专利名称：芳烃溴代物的制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种化工技术领域的制备方法，特别涉及一种芳烃溴代物的制备方法。
背景技术：
芳烃溴代物在生物、医药、有机合成等领域中是被广泛使用的重要的有机化学品。制备芳烃溴代物是由芳烃溴代反应来完成的。通常需要使用单质溴和Lewis酸(路易斯酸)作催化剂，如Br2/Fe(FeBr3)，该方法通常会产生大量的有害气体HBr，而且Br(溴素)的使用率通常会低于50％。另外，溴单质本身也是有毒物质，存储、运输和使用都不方便。溴化物作为溴源制备溴代有机物是个对环境友好的方法。溴化物具有价格低廉，不具挥发性而运输、存储方便，使用无需特殊保护的优点，且溴的利用率可以高达100％。
经过对现有技术的文献检索发现，Beletskaya等人在《ZhurnalOrganicheskoi Khimii》(《苏联化学学会有机化学》，1988年刊第24卷第2期248页)发表了题为“Catalytic and stoichiometric bromination of aromaticcompounds in aqueous trifluoroacetic acid in the presence of nitrogen-containingoxidizing agents”(“三氟乙酸水溶液中含氮氧化剂存在时芳烃的催化和计量溴代反应”)的论文，提出了使用亚硝酸纳和硝酸钾作催化剂，空气为氧化剂，在三氟乙酸水溶液中芳烃和溴化钾反应生成溴代芳烃的方法。该方法由于使用强酸三氟乙酸水溶液为溶剂，会有以下缺点(1)易产生有害HBr气体，污染环境和引发生产安全问题，操作不便；(2)对反应设备耐酸性要求高；(3)使用大量三氟乙酸为溶剂，生产成本较高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种芳烃溴代物的制备方法，使其在室温下，以含氮试剂为催化剂，金属氯化物为添加剂(氧化剂)，溴化物为溴源，使活泼芳烃在中性溶液中完成氧化溴代反应，生成芳烃溴代物。该方法溴素利用率高、反应条件温和、操作简便、且环境友好。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明方法具体为将活泼芳烃和溴化物、含氮试剂催化剂、金属氯化物和适当的反应用溶剂混合，在常压空气中搅拌、反应，反应结束后，将混合反应溶液稀释，静置，过滤除去无机固体，然后用硫代硫酸钠水溶液洗涤滤液，直至有机相成无色，分出有机相；再用有机溶剂萃取水相，再次分出有机相；合并上述有机相，无水硫酸镁干燥，过滤除去干燥剂，滤液经减压蒸馏得到粗产物，粗产物再经过柱层析分离得到纯的溴代芳烃产物。
本发明反应过程可以如下反应方程式表示 所述的活泼芳烃，化学结构如(I)所示，R可以是一个或多个供电基团，包括供电基团和非供电基团的组合，如苯甲醚。
所述的含氮试剂催化剂可以是硝酸盐、亚硝酸盐、硝酸或亚硝酸，如亚硝酸钠。
所述的金属氯化物可以是氯化铋，氯化铁，氯化锌、氯化铜、氯化铝或氯化镁。
所述的反应用溶剂为酸性溶剂、中性溶剂、极性溶剂或非质子极性溶剂。其中，酸性溶剂，如醋酸；中性溶剂，如乙腈；非质子极性溶剂，如二氯甲烷；极性溶剂，如1，2-二氯乙烷。
所述的反应，反应时间为2-48个小时，反应温度为室温。
所述的含氮试剂催化剂，其物质的量为活泼芳烃的物质的量的5％到20％。
所述的金属氯化物，其物质的量为活泼芳烃的物质的量的1.0-4.0倍。
本发明的有益效果如下(1)由于使用不含过渡金属的含氮试剂做催化剂，如硝酸钠或亚硝酸钠，其价格低、易获得，并且处理方便；(2)利用溴化物(如溴化钾)直接进行氧化溴代反应，避免了溴单质的使用，不会产生大量的有害气体，同时储运方便，且溴素的利用率高，经济环保；(3)使用1.0到4.0倍于原料芳烃的金属氯化物作添加剂(氧化剂)，可在中性溶液中进行反应，避免使用大量的强酸来促进反应，降低了对反应设备的耐酸要求，且选用的金属氯化物是工业品的非过渡金属盐氯化铋，它低毒、无需特别制备、易循环使用。总之，由于整个反应体系中可以不涉及过渡金属、强酸或者有机胺类，对环境比较友好、安全。
另外，本发明可以在常温常压条件下进行，温度范围宽，反应试剂无需进行预先脱水处理，反应过程中反应体系也无需无水保护，操作简便，节能经济。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入苯甲醚(52.5mg，0.49mmol)、KBr(61.8mg，0.52mmol)、硝酸钠(4.0mg，0.05mmol)和氯化铋(320.8mg，1.03mmol)于2.0ml乙腈中搅拌，4个小时后，停止反应；在反应混合物中加入二氯甲烷10ml，静置，过滤除去无机固体，然后用10ml 0.5M硫代硫酸钠水溶液洗涤滤液3次，至洗去多余的溴(有机相变成无色)，分出有机相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有机相；合并上述有机相，用无水硫酸镁干燥，过滤除去干燥剂，滤液经减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗产物；粗产物经过杜层析分离后得到产物4-溴代苯甲醚84.6mg，收率为92％。
