（有机化学专业论文）5氯甲基8羟基喹啉与芳胺的取代反应规律及其机理研究.pdf

t h el a w a n dm e c h a n i s mo ft h es u b s t i t u t i o n a lr e a c t i o no f 5 - c h l o r o m e t h y l 一8 _ h y d r o x y q u i n o l i n ew i t ha r o m a t i ca m i n e s b y s u nt e n g f e i b s ( h u n a nu n i v e r s i t y ) 2 0 0 9 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fs c i e n c e o r g a n i cc h e m i s t r y i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rg u o c a n c h e n g j u n e ，2 0 1 1 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名：孑1 、膀飞 日期：驯年占月筚日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囹。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：矛，肠弋 聊鹳以绅吆 日期：弦f f 年占月4 日 日期：弦f 年6 月4 日 硕士学位论文 摘要 芳胺的n 烷基化和c 烷基化在有机中间体制备及有机合成中具有广泛的用 途。一般情况下，在芳胺的烷基化过程中，n 烷基化与c 烷基化的反应同时存在。 由于芳胺n 烷基化的活性比c 烷基化活性高，通常的芳胺烷基化反应中，n 烷基 化的竞争优势要高于c 烷基化。因此，如果能通过条件控制来选择性地得到n 烷 基化产物和c 烷基化产物具有重要的意义。 在芳胺的烷基化反应中，5 氯甲基8 羟基喹啉与芳胺的烷基化反应受到了广 泛关注。我们在研究5 氯甲基8 羟基喹啉与二苯胺的反应中发现，反应以乙腈为 溶剂、n a h c 0 3 为碱、在7 0 8 0 的条件下，得到在8 羟基喹啉5 位通过c n 键 键连芳胺的取代产物；而当以d m f 为溶剂、k 2 c 0 3 为碱、在1 2 0 的条件下，得 到在8 羟基喹啉5 位通过c c 键键连芳胺的取代产物。目前，通过c c 键连的取 代反应还未见其他报道。这种在不同的实验条件下，取代产物不同的现象引起了 本人极大的兴趣。 因此，本工作研究了5 氯甲基8 羟基喹啉与芳胺的反应以及底物结构和反应 条件对n 取代产物和c 取代产物选择性的影响，同时对这一反应的机理进行了研 究。本论文的主要工作如下： 1 研究了底物结构对n 取代产物和c 取代产物的影响规律。主要通过5 氯甲 基8 羟基喹啉与不同胺的反应以及不同的苄氯与胺的反应来对这一影响规律进 行探究。 2 探究了5 氯甲基8 羟基喹啉与芳胺反应的影响因素。主要考察了碱、溶剂 和温度等因素对n 烷基化产物和c 烷基化产物选择性的影响。并研究了在反应过 程中产物随时间的变化关系。 3 对5 氯甲基8 羟基喹啉与芳胺c 烷基化反应的机理进行研究。通过研究反 应条件对产物生成规律的影响以及相关的实验设计，我们得出了反应的基元步骤， 并证明了反应中间体可能为碳正离子，在此基础上，我们提出了5 氯甲基8 羟基 喹啉与芳胺发生c 烷基化的反应机理。 关键词：芳香胺；5 氯甲基8 羟基喹啉；取代规律；机理研究 a b s t r a c t na l k y l a t i o na n dca l k y l a t i o no fa r o m a t i ca m i n e sh a v eb e e nw i d e l vu s e di nt h e p r e p a r a t i o no fo r g a n i ci n t e r m e d i a t e sa n do r g a n i cs y n t h e s i s g e n e r a l l y , i nt h ep r o c e s s o ft h ea l k y l a t i o no fa r o m a t i ca m i n e s ，na l k y l a t i o na n dca l k y l a t i o nr e a c t i o n o c c u r s i m u l t a n e o u s l y u s u a l l y , na l