（有机化学专业论文）dmso催化三聚氯氰转化苄醇为苄氯的新反应的初步研究.pdf

中文摘要 本论文主要研究了一种新的将苄醇转化为氯代烃的方法；实验中以二甲基亚 砜( d m s o ) 为催化剂，在三聚氯氰的作用下可将苄醇和烯丙基醇转化为相应的 氯代烃。文中对此方法及其反应机理进行了初步研究，探索了影响反应的各个因 素，优化了反应条件。用红外光谱、核磁共振及气质联用等方法对产物的结构进 行了表征。实验结果表明，无水乙腈为溶剂，催化剂d m s o 的用量为0 0 5 当量， 三聚氯氰的用量在1 1 2 当量之间，产率为8 7 1 0 0 。对于不同的醇，反应 温度和反应时间有所区别：当底物为苄醇或烯丙基醇时，反应条件为室温，反应 时间较短，一般需l 3 5 小时；当底物为2 , 6 二氯苄醇时，室温反应时间过长， 则需在回流条件下( 8 2 ) 进行，反应时间1 5 小时。此外，反应中还采用了其 它的催化剂，考察了不同催化剂的催化效果：以1 苯基乙醇为例，在d m s o 催 化下，室温反应2 小时，产率为9 4 ；在环丁亚砜催化下，室温反应2 小时，产 率为8 5 ；在n 苄基盼噻嗪亚砜催化下，室温反应7 小时，产率为8 0 。为了 进一步确定反应机理，用具有光学活性醇发生氯代反应，发现产物发生构型翻转。 在反应中加入了四丁基溴化铵、碘化钾和叠氮化钠，通过检测反应产物异同，初 步提出可能的新氯代反应机理。 用此方法可将苄醇和烯丙基醇转化为相应的氯代物，而且产率较高，反应条 件温和，反应时间较短，是一种有效的醇氯代新方法。 关键词：苄醇氯代三聚氯氰d m s o 催化剂 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , am i l da n de f f e c t i v ep r o c e d u r ef o rc o n v e r t i n gb e n z y la n da u y l a l c o h o l si n t ot h ec o r r e s p o n d i n gc h l o r i d e sw a sr e p o r t e d 1 1 ”c h l o r i n a t i o nr e a g e n tw a s 2 ，4 ，6 - t r i c h l o r o 1 ，3 ，5 t r i a z i n e ( t c t ) a n dt h ec a t a l y s tw a sd m s o t h er e a c t i o ni s h i g h - y i e l d i n g ( 8 7 1 0 0 ) ，t h er e a c t i o nt i m es h o r t ( 1 o 3 5 h ) a n dt h er e a c t i o n c o n d i t i o n sm i l d ( 2 0 8 2 ) a n h y d r o u sa c e t o n i t r i l ew a su s e d 鹊s o l v e n t t h e r e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r eo p t i m i z e da c c o r d i n gt od i f f e r e n ta l c o h o l s w l o nt h e s u b s 仃a t c sw e r eb e n z y la l c o h o l sa n da l l y l i ca l c o h o l s , t h er e a c t i o nw e n ts m o o t h l y 砒 r o o mt e m p e r a t u r e w h e nt h es u b s t r a t ew a s2 , 6 - d i c h l o r o p h e n y l m c t h a n o l ，t h er e a c t i o n w a sc a r r i e do u ta tr e f l u xt e m p e r a t u r e t op r o b e t h em e c h a n i s mo ft h er e a c t i o n , w e u s e do p t i c a la c t i v ea l c o h o l sa s s t a r t i n gm a t e r i a l s c o n f i g u r a t i o ni n v e r t i o n sw e r e o b s e r v e di nt h ec k l o r i n a t i o n i na d d i t i o n , k i n a n 3a n dt e t r a b u t y l a m m o n i u nb r o m i d e w e l ea d d e dr e s p e c t i v e l yi no r d e rt op r o b et h er e