实施例2在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入苯甲醚(54.8mg，0.51mmol)、KBr(61.8mg，0.52mmol)、亚硝酸钠(3.4mg，0.05mmol)和氯化铋(320.8mg，1.03mmol)于2.0mL乙腈中搅拌，2个小时后，停止反应；在反应混合物中加入二氯甲烷10ml，静置，过滤除去无机固体，然后用10ml 0.5M硫代硫酸钠水溶液洗涤滤液3次，至洗去多余的溴(有机相变成无色)，分出有机相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有机相，合并上述有机相；用无水硫酸镁干燥，过滤除去干燥剂，滤液经减压蒸馏除去二氯甲烷后得到粗产物；粗产物经过柱层析分离后得到产物4-溴代苯甲醚84.6mg，收率为91％。
实施例3在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入苯甲醚(105.6mg，0.98mmol)、KBr(125.1mg，1.04mmol)、亚硝酸钠(3.6mg，0.05mmol)和氯化铋(638.2mg，2.05mmol)于2.0mL乙腈中搅拌，24个小时后，停止反应；在反应混合物中加入内标六氯乙烷，用气相色谱测定4-溴代苯甲醚收率为＞99％。
实施例4在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入1，2，4，5-四甲苯(67.8mg，0.51mmol)、KBr(66.4mg，0.55mmol)、亚硝酸钠(6.9mg，0.10mmol)和氯化铋(638.2mg，2.05mmol)于2.0mL乙腈中搅拌，4个小时后，停止反应；在反应混合物中加入二氯甲烷10mL，静置，过滤，然后用10ml 0.5M硫代硫酸钠水溶液洗涤滤液3次，至洗去多余的溴(有机相成无色)，分出有机相，水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有机相；合并上述有机相，用无水硫酸镁干燥，过滤除去干燥剂，滤液经减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗产物；粗产物经过柱层析分离后得到产物3-溴代-1，2，4，5-四甲苯的量为98.9mg，收率为92％。
实施例5在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入苯甲醚(51.6mg，0.48mmol)、KBr(64.4mg，0.54mmol)、亚硝酸钠(3.4mg，0.05mmol)和氯化铋(226.8mg，0.73mmol)于2.0mL乙腈中搅拌，24个小时后，停止反应；在反应混合物中加入内标六氯乙烷，用气相色谱测定4-溴代苯甲醚收率为＞99％。
实施例6在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入苯甲醚(51.8mg，0.48mmol)、KBr(61.3mg，0.52mmol)、硝酸钠(6.1mg，0.07mmol)和氯化铋(163.2mg，0.52mmol)于2.0mL乙腈中搅拌，36个小时后，停止反应；在反应混合物中加入内标六氯乙烷，用气相色谱测定4-溴代苯甲醚收率为55％。
实施例7在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入1，3，5-三甲苯(67.7mg，0.56mmol)、KBr(69.0mg，0.58mmol)、亚硝酸钠(3.8mg，0.06mmol)和氯化铋(331.5mg，1.06mmol)于2.0mL乙腈中搅拌，5个小时后，停止反应；在反应混合物中加入二氯甲烷10mL，静置，过滤除去无机固体，然后用10ml 0.5M硫代硫酸钠水溶液洗涤滤液3次，至洗去多余的溴(有机相成无色)，分出有机相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有机相；合并上述有机相，用无水硫酸镁干燥，过滤除去干燥剂，滤液经减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗产物；粗产物经过柱层析分离后得到产物2-溴代-1，3，5-三甲苯72.1mg，收率为64％。