k y l a t i o ni se a s i e ra c c e s st h a nca l k y l a t i o nd u et ot h ef a c t t h a tt h ea c t i v i t ye n e r g yo fca l k y l a t i o no fa r o m a t i ca m i n e si s h i g h e rt h a nt h a to fn a l k y l a t i o no fa r o m a t i ca m i n e s t h e r e f o r e ，i ti ss i g n i f i c a n tt h a ti fn a l k y l a t i o np r o d u c t s a n dca l k y l a t i o np r o d u c t sc a nb eo b t a i n e ds e l e c t i v e l yb yc o n t r o l l i n gt h ec o n d i t i o n s t h ea l k y l a t i o nb e t w e e n5 - c h l o r o m e t h y l 一8 h y d r o x y q u i n o l i n ea n da t o m a t i ca m i n e s h a sb e e np a i dm u c ha t t e n t i o nt oi nt h ea l k y l a t i o no fa r o m a t i c 锄i n e s w ef o u n di nt h e r e a c t i o nb e t w e e n5 - c h l o r o m e t h y l - 8 h y d r o x y q u i n o l i n e a n dd i p h e n y l a m i n et h a tt h e s u b s t i t u t e d p r o d u c t s o fa r o m a t i ca m i n e si n t h e5 - s i t e do f8 - h y d r o x y q u i n o l i n e c o n n e c t e dt h r o u g hc nb o n dw a so b t a i n e dw h e na c e t o n i t r i l ew a su s e d 懿s o l v e n t n a h c 0 3a sb a s e ，a n dt h et e m p e r a t u r ew a s7 0 8 0 ；a n dt h es u b s t i t u t e dp r o d u e t so f a r o m a t i ca m i n e si nt h e5 - s i t e do f8 - h y d r o x y q u i n o l i n ec o n n e c t e dt h r o u g hc cb o n d w a so b t a i n e dw h e nd m fw a su s e da ss o l v e n t ，k 2 c 0 3a sb a s e ，a n dt h et e m p e r a t u r ew a s 12 0 a tp r e s e n t ，t h es u b s t i t u t i o nr e a c t i o nt h r o u g hc cb o n dh a sn o tb e e nr e p o r t e d y e t t h ep h e n o m e n o nt h a td i f f e r e n ts u b s t i t u e dp r o d u c t sw e r ep r o d u c e du n d e rd i 位r e n t c o n d i t i o n sa r i s e dm y g r e a ti n t e r e s t t h e r e f o r e ，t h i sw o r ks t u d i e dt h er e a c t i o nb e t w e e n 5 - c h l o t o m e t h y l 8 n y d r o x y q u l n o l i n ea n da r o m a t i ca m i n e s ，t h ee f f e c t so fa m i n e s t r u c t u r ea