a c t i o nm e c h a n i s m t h es t r u c t u r e so f t h ep r o d u c t sw r ef u l l yc h a r a c t e r i z e db y 乙1 h n m r , g - ca n dg c m s a p o s s i b l em e c h a n i s mf o rt h er e a c t i o nw a sp r o p o s e da n df u r t h e re x p e r i m e n t s n e e dt ob ec a r r i e do u t k e y w o r d s ：b e n z y la l c o h o l ，c h l o r h! ，4 ，6 - t r i c h l o r o 1 ，3 ，5 t r i a z i n e , d m s o ， c a t a l y s t , 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他入已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞蠢鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 力 一 彳玉了 签字日期：口g 年o ) - j 习谣e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨壅盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 签字日期：d 年 妍玉子 口明了钿 导师签名： 签字日期：夕占年口2 月彩日 天津大学硕士学位论文 第一章前言 第一章前言 1 1 三聚氯氰在有机合成中的应用 三聚氯氰( c 3 n 3 c 1 3 ) 又名三聚氰酰氯、氰尿酰氯、三聚三氯氰和2 , 4 , 6 - 三氯 1 3 5 均三嗪，外观为白色结晶粉末，在空气中不稳定，有挥发性和刺激性，熔 点1 5 4 c ，沸点1 9 4 ( 2 ，相对密度( 2 0 ) 1 3 2 ，溶于苯、热乙醚、丙酮、乙腈、 二氧六环、乙醇、醋酸等有机溶剂，不溶于水。遇水及碱易分解生成三聚氰酸， 同时放出氯化氢气体。三聚氯氰的均三嗪环相当稳定，只有在浓硫酸中并加热到 1 5 0 以上才能分解。它可以看成是三聚氰酸的酰氯。其三个氯原子受到c = n 不 饱和键的影响活性增强，容易反应：同时三个氯原子的活性差异相当的大，可分 阶段地被o h 、- n h 、s h 、- n h r 等官能团所取代，从而可以形成不同性质和用 途的含均三嗪环的衍生物。4 0 年代，由于染料和化学助剂工业的需要，三聚氯 氰有了一定的发展。5 0 年代初期，瑞士嘉基公司以它为原料，生产出了一系列 除草剂，对三聚氯氰的开发才引起世界各国的重视。三聚氯氰作为一种重要的有 机化工中间体，是许多农药、除草剂、活性染料和荧光增白剂的重要原料，同时 也可用于生产氮肥增效剂、杀虫剂、杀菌剂、表面活性剂、增塑剂、稳定剂、橡 胶硫化促进剂、聚合物发泡剂、树脂固定剂、聚合催化剂、防火剂、耐久性静电 整理剂、照相感光剂、粘合剂、氰醛树脂、反向渗透膜、稳定性火药和多种药用 药物。随着国民经济的发展，我国对三聚氯氰的需求将越来越大，三聚氯氰应用 领域的开发也将逐渐扩大【1 捌。 1 2d m s o 在卤化反应中的应用 d m s o 是一种极为重要的非质子极性溶剂，由于它对许多物质的溶解特性， 一向被称为“万能溶媒”，被广泛地用作石油、化工、医药、电子、合成纤维、塑 料和印染等行业中的溶剂。同时d m s o 对许多化学反应有催化作用，能参与氧 化、还原、卤化、脱羧及络和等化学反应，目前尚有许多新的应用正在开发【3 】。 d m s o 能与h b r 、叔丁基溴化物或三甲基溴硅烷发生氧化还原反应，生成 ( c h 3 ) 2 s + b r b r 盐，该物质是一个比单质溴更温和、更有选择性的溴代试剂。d m s o 与h b r 的反应式如下： 天津大学硕士学位论文 第一章前言 声= 。县哆一o h 墨卜 一o h 墨 f h 磐一对b r - - $ - o , b r；2 ；兰釜一s + l 、h v gh i c k s l 4 等1 9 9 7 年报道含有供电子基团的芳香环与d m s o h b r 反应也能 生成高产率的单取代溴代产物。如下列反应： n h 2_ h 2 囟警 如果芳烃含有吸电子的取代基，比如羟基、硝基、羰基等，则不能发生芳环 的溴代反应。苯乙酮与d m s o h b r 反应生成a 溴代酮，而不是芳环的溴代产物。 邻二甲氧基苯与d m s o - h b r 在室温下反应生成单溴代产物，当加热回流时可生 成二溴代产物。 2 4 h ，2 5 。7 2 以： 以： 同样的例子还有甲酚的溴代，在室温下只生成单溴代产物，而升高温度几乎 定量的生成二溴代产物。 该方法为富电子芳烃的溴代反应提供了一条选择性的新途径，并且免除了反 应后腐蚀性单质溴的处理工作。 