物( 环醚) 开环，而生成增长碳链的醇， 开环一般是在存在碘化亚铜的情况下发生，条件较为温和，产率较高。烯丙型的 第一章绪论 格利雅试剂，在有和没有c u 2 1 2 的催化作用下，开环反应将对这类格利雅试剂呈 现明显不同的区位选择性。另外，格利雅试剂对含环氧乙烷型结构的糖类衍生物 的开环反应具有很强的立体专一性，这在支链糖的合成中有重要的意义。这是因 为这类反应物分子的构象变化遵循构象最少改变原理“”。 1 4 4 2 格利雅试剂与a 、b 一不饱和的醛的缩醛及类似物的反应 格利雅试剂对n 、b 不饱和的醛的反应基本 二是只在羰基处发生正常的l ， 2 一加成反应而生成烯丙醇类型的同系物，但是格利雅试剂与a 、0 一不饱和烯 醛或炔醛的缩醛发生相当于l ，4 - 共轭加成的反应，并消除去缩醛基中的一个烷 氧基，而生成不同类型的产物。 此外，过量的格利雅试剂可以与所生成的丙二烯醇醚进一步反应，再失去 剩下的一个烷氧基，结果得到的产物是一取代的烷基乙炔。 1 4 4 3 格利雅试剂与n 、n - - 烷基甲酰胺生成烯胺的反应 烯胺是在5 0 年代发现的在有机合成中非常重要的一类试剂，通常是醛或酮与 合适的仲胺制备的。自醛制备相应的烯胺比较难以控制，因为所用的醛必须含 n h ，而含a - h 的醛在酸或碱的作用下容易发生缩合反应。 然而，人们发现自卤代烷经过格利雅试剂与n ，n 一二烷基甲酰胺反应制备烯胺 则比较方便和顺利，得到的是相当于比卤代烷中的烷基多个碳原子的醛的烯 胺。另外，格利雅试剂也可以用于酮类烯胺的制备，这是以格利雅试剂作为碱试 剂将酮一亚胺转变成烯胺型的n 一金属化合。这种烯胺的n 一金属衍生物的反应类似 于烯醇的0 一金属衍生物，同样能够发生c 一烷基化反应。 利用格利雅试剂氯化苄基镁制备二甲基苄基甲醇属于格利雅试剂对羰基( c = 0 ) 的加成反应。 1 5 格利雅试剂的定性及定量方法 l i5 1 格利雅试剂的定性方法 a 、格利雅试剂和邻二氮杂菲( p h e n a n t h r o i i n e ) ，彤成紫色的电荷转移络合物，用 邻二氮杂菲( p h e n a n t h r o l i n e ) 的苯溶液为格氏试剂的定性检验剂。 b 、气相色谱法：气相色谱的定性分析就是鉴别出分离出来的色谱峰代表的是什 么化合物。目前主要是利用保留值定性，在相同柱子和恒定不变的操作条件下， 同一组分具有相同的绝对保留值。因此，我们可以通过比较各已知纯样峰与试样 广东工业大学工学硕士学位论文 各组分峰的绝对保留值，鉴别出混合物中各组分峰所代表的化合物。 1 5 2 检验格利雅试剂的定量方法 a 、酸滴定法： 用经过标定的硫酸滴定格利雅试剂水解产生的碱：m g ( o h ) 2 和m g ( o h ) x ： 巴+o grmgx r hm g ( o h ) xm g ( o h ) xmgx2十h20 二_ 一 十= = 2十 r ，掣2 r h + m g ( o h ) 2m g ( o h ) 2 坚m g x 2 + 2 h ! o b 、气体分析法： 根据z e r e w i t i n o f f 活泼h 测定法的原理，从格利雅试剂水解时释放出气体 的量以测定该试剂的含量。此法准确度较高，但有其局限性，仅适用于能生成气 体的r - - m g 。 c 、气相色曙法： 定量分析就是求出混合物中各组分的含量。这是气相色谱分析中主要的用途 之一。气相色谱法的定量比较简单，定量准确度也较高，重现性也较好。 1 6 格利雅试剂氯化苄基镁的制备方法 氯化苄基镁( b e n z y l m a g n e s i u mc h l o r i d e ) 是合成二甲基苄基健甲醇的关 键一环，它是以乙醚或t h f 做溶剂，用新鲜镁粉和苄氯反应得到氯化苄基镁，氯 化苄基镁极其易燃，具有强烈的腐蚀性。结构式为： 一啦心 p h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e s p h y s i c a ls t a t e c l e a rl i q u i d c o l o rb r o w n g r e e n b r o w n p u r p l e f l a s hp o i n t2 ld e gcf 一5 8 0d e gn 1 6 1 一般方法 s p e c i f i cg r a v i t y d e n s i t y o 9 9 0 m o l e c u l a rf o r m u l ac t h t c i m g m o l e c u l a r w e i g h t 15 0 8 9 在g r i g n a r d 原始报告所用的制备格利雅试剂的方法的基础l 稍作改动即 用苄氯在无水乙醚或t h f 中与金属镁反应，从而生成格利雅试剂c 6 h s c h 2 m g c i ， 反应如下： 第一章绪论 c 6 h s c h 2 c i + m g c 6 h s c h 2 m g c i 在四颈烧瓶中放进新鲜m g 和乙醚或t h f 。在磁力搅拌器的搅拌f 从恒压滴 液漏斗l t 缓慢滴入苄氯和乙醚或t h f 的混合物直至反应的引发，再继续滴入混和 液并保持微沸状态，直至反应结束，回流一段时间，最后测定格利雅试剂的产率。 1 6 2 超声波法 在四颈烧瓶中放进新鲜m g 、苄氯和乙醚或t h f 。混和均匀，置于超声波装置 中进行超声反应，在较短的时间内，反应得到引发。