n dr e a c t i o n c o n d i t i o n so nt h es e l e c t i v i t yo fns u b s t i t u e dp r o d u c t sa n dcs u b s t i t u e d p r o d u c t s a 1 s o w es t u d i e dt h em e c h a n i s mo ft h er e a c t i o n t h em a i np o i n t s o ft h i sp a p e ra r e 嬲 f o l l o w s ： 1 w es t u d i e dt h el a wo fa m i n e s t r u c t u r eo nt h es u b s t i t u t u e dp r o d u c t sm a i n l yb v e x p l o r i n gt h er e a c t i o nb e t w e e n 5 - c h l o r o m e t h y l - 8 一h y d r o x y q u i n o l i n ea n dd i f f e r e n t a m i n e sa n dr e a c t i o nb e t w e e nd i f f e r e n tb e n z y lc h l o r i d e sa n d 锄i n e 2 w es t u d i e dt h ef a c t o r st h a ta f f e c t t h er e a c t i o nb e t w e e n5 - e h l o r o m e t h y l 8 - h y d r o x y q u i n o l i n ea n da r o m a t i ca m i n e s w em a i n l yi n v e s t i g a t e dt h ee f f e c t so fb a s e s o l v e n ta n dt e m p e r a t u r eo nt h es e l e c t i v i t yo fn a l k y l a t i o np r o d u c t sa n dca l k y l a t i o n p r o d u c t s ，a n da l s os t u d i e dh o wt h ep r o d u c t sc h a n g ew i t ht h er e a c t i o nt i m e 3 w ee x p l o r e dt h em e c h a n i s mo ft h e ca l k y l a t i o nb e t w e e n5 c h l o r o m e t h y l - 8 - h y d r o x y q u i n o l i n ea n da r o m a t i ca m i n e s t h r o u g hs t u d y i n gt h ei n f l u e n c ef a c t o r so f i i i 硕士学位论文 t h er e a c t i o na n dr e l a t e de x p e r i m e md e s i g n s ，w es u g g e s t e dt h a tw h a tt h ee l e m e n t a r y s t e p so ft h er e a c t i o nc a nb ea n dt h ei n t e r m e d i a t ec a nb ec a r b o c a t i o n a b o v ea l l ，w e p r o p o s e d t h em e c h a n i s mo ft h ec a l k y l a t i o n b e t w e e n 5 - c h l o r o m e t h y l 8 h y d r o x y q u i n o l i n ea n da r o m a t i ca m i n e s k e yw o r d s ： a r o m a t i c a m i n e s ；5 - c h l o r o 一8 - h y d r o x y q u i n o l i n e ； s u b s t i t u t i o n a l l a w ； m e c h a n i s m 5 氯甲基8 羟基喹啉与芳胺的取代反应规律及其机理研究 目录 学位论文原创- 