在b r 催化下，一些芳基酮、酰酮可与d m s o 、三甲基氯硅烷反应生成氯代 产物： 天津大学硕士学位论文第一章前言 d m s o m e 3 s i c i r 4 n + b r - 7 2 d c s n y d c 一5 】在1 9 9 5 年报道应用三甲基氯硅烷作为有机合成中的氯代试 剂。文献中给出室温下，d m s o 为催化剂，三甲基氯硅烷与伯醇、烯丙醇、叔 醇等迅速发生醇羟基的取代。以苯甲醇为例，反应式如下： m e 3 s i c l d m s o 从上面的应用中可以看出，d m s o 以不同形式参与了卤化反应。我们相信， 随着研究的深入和拓展，d m s o 在卤化反应中的应用范围将会进一步地扩大。 1 3 醇的氯代方法及其应用 在有机氯代反应中，用氯原子置换羟基，是合成氯化物最适用的方法1 6 】。许 多溶剂能用来将醇转换成相应的氯代烃，但通常这种转换需要复杂的溶剂处理过 程和相当苛刻的反应条件，不同的合成产品选用的氯化剂不尽相同，而一种氯化 剂往往只对某一类甚至是某一个反应有效。对于从不饱和化合物合成相应的氯代 烃还要考虑到饱和化合物遇不到的区域性和立体性化学问题。因此，选择合适有 效的氯化剂是十分重要的。传统的氯化剂，大多数是气体，有一定的危害性，无 论保存还是利用都很不便，甚至可能对环境造成污染，不符合现代有机合成的发 展趋势。为了使有机卤代反应满足绿色合成的要求，研究人员开辟出了许多新的 合成途径，如使用无毒、无害的化学品以及环境友好的反应原料。 1 3 1 盐酸氯化锌氯化剂 盐酸氯化锌是醇的常用的氯代试剂m 。反应式如下： r o h + h c l 圣翌9 1 2 r c l + h ，0 艰 从 心 天津大学硕士学位论文第一章前言 这种方法比较简单，直链伯醇反应时，可生成良好产率的伯氯代烃，但要求 底物稳定，具有a 氢的仲醇及高度支链的伯醇r r l r 2 c c h 2 0 h 常发生重排，生成 叔卤代烃，这使该方法的应用受到一定限制。 1 3 2 亚硫酰氯氯化剂 亚硫酰氯是醇的最有效的氯代试剂之一氯化选择性很高，也是由醇制备氯 代烃的最常用的方法。当采用盐酸氯化锌法易发生异构化等副反应时，本法往 往获得良好的效果引。反应式如下： r o h + s o c l 2 堕吐r c i + s 0 2 + h c i 在该反应中，除氯代烃外，其它二个产物都是气体( s 0 2 ，h c i ) ，由于它们 不断离开体系，反应向着生成产物的方向进行，而且最终无其它副产物生成。氯 代烃的分离提纯特别方便，酸性产物在工业生产中可采用碱液进行吸收。如果用 氯气、三氯化磷与生成的二氧化硫进行反应，又可得到亚硫酰氯，可以实现循环 利用。因此，这种方法具有良好的应用发展前景。 醇与s o c h 反应具有一定的立体化学特征。当与羟基相连的碳原子有手性 时，在所得氯代物中，氯原子处在羟基原来占据的位置，即产物是构型保持的。 可能的反应机理如下： h r i 艮c 。一衿蒂 y $ 一影芦团 紧密离子对 从上式可以看到，通过若干步骤生成氯代亚硫酸酯，然后离去基团c o s o c l ) 离开中心碳原子，形成紧密离子对。c l 一作为离去基团中的一部分向碳正离子正 酸 q 硫 s 氯 。 ： 量一 一 天津大学硕士学位论文 第一章前言 面进攻( n q 做。内返”) ，最后得到构型保持的产物。这种取代犹如在分子内进 行，所以叫做分子内亲核取代，用s n l 表示( s u b s t i t u t i o nn u c l o d p h i l i ci n t e r n a l ) 。在 低温时可以分离出反应中间物氯代亚硫酸酯，经加热又可分解成氯代物和s 0 2 。 这无疑对上述机理是一个有力的支持。 亚硫酰氯氯化剂是一种由醇合成氯代物的有效卤化剂，但此方法不能用于制 备低沸点的氯代物。 l 3 j 四氯化碳三苯基膦氯化剂 由于许多经典方法常伴随消除、重排等副反应，因此不断有反应条件缓和、 产率较高、选择性良好的新氯代试剂被研究开发，四氯化碳与三苯基膦溶剂体系 就是其中一种 9 j o ，采用该体系进行的氯代反应温和，而且具有立体选择性。 a p p e l 发现该体系甚至可使5 螺 3 4 】辛烯7 醇和天然产物甘油脂、糖类、林 可霉、白叶草醇中的羟基被氯取代。反应分两步进行，反应式如下： ( c 6 h 5 ) 3 p + c a 4 - ( c 6 h 5 ) 3 p c i c c l 3 k 呱b r 吗一k 叫5 b 一岫 一 + 一 【( c 出5 ) 3 p o 硝d 一r c i + ( c 6 h 5 ) 3 p o e i s n y d c 一1 2 1 发现三苯基膦与四氯化碳是丙烯醇的良好氯代试剂，不仅伯丙 烯醇氯代时没有重排的产物，甚至仲丙烯醇亦能顺利氯代，反应式如下： c c l 4 ，( c 6 h 5 ) 3 p 足! 螋足+ 太a人夕_ 夕+ o a 8 9 ：1 l 但三苯基膦与四氯化碳这一氯代体系会在反应中有磷氧副产物的生成，副产 物很难挥发且不溶于水，这使得目标产物难以分离和提纯 1 3 1 。 m i c h a e l 1 4 等报道了用l ，2 双二苯基膦乙烷取代三苯基膦与四氯化碳，结果 用过滤的方法能够很容易地将副产物磷氧化物除去。