一般来说，如果溶剂是乙醚， 反应引发后立刻离开超生波源，反应会继续进行直至反应的结束，期间要注意反 应的剧烈程度，并适当用水冷却。如果溶剂是t h f ，反应引发后不离开超声波源 继续反应直至反应完成。待冷却后，测定格利雅试剂的产率 1 6 3 两种工艺的比较 两种工艺的比较见表1 1 。 表i 1 氯化苄基镁的制备方法比较 t a b l e l 1b e n z y l m a g n e s i u mc h l o r i d ep r e p a r a t i o nm e t h o dc o m p a r i s o n 由上表可见采用声化学法制备格利雅试剂具有反应条件温和，产率高成本低 的特点。 1 7 二甲基苄基甲醇的制备综述及其比较 1 7 i 二甲基苄基甲醇结构，性能和用途 二甲基苄基甲醇的结构式为： 口。! 阜。 0 h ： p h y s i c a la n d c h e m i c a lp r o p e r t i e s c o l o r y e l l o w a c h r o m a t i c i t y b o i l i n gp o i n t 2 2 8 。c f r e e z i n g m e l t i n gp o i n t 2 5 。c 一2 6 。c 广东丁业人学工学硕士掌位论文 f l a s hp o i n t8 1d e gc f 一5 ，8 0d e gf 1 m o l e c u l a rf o r m u l ac 6 h s c h 2 c ( c h 3 ) 2 0 h m o l e c u l a r w e i g h t ：1 5 0 2 2 s p e c i f i cg r a v i t y ：( 2 5 。1 2 5 。c ) 09 7 1 0 9 7 7 r e f r a c t i v el n d e x ：( 2 0 ) 15 1 4 0 1 5 1 8 0 a c i dn u m b e r ： 1 0 g h z ) 重叠。 2 1 超声波的性质 质点由近及远向各个方向的扰动称之为振动。任何波都具有一定的传播速度， 都伴随能量的传播，并且都能产生反射、折射、绕射和干涉现象。波分两种形式， 即横波与纵波。当质点的振动方向和波的传播方向相互垂直，称为横波。当质点 的振动方向和波的传播方向相互平行，称为纵波。超声波和声波在介质中的传播 就是以纵波的方式进行的。 质点在单位时间内振动的次数用频率来表示。频率在2 0h z 一2 00 0 0h z 之 间的纵波称为可闻声波，频率低于2 0h z 的机械波为次声波，频率高于2 0 0 0 0h z 的机械波叫做超声波。衡量声波及超声波振动能量强弱可以用声压p m 或声场强 度i 来表述： p m d c a 【- ( p e a 2 ( 1 ) ! ) 2 式中：d 一媒质密度，c 一波速，一声波角频率，a 一声波振动幅度。 超声波最显著的特征之一就是传播的方向性好，穿透力强，在固体和液体中 传播时，衰减小。尤其在固体中传播，一定声场强度的超声波能穿透几十米的厚 度。超声波在物质介质中形成介质粒子的机械振动，超声波被利用来对介质进行 处理，主要是通过三方面的作用未实现的。即超声波机械作用：超声波空化 作用( c a v i t a t i o n ) ；超声波热作用：其作用强弱与超声波的频率和强度有关。 2 2 超声波应用于有机合成的研究进展 早在2 0 世纪2 0 年代美国普林斯顿大学化学实验室的人员就发现超声波具有 可以促进化学反应的作用。近几年来，超声波作为一种新的能量形式用于有机化 学反应，不仅使很多以往不能进行或难以进行的反应得以顺利进行，而且它作为 一种方便、迅速、有效、安全的合成技术大大优越于传统的搅拌。 第二章超声波合成格利稚试剂的机理探讨 超声波作为一种新型的技术应用于有机合成，开始时只不过是“试试看”+ 并没有引起足够的重视。实验结果表明超声波不仅可以改善反应条件，加速反应 速度和提高反应产率，还可以使一些难以进行的化学反应得以实现，人们对于声 作为一种新的能量形式变革化学反应发生了浓厚的兴趣2 。 近年来超声波在有机合成中的应用研究发展非常迅速，形成了一个新的化学 分支一声化学( s o n o c h e m l s t r y ) 。英国原子能管理局哈威尔实验所发起一项联 合研究在化学工业中应用超声波的计划，并成立了超声化学协会”“，它将研究超 声波对化学反应的影响，以确定超声波加速化学反应的技术由实验室规模放大到 工厂规模的扩放原理，可以预言，一旦声化学的研究取得突破并应用于工业生产， 必将对化学界产生新的冲击波。超声波之所以能大大改进某些合成方法，理论上 一般可以接受的解释是超声波能产生“空化现象”。随着研究的进一步深入，人 们又发现许多超声波促进的反应是自由基反应，从而使人们对有机声化学的反应 机理有了进一步的认识。超声波作用在水溶液中产生自由基的研究目前已有一些 报道，现在这方面的研究进展很快。国外开始利用自由基捕捉剂研究超声波作用 于金属配合物水溶液所产生的e s r 谱“”。尽管自由基机理还远不完善，尚需人们 作大量深入的研究。“，但它为目前的有机声化学的研究提供了很好的研究方向， 现在与自由基有关的反应成了研究热点，如氧化、还原、成环等反应。一些均相 反应由于应用超声波技术得到了很好的改善，从文献检索情况看，声化学研究的 主要对象是多相反应，特别是有机金属反应。 2 。2 1 超声波对金属参与的反应的影响 金属参与的多相反应之所以成为声化学研究的主要对象，是因为有机金属络 合物的制备和反应，以及被誉为“溶解金属还原”的反应在有机合成中有