性声明与学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论l 1 1 芳胺n 烷基化和c 烷基化的研究进展i 1 1 1 1 芳胺n 烷基化的方法1 1 1 2 芳胺c 烷基化的方法一4 1 1 3 芳胺n 烷基化与c 烷基化的竞争反应研究6 1 28 羟基喹啉与芳胺n 烷基化和c 烷基化的研究进展”7 1 2 18 羟基喹啉与芳胺n 烷基化的方法8 1 2 28 羟基喹啉与芳胺c 烷基化的方法“1 1 1 3 本课题研究的目的、意义及工作内容1 2 第2 章实验部分1 3 2 1 仪器与试剂1 3 2 1 1 实验仪器：1 3 2 1 2 实验试剂1 3 2 2 化合物的合成及分析方法的建立1 5 2 2 1 实验原料和产物的合成1 5 2 2 2 实验定性定量方法的建立”2 0 第3 章5 氯甲基8 羟基喹啉与不同胺的反应规律2 4 3 15 氯甲基8 羟基喹啉与不同胺的反应2 4 3 1 15 氯甲基8 羟基喹啉与脂肪胺的反应一2 4 3 1 25 氯甲基8 羟基喹啉与取代苯胺的反应2 4 3 1 35 氯甲基8 羟基喹啉与取代二苯胺的反应一2 5 3 2 不同取代苄氯与胺的反应：2 7 第4 章反应条件与取代产物生成规律的关系3 0 4 1 产物生成规律与碱的关系3 0 4 1 1 碱的加入对产物生成规律的影响3 0 4 1 2 碱的强弱对产物生成规律的影响一3 1 4 2 产物生成规律与溶剂的介电常数之间的关系3 2 4 2 1 不同溶剂中产物的生成规律3 2 v 硕士学位论文 4 2 2 间接考察产物生成速率与溶剂介电常数的关系一3 3 4 3 不同温度下产物的生成规律3 4 4 4 产物随反应时间的变化规律3 6 4 4 1 不加碱时产物随时间的变化3 6 4 4 2 加不同碱时产物随时间的变化4 1 第5 章机理探讨4 5 5 1 两种烷基化产物的转化分析4 5 5 1 1 烷基化产物在一定的温度下随时间的变化规律一4 5 5 1 2 产物生成规律与温度的关系4 6 5 2 对反应中n 烷基化产物减少现象的探讨”4 7 5 3 碳正离子存在的探讨5 1 5 4 碳正离子的来源5 3 5 4 1 非极性溶剂对反应影响的探讨5 3 5 4 2 极性溶剂反应影响的探讨5 4 5 55 一氯甲基8 羟基喹啉与芳胺烷基化反应的机理：5 5 结论”5 7 参考文献5 8 致 射6 5 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录一6 6 附录b 化合物谱图6 7 硕士学位论文 第1 章绪论 芳胺的n 烷基化和c 烷基化反应在有机中间体制备及有机合成中具有广泛的 用途。一般情况下，在芳胺的烷基化过程中，n 烷基化与c 烷基化的反应同时存在。 由于芳胺n 烷基化的活性比c 烷基化活性高，通常情况下，n 烷基化的竞争优势要 高于c 烷基化。因此，研究得到芳胺高选择性的n 烷基化产物和c 烷基化产物是目 前的研究热点。 5 氯甲基8 羟基喹啉与芳胺的烷基化隶属芳胺烷基化的重要方面。目前，5 氯甲基与芳胺的n 烷基化已得到一定的研究【l 】，5 氯甲基8 羟基喹啉与芳胺的c 烷 基化已有报道【2 】，因此，研究通过条件控制，能选择性的得到5 氯甲基8 羟基喹 啉与芳胺的n 烷基化产物和c 烷基化产物具有重要的意义。 1 1 芳胺n 烷基化和c 烷基化的研究进展 芳胺的烷基化是一类在有机合成中十分重要的反应，有报道表明在药物中间 体的合成过程当中，杂原子的烷基化占了所有反应的1 9 ，而n 烷基化占了其中 一半以上【3 1 。芳胺的n 烷基化产物作为在药物合成中不可缺少的中间体【4 】，其n 烷 基化的方法得到了广泛的研究。 众所周知，化合物的c 烷基化在有机反应中也是屡屡可见【5 谓】，其中以 f r i e d e l c a r t f l s 反应为代表。c 烷基化一般需使用路易斯酸、质子酸或酸性氧化物 等为催化剂，其作用是使烷基化剂转变成活泼的亲电质点( 碳正离子) ，从而进攻 芳环发生亲电取代反应。尽管有关烃类c 烷基化的研究众多 9 - 1 0 1 ，但目前对芳胺c 烷基化的研究相对较少【l 。由于芳胺的活泼性较高，使用一般的c 烷基化方法很 容易使芳胺的的活性基团受到破坏，因此研究得到芳胺温和有效及高选择性的c 烷基化方法具有很好的应用前景【l z j 。 1 1 1 芳胺n 烷基化的方法， 由于芳胺n 烷基化产物广泛应用于制药、染料、石油化工等领域【1 3 1 ，有关芳 胺n 烷基化的方法一直是科研界的研究热点【体切。因此，芳腊酣烷基化的方法较多， 主要包括如下三种方式： ( 1 ) 通过取代反应发生n 烷基化 取代n 烷基化常用的烷基化试剂有卤代烷( 包括碘代烷、溴代烷和氯代烷) 、 醇、硫酸烷基酯等。