从而提供了一种方便地纯 天津大学硕士学位论文第一章前言 化目标产物的方法；c h a r l e s l l 习等把二苯基膦基团引入到交联的含l 的对二乙烯 基苯的聚苯乙烯中，用这种高分子试剂取代三苯基膦，反应结束时，用过滤的方 法将聚酯和所用磷类除去，只留下产物和未反应原料。但是，这些改进方法成本 过高，只适用于涉及到有价值原料的小量反应。 1 3 4 六氯丙酮三苯基膦氯化剂 r m m a g i d 1 叼等报道六氯丙酮三苯基膦溶剂系统提供了一种能够将伯烯丙 基醇和仲烯丙基醇定量地转换为唯一不重排的氯代物。反应中p 吖双键是保留的， 构象的翻转发生在a 碳上。反应式如下： r 式伽下p h 3 p x r 尹y 伽郦y x 六氯丙酮_ - - 苯基膦氯化剂与四氯化碳三苯基膦氯化剂都已经被证明是非常 有用的氯化试剂，其原因都在于温和的反应条件和在将烯丙醇转换成相应氯代物 的区域选择性。 但此种方法也有两个缺点：其一是把六氯丙酮做为溶剂使用成本过高；其二 反应底物若是叔烯丙基醇则会出现大量的重排和消除产物【1 7 1 8 】。 1 3 5n 氯代丁二酰亚胺氯化剂 n - 氯代丁二酰亚胺( n c s ) 是一种重要的氯化剂，也是一种杀菌剂，易于纯 化且稳定。n c s 作为氯化剂能与醇发生取代反应，a kb o s 鼯【1 卿等报道n c s 在 膦或亚磷酸酯的存在下可使醇生成高度构型逆转的产物，反应式如下： h n c s ( c 6 i - 1 5 ) 3 p n c s 是一种反应条件温和，选择性好，副反应少，产率高的氯代试剂例。 这种试剂的制备有多种方法：丁二酰亚胺与次氯酸盐反应制得；丁二酰亚胺与 h c l 和h c i o 反应制得；丁二酰亚胺与二氯甲烷与氯气饱和混合物反应制取。这 天津大学硕士学位论文第一章前言 些方法中，有的方法反应条件要求较高( 如低温等) ，并有潜在的爆炸危险：有 的反应周期较长；有的牧率较低，成本较高等。因此，这种试剂的应用受到一定 限制】。 1 3 6 三甲基氯硅烷氯化剂 三甲基氯硅烷又名氯代三甲基硅烷，是一种简单易得的硅试剂。它可用作生 产有机硅聚合物和有机合成反应中的中间体，还可用作高分子化合物干燥剂、脱 水剂、高温胶粘剂及树脂的原料。医药生产中常用于头孢素菌i 、头孢素菌v 的 合成。在许多有机反应中三甲基氯硅烷可作为反应活化剂，从而使反应变得简单、 快速或是更容易进行，并且反应可以得到令人满意的收率。 d c s n y d d 2 2 荆用三甲基氯硅烷在有机合成中作为氯代试剂的应用。在室温 条件下，以d m s o 为催化剂，三甲基氯硅烷与伯醇、烯丙醇、叔醇等迅速发生 醇羟基的取代。以苯甲醇为例，反应式如下： 竺旦a 曼! 曼! - d m s o 反应机理与醇和t m s x ( ) p i 或b r ) 的反应机理相似，如图所示： 弋 ( c h 3 ) 3 s i c l + c h 3 审$ c i 1 3 ( c h 3 ) 3 s i o 瞿c h 3 + c 一1 +5；25t 十 。函，+ 吵一c c 蹦药弧：c h 虹o 旧3 b 8 ：竺：罗h 5 2 一 h 3 b 警o r ：c h 3 2 c h 3 h ( c h 3 ) 3 s i 占r + c i 一+ r c i + ( c h 3 ) 3 s i o h 此反应很容易发生，条件温和且产率较高。 j e r a s 2 3 1 等在合成卤代醇的酯类化合物的反应中发现三甲基氯硅烷是一种 合适的氯代试剂。用三甲基氯硅烷和脂肪酸与二醇化合物反应可以得到氯代醇的 酯类化合物，反应的区域选择性和立体选择性取决于二醇化合物中两个烃基的距 天津大学硕士学位论文第一章前言 离。反应中三甲基氯硅烷既是反应物，也是反应溶剂。反应式如下： 做删一 1 1 = 0 - 4 ；r l - h ，c h 3 ：r 2 = - h ，c h 3 ，c h 3 c h 2 ； r 3 - h ，c h 3 ；r 4 = h ，( c h 3 ) 3 c ；r s = c h 3 ( c h 2 ) 1 4 1 3 7 甲基磺酰氯氯化剂 e w c 0 1 1 i i 培f 。咀跚报道在氮气保护下，把氯化锂的饱和无水二甲基甲酰胺溶 液加入到烯丙基醇和三甲基吡啶的混合物中，将反应混合物冷却到o c 后，将甲 基磺酰氯逐滴地加入到反应混合物中，持续搅拌l 1 5 小时后得其粗产物烯丙基 氯，产率8 3 。反应式如下： 。 实验结果表明，产物中没有重排产物。此方法显著的特点是，该氯代溶剂体 系只对烯丙基醇有效，而对非烯丙基醇无效。 1 3 8 六氯化钨氯化剂 h f i r o u z a b a d i 2 5 1 等用0 3 e q 的六氯化钨在无水二氯甲烷中回流，将苄醇的羟 基氯代，以苯甲醇为例，其反应式如下： 旷洲晋旷a 结果发现，带供电基如甲基、甲氧基的苄醇，反应顺利，产率也很高。而带 吸电基如硝基的苄醇，不但反应产率低，而且还有副产物生成。对于在二氯甲烷 中不溶的9 - 蒽基甲醇，溶剂系统采用的是c h 2 c 2 c h 3 c n = 2 1 ，与苄醇相比不但 氯代反应发生地慢，而且产率也不如苄醇好。