芳胺与卤代烃进行n 烷基化一般在碱性条件下进行。w o l f e 等 v 8 以4 溴1 丁烯为烷基化剂，在碳酸钾催化下，用碘化钠作促进剂，以较高的收 5 氯甲基- 8 羟基喹啉与芳胺的取代反应规律及其机理研究 率得到了烷基化的产物。反应如图1 1 所示。 o m e k 2 c 0 3 夕 b r n a l m e o o m e 图1 12 溴- 4 ，5 二甲氧基苯胺与4 溴苯乙烯的n 烷基化反应 对于活性较高的卤代烃，其与芳胺的n 烷基化反应可以在比较温和的条件下 进行【1 9 】。如苯胺与2 溴丙烷的取代n 烷基化反应只需氢氧化钠做碱，在5 0 6 0 。c 的 条件下即可得到目标产物。反应如图1 2 所示。 h n a o h n i c h h 3 c 一一c h 3 叱争= 5 0 - 6 由 b ro i ii 图1 2 苯胺与异丙烷的烷基化反应 以上的芳胺n 烷基化过程，尽管方法简单，但一般情况下反应的选择性较低， 产物中常有单取代、双取代甚至是多取代的产物。因此，为了提高目的产物的产 率及选择性，科研工作者对反应催化剂的改进进行了深入研究 2 0 - 2 1 1 。如采用水性 胶束表面活性剂作为相转移催化剂、使用分子筛做催化剂等，以期待能取得理想 的效果。 若当需要烷基化的芳胺苯环上连有强吸电子基( 如硝基、氰基等) 时，这类 底物即使在强碱的作用下，n 烷基化也比较难以进行【1 3 1 。但利用分子筛这类具有 特殊晶间微孔结构的催化剂可以解决这个问题。o l a k a 等田】等在这方面进行了相关 研究，并对催化剂进行了优化探讨，当使用钾钇阳离子交换沸石类的分子筛时， 该反应的产率可以达到7 9 。反应式如图1 3 所示。 z e o l i t e o ra l u m i n e r = n 0 2 ；c n ；c 0 2 e t 图1 3 强吸电子基取代的芳胺与苄溴的烷基化反应 此外，芳胺通过与醇、硫酸烷基化剂及磷酸烷基脂等进行n 烷基化的方法也 0rc杰yr 9 p审r 卧 艿 叱 艾v r 硕士学位论文 有相关的报道瞄彩】。目前，对芳胺n 烷基化的研究已比较完善，尽管还有部分芳 胺的n 烷基化的方法还有待改进，如提高其中某一烷基化产物的选择性等，但随着 科研界对其的不断研究，相信在不久的将来，这些问题将被迎刃而解。 ( 2 ) 通过加成反应发生n 烷基化 在芳胺上通过加成发生烷基化主要涉及芳胺与环氧化合物、烯烃及丙烯酸衍 生物等【2 6 - 2 s 1 。其中，芳胺与环氧化合物及及丙烯酸衍生发生烷基化所得产物都带 有羟基，需要通过进一步的处理【2 0 1 ，因此，此类方法有待于进一步的研究。 目前，芳胺通过加成反应得到烷基化产物最大的瓶颈在于产物的选择性不高， 因此，选择筛选优良的催化剂是研究的热点。j i t e n d r a 等1 3 1 以多相催化剂钛硅胶为 催化剂选择性的得到芳胺与环氧苯乙烷的n 烷基化产物，取得了不错的效果，反 应如图1 4 所示。 t i t a n o s u i c a t e h r e g i o i s o m e r o a r e g i o i s o m e r - b 图1 4 环氧苯乙烷与苯胺的加成烷基化反应 同时，该作者考察了不同催化剂下两种烷基化产物的产率及选择性等，数据 如表1 1 所示。 表1 1 不同催化剂下该烷基化反应产物产率及选择性数据表 在以上对芳胺n 烷基化产物选择性考察的基础上，f u 等吲采用三氯化钐为催 化剂，研究了环氧环乙烷和苯胺反应得到立体选择性的n 烷基化产物。反应如图 1 5 所示。 5 氯甲基- 8 羟基喹啉与芳胺的取代反应规律及其机理研究 【p o + r n h 2 、 ( 10 ) s m c l 3 t h f r t n 一洲 、a n h r r = p h ；p - c h 3 c 6 h 4 ；o - c h 3 c e h 4 ；p - b r c 6 h 4 ；p - m e o c 6 h 4 ；1 - n a p h t h y l 图1 5 芳胺与环氧环己烷的立体选择性烷基化产物 同时，该作者在对底物的研究中，发现对甲氧基苯胺与环氧环己烷的烷基化 产率最高，可达8 1 2 ，其次为邻甲基苯胺，产率为8 0 4 。 除以上芳胺与环氧烷类的 j f i n n 烷基化反应外，芳胺与烯烃的加威i n 烷基化反 应也得到了广泛的重视和研究 3 3 - 3 5 】。因为芳胺与烯烃的加成烷基化反应中产物易 多取代，选择性较差，因此目前有关芳胺与烯烃的烷基化的研究集中于提高烷基 化产物的选择性上。1 1 l l 等【3 6 】以甲苯为溶剂，在三氟乙酸的催化下得到了苯胺与 苯乙烯较高选择性的加成n 烷基化产物。其选择性可达9 5 。反应如图1 6 所示。 1 p h m e r t ，：r t 一1 0 0 c 0 5 h ；1 0 0 2 f 3 c c 0 2 h ；2 4 h ；1 0 0 早 h n m e 图1 6 苯乙烯与苯胺的加成n 烷基化反应 ( 3 ) 还原n 烷基化 还原n 烷基化反应一般以醛或酮为烷基化试剂，利用芳胺与醛或酮的发生的 缩合还原反应得到n 烷基化产物，目前有关这方面的研究较多 3 7 - 3 8 ，例如 c l a r k - e s c h w e i l e r 胺的还原烷基化即属此类反应。如图1 7 所示。 n h 2 h n 7 u h 3 囝一2 ”啪洲一 图t 7 c l a r k - e s c h w e i l e r 脂的还原烷基化 1 1 2 芳胺c 烷基化的方法 在有机合成领域，c 烷基化一直属于研究的热点。c 烷基化在有机中间体的合 成中起着极为重要的作用田- 4 3 。芳胺的c 烷基化作为其中的一部分，也得到了一 定的关注和研究。 但是由于芳胺胺基的存在，使得其c 烷基化受到了很大的限制。因为芳胺n 原子的活泼性更高，芳胺在发生c 烷基化的同时，不可避免的地会发生n 烷基化反 应，因此，如何高效高选择性的对芳胺进行c 烷基化是研究的热点。目前，芳胺 硕士学位论文 护邺) 5 - 臣纣n 专草+ 矿o ) 5 m e 图1 9 对异丙基苯胺的合成 ( 2 ) 通过加成反应发生c 烷基化 目前，芳胺与烯烃通过加成反应得到c 烷基化产物属于热门的研究方向【5 5 巧引， 主要包括芳胺与脂肪烯烃的c 烷基化和芳胺与芳香烯烃的c 烷基化反应等。有关芳 胺与烯烃的加成烷基化研究主要在于如何提高目标产物的选择性。z h , 趾g 等【5 9 】利 用苯胺与丙烯在无水三氯化铝的催化下通过发生加成烷基化得到了高选择性的 2 , 6 二异丙基苯胺，选择性可达9 7 3 。同时其也对该反应的条件和选择性进行了 探讨优化，得到了合成2 ，6 二异丙基苯胺的最佳条件。反应如图1 1 0 所示。 n h 2 臼+ a a i c l 3 图1 1 0 苯胺与丙烯的加成烷基化反应 n a g a t a 等唧】贝0 对不同位置引入异丙基的选择性进行了研究，其用苯胺和丙烯 在蒙脱石的催化下得到了苯胺邻位和对位上的烷基化产物，如图1 1 1 所示。 吏 音 5 氯甲基8 羟基喹啉与芳胺的取代反应规律及其机理研究 , n h 2 囝仙c - c h 划2 m o l t m o r i l l o n t i t e h 2 n n h 2 1 1 3 芳胺n 烷基化与c 烷基化的竞争反应研究 以上的合成方法均能合成单一取代烷基化合物，我们知道，由于芳胺的活性 位点较多，发生烷基化时得到多取代的烷基化物是十分常见的。在一定的条件下， 芳胺的n 烷基化与c 烷基化是一个竞争反应。因此，研究芳胺烷基化n 烷基化产物 与c 烷基化产物的选择性得到了较多的关注。 o c c h i u c c i 等【6 1 】于1 9 8 6 年对苯胺的芳环烷基化进行了研究，其采用苯胺和其它 的一些芳环化合物在氧气的催化些得到了多种苯胺芳环烷基化的产物。其中以二 苯胺的产率最高，可达1 5 3 。反应如图1 1 2 所示。 甲h 29 m en h 2 1i - 囝+ 囟+ 一0 2 伞+ 一p h2 + q 赢p he 阶洲m i p h 图1 1 20 2 催化苯胺烷基化 随后，r o s s i 等【6 2 】对苯胺与碘苯的烷基化反应产物的选择性进行了较深入的研 究和探讨，得到了二苯胺，2 苯基苯胺和4 苯基苯胺三种产物，其中二苯胺的产 率最高，可达2 1 3 ，4 - 苯基苯胺其次，产率约为1 9 1 。反应如图1 1 3 所示。 6 + 南= a n h n h 2 囟 + i 图1 1 3 苯胺与碘苯的选择性烷基化反应 目前，芳胺和苯乙烯的加成烷基化属于研究的热点。b e l i e r 等哪j 早在1 9 9 9 年 利用金属铑催化取代苯胺与苯乙烯通过加成烷基化反应得到了不同烷基化的产 物。随着对芳胺与苯乙烯c 烷基化的进一步研究，人们得到了进行该烷基化更简 单的方法。m a r c s e k o v a 等畔】利用碘化氢为催化剂，甲苯为溶剂，约1 3 5 的条件下 得到了苯胺与苯乙烯不同烷基化的产物。同时其还研究了不同条件下，两种产物 的选择性。反应如图1 1 4 所示。 硕士学位论文 仝h 2严 囝+ 囟 9 h n 、 m e + l e 2 8 5 3 图1 1 4 苯胺与苯乙烯的c 烷基化反应 。 