三苯基甲醇可能是由于严重的空阻， 天津大学硕士学位论文第一章前言 羟基上的氯代反应不发生。既含有羟基又含有羰基的二苯乙醇酮和茴香偶姻同六 氯化钨在二氯甲烷中回流，羟基和羰基均被氯取代，反应顺莉，分别得到7 0 和5 0 的三氯代产物。 1 3 9 三聚氯氰氯化剂 f c w h i t m o r d 2 6 1 等早在1 9 3 8 年已经报道在非常适合的条件下三聚氯氰对醇 而言是一种非常方便的氢氯代试剂，和其它的s n i 反应一样，没有异构化。在无 水条件下。通过加入过量的三聚氯氰能够将醇完全地转化成相应的氯代物。另外， 三聚氯氰的处理也很方便，无需加碱如醇钠、吡啶来处理。但是此文献中并没有 给出详细的反应步骤。 s r s a n d i e r 2 7 1 在1 9 7 0 年先将伯、仲或叔醇加热到比反应底物醇的沸点低 1 0 2 0 的温度以后，慢慢地加入三聚氯氰粉末。在反应过程中，为了捕获低沸 点的氯代物，要把冷阱通过橡胶管连接到回流冷凝器上端。待反应结束，要经过 冷却、过滤、蒸馏这些程序获得目标产物。这种方法，不但反应条件相对苛刻， 而且反应的产率也不是很高，要通过使用过量的三聚氯氰来达到完全转换。另外， 这种方法也不适合获得复杂的有机化合物，例如氨基醇的衍生物。 l u c a 2 s 】等在2 0 0 2 年报道以三聚氯氰与d m f 的反应为基础随后加入l e q 的 醇的二氯甲烷溶液。在2 5 下，将醇定量地转化为相应的氯代烃。反应式如下： 其反应机理如下； r _ o h r 1 7詈ch2c12r t c -， r f 7 。捉 洳m 一 。 m 沁厶 一k 飙 c c e c：主i = l l 卜， n 人 岛 ， 儿 天津大学硕士学位论文 第一章前言 m e - n m e 寺事矿 制一蒜 r 一r 十h c i h 、 m e + 扩n m 。 采用这种方法，在大多数情况下反应很快，而空阻大的醇如冰片、新戊基 醇反应的速度相对较慢。使用1 c q 的二醇得到的是一氯代物，而使用0 5 e q 的二 醇得到却是二氯代产物。具有旋光活性的醇在手性碳原子处发生构型翻转。此方 法将醇转换为相应的氯代物，操作简单、快速、高效。 1 4 选题的意义及研究内容 卤代烃是重要的有机反应中间体，常作为起始的有机合成原料，可用作农药、 医药、防腐剂、麻醉剂和制冷剂等，它与工、农业生产和日常生活关系密切。卤 代烃的化学性质通常比烃活泼，能发生许多化学反应，如取代反应、消去反应， 从而转化成各种其他类型的化合物。因此，引入卤原子常常是改变分子性能的第 一步反应，可用它制造醇、醚、腈、胺等多种有机物，在有机合成中起着重要的 桥梁作用。特别是脂肪族卤化物，几乎各类脂肪族化合物都可以从它们直接或间 接来合成。另外，卤代烃不溶于水但却能使醇、脂等溶解，是一种优良的溶剂， 在油脂加工中经常使用【2 9 】。 仅有极少数的卤代烃可由较低等的微生物产生，如霉菌和放线菌含有卤化 物，而绝大多数卤代烃需要通过有机卤代反应合成得到，因此有机卤代反应成为 有机合成中的一类重要反应。用卤原子置换羟基，是合成卤化物最适用的途径【6 】。 而将醇转换成相应的卤代烃传统的方法是用氯气或其相应的酸( h c l ) ，前者毒性 较大，易造成危险：后者无论在液相中，还是在气相中，都需要有催化剂存在。 前面文献中描述用三聚氯氰可以把醇转化为相应的氯代物，但较高的反应温度通 常容易造成副产物的生成。 我们的目的是利用三聚氯氰这种廉价易得的原料来实现对醇的氯代，要求氯 墨 天津大学硕士学位论文第一章前言 代反应条件温和，快速高效、操作简单。因此，寻找一种无毒、无害、高效的催 化剂来实现将醇转化为相应的氯代烃成为本实验的关键所在。 天津大学硕士学位论文第二章实验部分 2 1 实验仪器 第二章实验部分 熔点仪：y a n a g i m o t om p 5 0 0 ( 温度计未校正) ； 红外光谱仪：b i o - r a df t s3 0 0 0 ( 4 0 0 0 - 4 0 0c r n - 1 ，k b r 压片1 ； 气相色谱：v a r i a nc p 3 8 0 0g a s c h r o m a = 】d g r a p h 气相色谱一质谱联用仪；t r a c ed s qg c m s ； 旋光仪：p e r k i ne l m e rm o d e l3 4 1 ( 钠灯，2 0 。c ) 核磁共振谱仪：b r u k e r a v 5 0 0 ( t m s 内标) ； 2 2 试剂的精制 2 2 1 无水乙腈的精制 乙腈沸点8 1 5 c ，折光率n d 2 0 1 3 4 4 1 ，比重n 4 2 5 0 7 8 2 2 ，是一种相当惰性的 试剂，常作为重结晶时的溶剂。乙腈与水、醇、醚可任意混合。纯化的方法是在 5 0 0m l 干燥的圆底烧瓶中加入3 0 0m l 乙腈及适量的无水k 2 c 0 3 干燥2 4 小时 后，过滤，再与1 的五氧化二磷加热回流直至无色，然后常压蒸馏，得无水乙 腈。 2 2 2 无水d m s o 的精制 d m s o 沸点1 8 9 ( 2 ，熔点1 8 5 ，折光率n d 2 01 4 9 3 ，比重n 4 2 5 1 0 9 5 4 ，为无色、 无嗅、微带苦味的吸湿性液体。在常压下加热至沸腾可部分分解。纯化的方法是 在5 0 0m l 干燥的圆底烧瓶中加入3 0 0m ld m s o 及适量的c a o 粉末，搅拌并微 微加热回流过夜，过滤，再减压蒸馏收集沸点6 4 5 5m m h g ，得无水d m s o 。 2 2 3 三氯甲烷的精制 三氯甲烷沸点6 1 2 。c ，折光率n d 2 0 1 4 4 5 5 ，比重n 4 2 51 4 9 8 4 。纯化的方法是在 5 0 0m l 干燥的圆底烧瓶中加入3 0 0m l 三氯甲烷及适量的五氧化二磷投入几 粒沸石，装上干燥的球形冷凝管，冷凝管上装一支氯化钙干燥管，加热回流1 2 天津大学硕士学位论文 第二章实验部分 小时后，常压蒸馏即得无水三氯甲烷。 2 2 4 无水乙醇的精制 取1 0 0 0m l 圆底烧瓶安装回流冷凝管，冷凝管上附加一氯化钙干燥管，瓶内 放置2 - 3g 洁净的镁条与o 3g 碘加入3 0m l 乙醇加热至碘粒完全消失，如果不 起反应可再加入数小粒碘，然后继续加热，待镁条完全溶解后，将5 0 0m l 乙醇 加入，继续加热回流- - d 时，蒸出乙醇，先蒸出的l om l 弃去，收集于干燥洁 净的瓶内保存。 2 2 5 氯化亚砜的精制 氯化亚砜为无色或微黄色的液体，沸点7 7 ，有刺激性气味，遇水强烈分 解，含有氯化砜、一氯化硫和二氯化硫等杂质。纯化的方法是，在1 0 0 0m l 干 燥的圆底烧瓶中加入5 0 0m l 氯化亚砜，油浴加热，常压蒸馏，收集沸点7 7 7 8 的馏分，棕色瓶贮存。 2 3 三聚氯氰为氯代剂，d m s o 为催化剂的苄醇的氯代 2 3 1 以苯甲醇为原料 乳( 对比实验) h + n i # - n l i d m s o ( c a t ) ，r t ：。氏弋黼 在5 0m l 干燥的圆底烧瓶中加入三聚氯氰( 1 2 5g ，6 8 0m m o l ，1 2 0 e q ) 、无 水肇侥( 1 0m l ) 及无水d m s o ( o 0 2 2g ，o 2 8m m o l ，o 0 5o q ) ，装上氯化钙干燥 管，室温搅拌1 0 分钟，然后加入苯甲醇( o 6 lg ，5 6 6m m o l ，l e , 0 ，继续在室温 下搅拌。反应用t i _ , c 跟踪直到原料三聚氯氰的消失，反应9 小时。停止搅拌， 将反应液用装有少量硅胶的砂芯漏斗过滤，并用少量的二氯甲烷洗涤，然后把滤 液移入分液漏斗中，加入饱和碳酸钠溶液( 1 5 m l ) ，用二氯甲烷( 2 0 m l x 2 ) 萃取， 合并的二氯甲烷萃取液用1m o l l 盐酸溶液和饱和食盐水各洗二次。有机层用无 水硫酸钠干燥，减压蒸馏除溶剂，抽真空，得无色有刺激性气味的液体0 3 7g ， 天津大学硕士学位论文第二章实验部分 产率5 4 。产物的红外，质谱数据与文献报道值3 0 1 相符。 b ( 对比实验) , o h ( 1 3 1 6 + c 。窳。 d m s o ( e a t ) ，r e f l u x c h c l 3 在5 0m l 干燥的圆底烧瓶中加入三聚氯氰( 1 0 2g ，5 5 4m m o l ，1 2 e q ) 、无 水橐仿( 1 0m e ) 及无水d m s o ( o 0 1 8g ，0 2 3m m o l ，o 0 5 e q ) ，投入几粒沸石， 将烧瓶上装一球形冷凝管，其上端连一氯化钙干燥管，加热回流几分钟后将苯甲 醇( 0 5 0g ，4 6 2m m o l ，1c q ) 加入到反应瓶中继续加热回流。同时反应用t l c 跟踪直到原料苯甲醇的消失，反应5 小时。停止加热，将烧瓶放入冷水浴里使其 冷却。冷却后将反应液用装有少量硅胶的砂芯漏斗过滤，并用少量的二氯甲烷洗 涤，然后把滤液移入分液漏斗中，加入饱和碳酸钠溶液( 1 5m l ) 后用二氯甲烷 ( 2 0m l x 2 ) 萃取，合并二氯甲烷萃取液，用1m o f l 盐酸溶液和饱和食盐水各洗 二次。有机层用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除溶剂，抽真空，得无色有刺激性 气味的液体0 2 8g ，产率4 8 。产物的红外，质谱数据与文献报道值相符。 c ( 对比实验) + 甲公铲d m s o ( e a t ) ，r t + c 。氏弋铡 在5 0m l 干燥的圆底烧瓶中加入三聚氯氰( 2 2 2g ，0 0 1 2t o o l ，1 2 e q ) 、无 水乙鲻国鲫甑l ) 及无水d m s o ( o 0 3 9g ，0 5m m o l ，0 0 5 e q ) ，装上氯化钙干燥管， 室温搅拌1 0 分钟，然后加入苯甲醇( 1 0 8g ，0 0 1m o l ，t e q ) ，继续在室温下搅 拌。反应用t l c 跟踪直到原料三聚氯氰的消失，反应2 小时。停止搅拌，将反 应液用装有少量硅胶的砂芯漏斗过滤，并用少量的二氯甲烷洗涤，然后把滤液移 入分液漏斗中，加入饱和碳酸钠溶液( 1 5m e ) ，用二氯甲烷( 2 0m l x 2 ) 萃取， 合并的二氯甲烷萃取液再用1m o l l 盐酸溶液和饱和食盐水各洗二次。