由于苯胺与苯乙烯烷基化所具有的特殊意义，随后，p r a d e s 等【6 5 1 对芳胺的c 烷基化也进行了研究，其使用金属铱的配合物为催化剂，研究了不同的取代苯胺 与苯乙烯c 烷基化反应。得到了取代苯胺的n 烷基化产物、邻位的c 烷基化产物及 对位的c 烷基化产物。反应式如图1 1 5 所示。 芏h 2严 9 + p h + k 1 1 l u l1 2 2 + 囟 r i 八p h r = h ，m e c i ，f ，o m e 图1 1 5 不同取代的苯胺与苯乙烯c 烷基化反应 在对实验条件优化的基础上，作者同时考察了不同烷基化产物的选择性，所 得数据如表1 2 所示。 表1 2 不同取代苯胺与苯乙烯c 烷基化产物的选择性数据表 a n - a l k y l a ti o np r o d u c t s 1 28 羟基喹啉与芳胺n 烷基化和c 烷基化的研究进展 在8 羟基喹啉的应用中，其金属配合物作为一种电子传输性能很好的材料， 其空穴传输能力还存在一定的不足【6 6 】，并且在有机溶剂中溶解性较差。由于8 羟 j 卜 卧。一 粥m鲨鬻 h 蕊 夕 n i 仝 孑 痧 1 p 吼+cj y一n协一乳m蓑孙 5 氯甲基8 羟基喹啉与芳胺的取代反应规律及其机理研究 基喹啉金属配合物的性质与8 羟基喹啉的结构密切相关，研究发现，在8 羟基喹 啉上引入芳胺基团，可以提高取代8 羟基喹啉金属配合物的溶解性【l j ，同时可提 高其空穴传输能力7 1 。采用8 羟基喹啉与芳胺反应得到新型的5 取代8 羟基喹啉 衍生物，可望能获得新型的有机电致发光材料【6 8 - 6 9 。 1 2 18 羟基喹啉与芳胺n 烷基化的方法 目前，8 羟基喹啉通过n 烷基化引入芳胺有三种形式： ( 1 ) 通过重氮反应偶联 由于8 羟基喹啉的5 位被活化，易发生反应。因此8 羟基喹啉可以通过偶联与 芳胺发生n 烷基化【7 0 】。p a t e l 7 1 】在这方面做了大量的工作，其合成的方法为：首先 通过用盐酸和n ，n 二甲基- 4 苯磺酸胺形成重氮化合物，再与加入的8 羟基喹啉发 生偶联反应得到所需要的化合物。反应式如图1 1 6 所示。 h c i a q n a n 0 2 0 5 o h 1 a l k a l i a q n ( c 2 h s ) 2 o h 图1 1 6 在8 羟基喹啉上引入芳胺 通过以上的n 烷基化方法直接在8 羟基喹啉上引入芳胺基团，需要经历以叠 氮化物为中间体的过程。由于叠氮化物在较高的温度下易发生爆炸，因此反应需 要控制在较低的温度下进行，给实验操作带来诸多不便。 ( 2 ) 通过胺醛缩合偶联 醛与胺的缩合在有机反应中屡屡可见，因为醛的活性较高，易与胺类化合物 发生缩合反应从而引入芳胺基团。因此，通过5 甲醛基8 羟基喹啉引入芳胺的烷 基化方法也得到了一定的研究7 2 1 。g h e d i n i 掣7 0 】通过5 甲醛基8 羟基喹啉与胺类化 合物在以乙醇为溶剂，回流的条件下，反应得到了喹啉的n 烷基化产物。反应如 图1 1 7 所示。 鼢n 怎v z z 矿 岣 时 笋呲虑y 呲 硕士学位论文 叱苓： o h e t o h r t r e f l u x 4 h 叱万 o h 图1 1 7 以5 醛基8 羟基喹啉为前体引入芳胺 该反应过程较为简单，操作也比较容易进行。在得到该以c = n 双键连引入n 取代基团化合物的基础上，作者对其通过加氢得到以c - n 单键连引入芳胺基团的 8 羟基喹啉衍生物，如图1 1 8 所示。 o h p a c n a b h 4 e t o h r t 4 h 图1 18 催化加氢得到通过c - n 键连的产物 随后，) ( i e 等吲对这方面也做了一定的研究，其利用5 甲醛基8 羟基喹啉与 脂肪二胺及芳香二胺反应得到了双喹啉的含氮衍生物。反应如图1 1 9 所示。 e t o h p t s a 卜 r e f l u xr e f l u x h 1 8 h n o h 图1 1 95 甲醛基8 羟基喹啉与二胺的反应 以上通过5 甲醛基8 羟基喹啉引入n 取代基团的合成方法和操作手段均较为 简单，但由于其使用的原料为5 甲醛基8 羟基喹啉，该化合物的合成较为复杂， 因此，该类通过烷基化在8 羟基喹啉上引入芳胺的方法受到了一定限制。 ( 3 ) 通过胺卤取代偶联 在8 羟基喹啉化合物中，5 氯甲基- 8 羟基喹啉由于制备方法简单，反应活性 较高，因此，通过5 氯甲基8 羟基喹啉与芳胺进行n 烷基化得到了较多的研究和 应用。由于5 氯甲基8 羟基喹啉与芳胺均属于活性较高的反应底物，在碱的作用 下，可以得到较高的收率的n 烷基化产物。 笋足y 、一 #洲缸洲 5 氯甲基8 羟基喹啉与芳胺的取代反应规律及其机理研究 h a m a y a 等7 4 1 在1 9 9 4 年最早报道了5 氯甲基8 羟基喹啉与芳胺的n 烷基化 反应。