有机层用 无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除溶剂，得无色有刺激性气味的液体0 9 4 9 ，产率7 4 。 天津大学硕士学位论文第二章实验部分 d ( 对比实验) d m s o ( e a t ) , r t c h 3 c n 在5 0m l 干燥的圆底烧瓶中加入三聚氯氰( 1 0 2g ，5 5 4m m o l ，1 2 e q ) 、无 水乙腈( 1 0m l ) 及无水d m s o ( o 0 1 8g ，0 2 3m m o l ，0 0 5 e q ) ，装上氯化钙干燥 管，室温搅拌1 0 分钟，然后加入苯甲酵( o 5 0g ，4 6 2m m o l ，l e q ) ，继续在室温 下搅拌。反应用t l c 跟踪直到原料三聚氯氰的消失，反应2 小时。停止搅拌， 将反应液用一装有少量硅胶的砂芯漏斗过滤，其过程中用少量的二氯甲烷洗涤， 然后把滤液移入分液漏斗中，加入饱和碳酸钠溶液( 1 5m l ) ，用二氯甲烷( 2 0 m l 2 ) 萃取，合并的二氯甲烷萃取液再用lm o l l 盐酸溶液和饱和食盐水各洗二 次。有机层用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除溶剂，抽真空，得无色有刺激性气味 的液体0 5 2g ，产率8 9 。产物的红外【3 0 1 ，质谱【3 1 】数据与文献报道值相符。 e ( 对比实验) o h c i 6 & l x c 。 里坚兰旦! ! 型：壁 一 ( c 4 h g ) 4 n b r ，c h 3 c n 在5 0m l 干燥的圆底烧瓶中加入三聚氯氰( 3 6 3m g ，1 9 7m m o l ，1 2 e q ) 、无 水乙腈( 1 5m l ) 、无水d m s o ( 6m g ，0 0 8 2m m o l ，0 0 5 e q ) ，及四丁基溴化铵( 5 2 8 m g ，1 6 4m m o l ，l e q ) 烧瓶上装一氯化钙干燥管，室温搅拌1 0 分钟，然后加入 苯甲醇( 1 7 7m g ，1 6 4m m o l ，l e q ) ，继续在室温搅拌。反应用t l c 跟踪直到原 料1 苯基乙醇的消失，反应l 小时。停止搅拌，将反应液用装有少量硅胶的砂芯 漏斗过滤，并用少量的二氯甲烷洗涤，然后把滤液移入分液漏斗中，加入饱和碳 酸钠溶液( 1 5m l ) ，用二氯甲烷( 2 0m l x 2 ) 萃取，合并的二氯甲烷萃取液再用1 m o l l 盐酸溶液和饱和食盐水各洗二次，无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除溶剂，粗 产品用柱层析纯化( 石油醚：乙醚= 4 ：l 作为展开剂) 。球到球减压蒸馏得无色液体 通过气相色谱一质谱联用分析得知产物中除了有氯苄外，还有溴苄。用气相色谱 天津大学硕士学位论文第二章实验部分 分析，根据谱图中两者峰面积的比，粗略估算出氯苄的含量为9 3 3 ，而溴苄的 含量为6 7 。产物的红外、质谱数据与文献报道值相比较，证明产物是氯苄和 溴苄口2 】。 f ( 对比实验) + q1 描辩赫 乞。少八丽郦 在5 0m l 干燥的圆底烧瓶中加入三聚氯氰0 6 3m g ，1 9 7m m o l ，1 2 c o 、无 水乙腈( 1 5m e ) 、无水d m s o ( 6m g ，o 0 8 2r a r a o l ，0 o s t ) 、碘化钾( 2 7 2m g ， 1 6 4m m o l ，l e o ) 及a l i q u a t 3 3 6 ( 三辛基甲基氯化铵) o on a g ) ，烧瓶上装一氯化钙 干燥管，室温搅拌1 0 分钟，然后加入苯甲醇( 1 7 7m g ，1 6 4m m o l ，l e o , ) ，继续 在室温下搅拌。反应用t l c 跟踪直到原料苯甲醇的消失，反应l 小时。停止搅 拌，将反应液用装有少量硅胶的砂芯漏斗过滤，并用少量的二氯甲烷洗涤，然后 把滤液移入分液漏斗中，加入饱和碳酸钠溶液( 1 5 m e ) ，用二氯甲烷( 2 0 m l 2 ) 萃取，合并的二氯甲烷萃取液用lm o l l 盐酸溶液和饱和食盐水各洗二次，无水 硫酸钠干燥，减压蒸馏除溶剂，粗产品用柱层析纯化( 石油醚：乙醚= 4 ：1 作为展 开剂) 。得无色液体1 7 6m g ，产率8 5 。产物的红外、质谱数据与文献报道值相 比较，证明产物只是氯苄。 g ( 对比实验) d m s o ( e a t ) ，r t a l i q u a t 3 3 6 ，n a n 3 ，c h 3 c n 在5 0m l 干燥的圆底烧瓶中加入三聚氯氰( 3 6 3m g ，1 9 7m m o l ，1 2 e q ) 、无 水乙腈( 1 5m e ) 、无水d m s o ( 6m g ，0 0 8 2m m o l ，0 0 5 e q ) 、叠氮化钠( 1 6 0m g ， 2 4 6m m o l ，1 5 e q ) 及a l i q u a t 3 3 6o om g ) ，烧瓶上装一氯化钙干燥管，室温搅拌 1 0 分钟，然后加入苯甲醇( 1 7 7m g ，1 6 4m m o l ，l e q ) ，继续在室温下搅拌。反 应用t l c 跟踪直到原料苯甲醇的消失，反应1 小时。停止搅拌，将反应液用一 天津大学硕士学位论文第二章实验部分 装有少量硅胶的砂芯漏斗过滤，其过程中用少量的二氯甲烷洗涤，然后把滤液移 入分液漏斗中，加入饱和碳酸钠溶液( 1 5m l ) ，用二氯甲烷( 2 0m l x 2 ) 萃取， 合并的二氯甲烷萃取液用1m o l l 盐酸溶液和饱和食盐水各洗二次，无水硫酸钠 干燥，减压蒸馏除溶剂，粗产品用柱层析纯化( 石油醚：乙醚- - 4 ：1 作为展开剂) 。 得无色液体1 7 0m g ，产率8 2 。产物的红外、质谱数据与文献报道值相比较， 证明产物是氯苄。 2 3 2 以对氯苄醇为原料 a ( 对比实验) r ，o h c 1 审+ c 。窳等 在5 0m l 干燥的圆底烧瓶中加入三聚氯氰( 9 3 2m g ，5 0 5m m o l ，1 2 e q ) 、无 水乙腈o om e ) 及无水d m s o ( 1 7m g ，0 2 1m m o l ，0 0 5 1 ) ，烧瓶上装一氯化钙 干燥管，室温搅拌1 0 分钟，然后加入对氯苯甲醇( 6 0 0n a g ，4 2 1m m o l ，l e q ) ， 继续在室温下搅拌。反应用t l c 跟踪直到原料三聚氯氰的消失，反应5 小时。 停止搅拌，将反应液用装有少量硅胶的砂芯漏斗过滤，并用少量的二氯甲烷洗涤， 然后把滤液移入分液漏斗中，加入饱和碳酸钠溶液( 1 5m e ) ，用二氯甲烷( 2 0 i n l x 2 ) 萃取，合并的二氯甲烷萃取液用1m o l l 盐酸溶液和饱和食盐水各洗二 次，无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除溶剂，抽真空，粗产品用石油醚重结晶得无色 白色针状晶体3 7 3m g ，产率5 5 ，测得熔点为3 1 3 ，文献值为2 9 。产物 的红外质谱数据与文献报道值相符【3 2 川。 b ( 对比实验) ，, o h 6 ：。 l c 1 d m s o ( c a o , r t c h a c n 书a a 众 天津大学硕士学位论文第二章实验部分 在5 0m l 干燥的圆底烧瓶中加入三聚氯氰( 9 3 2m g ，5 0 5m m o l ，1 2 e o 、无 水乙腈( 1 0m l ) 及无水d m s o ( 1 7m g ，o 2 1m m o l ，0 0 5 e o ，烧瓶上装一氯化钙 干燥管，室温搅拌1 0 分钟，然后加入对氯苯甲醇( 6 0 0m g ，4 2 1m m o l ，l e o ， 继续在室温下搅拌。反应用t l c 跟踪直到原料三聚氯氰的消失，反应2 5 小时。 停止搅拌，将反应液用装有少量硅胶的砂芯漏斗过滤，并用少量的二氯甲烷洗涤， 然后把滤液移入分液漏斗中，加入饱和碳酸钠溶液( 1 5m l ) ，用二氯甲烷( 2 0 m l x 2 ) 萃取，合并的二氯甲烷萃取液用1 m o l l 盐酸溶液和饱和食盐水各洗二 次，无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除溶剂，抽真空，粗产品用石油醚重结晶，得白色 针状晶体6 7 8 m g , 产率9 2 。 2 3 3 以2 , 6 一二氯苄醇为原料 ( 对比实验) n 夕、n d m s o ( c a t ) ：。氏。删 在5 0m l 干燥的圆底烧瓶中加入三聚氯氰( 2 5 1m g ，1 3 6m m o l ，1 2 e o 、无 水氯仿( 5m e ) 及无水d m s o ( 6m g ，o 0 5 6m m o l ，o o s e o ，其上端连一氯化钙 干燥管，室温搅拌1 0 分钟，然后将2 , 6 - - - 氯苄醇( 2 0 0m g ，1 1 3m m o l ，1 e o t j 【 入到反应瓶中继续室温搅拌。反应用t l c 跟踪，几小时后，发现没有新物质生 成，将室温搅拌转为回流，反应仍用t l c 跟踪，回流1 2 小时，仍无新物质生成。 b ( 对比实验) a 二斌苗等 在5 0n i l 干燥的圆底烧瓶中加入三聚氯氰( 2 5 1m g ，1 3 6m m o l ，1 2 e o 、无 水乙醚( 5m l ) 及无水d m s o ( 6m g ，0 0 5 6m m o l ，0 0 5 e o ，其上端连一氯化钙 干燥管，室温搅拌1 0 分钟，然后将2 , 6 - - - - - 氯苄醇( 2 0 0m g ，1 1 3m m o l ，l e q ) ) j i 入到反应瓶中继续室温搅拌。反应用t l c 跟踪，几小时后，发现没有新物质生 天津大学硕士学位论文 第二章实验部分 成，将室温搅拌转为回流，反应仍用t l c 跟踪，回流1 2 小时，仍无新物质生成。 ：。众节a 在5 0m l 干燥的圆底烧瓶中加入三聚氯氰( 2 5 1m g ，1 3 6m m o l ，1 2 e q ) 、无 水乙腈( 5m