其以三乙胺为碱，在5 0 。c 的条件下反应，得到n - 5 一( 8 一羟基喹啉) 甲基】苯 胺。该方法合成路线简单，所得产率为1 6 。此外，该烷基化方法只得到了8 羟基喹啉的n 烷基化产物，选择性较好。反应如图1 2 0 所示。 n h 2 i + n ( c h 2 c h 3 ) 3 d m f 5 0 。c 2 4 h 图1 2 05 一氯甲基- 8 - 羟基喹啉与苯胺的反应 该合成方法在随后的研究中得到了广泛的应用【7 5 刁7 】，许多科研工作者利用该 方法合成得到n 5 ( 8 羟基喹啉) 甲基】苯胺后作为单体聚合得到键连喹啉的聚合 物，以研究该类化合物与金属配位后的发光性能等。 a m a r e s h 等【l j 在2 0 0 4 年以乙腈为溶剂，以n a h c 0 3 为碱，在7 0 8 0 的条件 下，通过n 烷基化在8 羟基喹啉的5 位上引入芳胺基团，如图1 - 2 1 所示。同时， 研究发现，该新型的取代喹啉不仅在常见的溶剂中有着很好的溶解性，并且发光 波长没有大的改变。 + h n a h c 0 3 c h 3 c n 7 0 8 0 o l n o h 图1 2 15 一氯甲基喝一羟基喹啉与( n - 苯基) 萘胺的反应 f e n g 等i t s l 也x 寸5 氯甲基8 羟基喹啉与芳胺的n 烷基化进行了研究。其烷基化 的方法为：首先将咔唑化合物、n a o c h 3 和k o h 等溶于d m s o 在室温下搅拌2 h ， 而后慢慢滴加溶于d m s o 的5 氯甲基8 羟基喹啉溶液，在室温下反应1 0 h 后升至7 0 再反应2 h e p 可得到产物。反应式如图1 2 2 所示。 o h 图1 2 2 在8 习弪基喹啉上引入连有咔唑的芳胺 - l o - 9 n 冷囝 硕士学位论文 随着对该类反应研究的深入，2 0 0 7 年p e n g 等报道了一种极简易的合成方法 7 9 - 8 0 】，并且对碱进行了优化探讨，最后得到以三乙胺为催化剂的效果最好，收率 可以达到9 0 以上。利用其它固体碱如碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠等不仅反应 速度慢，并且会得到许多副产物。反应过程如图1 2 3 所示。 o hh c i a n h o h 图1 2 35 氯甲基8 羟基喹啉与二苯胺的反应 通过以上- 5 氯甲基8 羟基喹啉与胺类化合物的反应可知，该类反应容易发 生，且反应产率较高，操作也十分简单；并且原料5 氯甲基8 羟基喹啉盐酸盐的 合成方便，产率较高。因此以5 氯甲基8 羟基喹啉与胺类化合物反应在8 羟基喹 啉的5 位上引入n 取代基团具有较好的应用前景。 1 2 28 羟基喹啉与芳胺c 烷基化的方法 目前，8 羟基喹啉与芳胺的c 烷基化研究较少，在所报道的文献中，只有王 正威【2 】研究5 氯甲基8 羟基喹啉盐酸盐与二苯胺反应时，其以k 2 c 0 3 为碱，以 d m f 作溶剂，在1 2 0 的条件下得到了5 氯甲基8 羟基喹啉与二苯胺c 烷基化 产物，反应如图1 2 4 所示。 o hh c l k 2 0 0 3 d m f - - - - - - - - - - - - - - - 1 2 0 o h 图1 2 45 4 - ( n 苯基苄基) 】- 8 羟基喹啉的合成 众所周知，芳胺的n 烷基化活性比c 烷基化活性高，因此，一般情况下芳胺 的n 烷基化反应更容易发生。而该反应用此条件以较高的选择性得到了芳胺的c 烷基化产物，这与以往所报道的5 氯甲基8 羟基喹啉的烷基化结果截然不同。并 且，该反应在芳胺的苯环上发生烷基化反应同时并没有对芳胺的活性基团造成破 坏。因此，进一步研究该烷基化反应时必要的。 a n j 毗型n 5 氯甲基8 羟基喹啉与芳胺的取代反应规律及其机理研究 1 3 本课题研究的目的、意义及工作内容 a m a r e s h 等以乙腈为溶剂、n a h c 0 3 为碱、在7 0 8 0 的条件下，得到在8 羟基喹啉的5 位上通过c - n 键键连芳胺的取代产物。而本实验室王正威在以d m f 为溶剂、k 2 c 0 3 为碱、在1 2 0 c 的条件下，却得到在8 羟基喹啉的5 位上通过c c 键键连芳胺的取代产物，此新型的取代反应目前还未见其他报道。这种在不同的 实验条件下，得到不同取代产物的现象引起了本人极大的兴趣。 进一步研究5 氯甲基一8 羟基喹啉与芳胺的反应规律，可对通过条件控制选择 性得到n 烷基化产物及c 烷基化产物提供可能，同时研究得到5 氯甲基8 羟基 喹啉与芳胺的c 烷基化机理则可对以后5 氯甲基- 8 羟基喹啉与芳胺的c 烷基化 反应起到指