实施例8在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入1，2，4，5-四甲苯(67.8mg，0.51mmol)、KBr(66.4mg，0.55mmol)、亚硝酸钠(3.4mg，0.05mmol)和氯化铋(327.8mg，1.04mmol)于2.0mL乙腈中搅拌，4个小时后，停止反应；在反应混合物中加入二氯甲烷10mL，静置，过滤，然后用10ml 0.5M硫代硫酸钠水溶液洗涤滤液3次，至洗去多余的溴(有机相成无色)，分出有机相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有机相；合并上述有机相，用无水硫酸镁干燥，过滤除去干燥剂，滤液经减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗产物；粗产物经过柱层析分离后得到产物3-溴代-1，2，4，5-四甲苯的量为85.4mg，收率为80％。
实施例9在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入间二甲苯(47.3mg，0.45mmol)、KBr(69.6mg，0.58mmol)、亚硝酸钠(3.4mg，0.05mmol)和氯化铋(320.1mg，1.02mmol)于2.0mL乙腈中搅拌，9个小时后，停止反应；在反应混合物中加入二氯甲烷10mL，静置，过滤除去无机固体，然后用10ml 0.5M硫代硫酸钠水溶液洗涤滤液3次，至洗去多余的溴(有机相成无色)，分出有机相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有机相；合并上述有机相，用无水硫酸镁干燥，过滤除去干燥剂，滤液经减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗产物；粗产物经过杜层析分离后得到产物1-溴代-2，4-二甲基苯62.0mg，收率为75％。
实施例10在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入2-甲基苯甲醚(64.5mg，0.53mmol)、KBr(65.5mg，0.55mmol)、亚硝酸钠(3.4mg，0.05mmol)和氯化铋(317.3mg，1.01mmol)于2.0mL乙腈中搅拌，6个小时后，停止反应；在反应混合物中加入二氯甲烷10mL，静置，过滤除去无机固体，然后用10ml 0.5M硫代硫酸钠水溶液洗涤滤液3次，至洗去多余的溴(有机相成无色)，分出有机相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有机相；合并上述有机相，用无水硫酸镁干燥，过滤除去干燥剂，滤液经减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗产物；粗产物经柱层析分离后得到产物4-溴代-2-甲基苯甲醚85.7mg，收率为81％。
实施例11在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入4-甲基苯甲醚(60.0mg，0.49mmol)、KBr(60.4mg，0.50mmol)、亚硝酸钠(3.8mg，0.06mmol)和氯化铋(325.0mg，1.03mmol)于2.0mL乙腈中搅拌，5个小时后，停止反应；在反应混合物中加入二氯甲烷10mL，静置，过滤除去无机固体，然后用10ml 0.5M硫代硫酸钠水溶液洗涤滤液3次，至洗去多余的溴(有机相成无色)，分出有机相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有机相；合并上述有机相，用无水硫酸镁干燥，过滤除去干燥剂，滤液经减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗产物；粗产物经柱层析分离后得到产物2-碘代-4-甲基-苯甲醚82.1mg，收率为83％。
实施例12在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入3-碘代苯甲醚(121.0mg，0.57mmol)、KBr(85.4mg，0.72mmol)、亚硝酸钠(3.3mg，0.05mmol)和氯化铋(373.0mg，1.18mmol)于2.0mL乙腈中搅拌，6个小时后，停止反应；在反应混合物中加入二氯甲烷10mL，静置，过滤除去无机固体，然后用10ml 0.5M硫代硫酸钠水溶液洗涤滤液3次，至洗去多余的溴(有机相成无色)，分出有机相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有机相；合并上述有机相，用无水硫酸镁干燥，过滤除去干燥剂，滤液经减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗产物；粗产物经柱层析分离后得到产物4-溴代代-3-碘代苯甲醚136.7mg，收率为77％。
实施例13在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入甲苯(46.5mg，0.51mmol)、KBr(60.4mg，0.50mmol)、亚硝酸钠(3.4mg，0.05mmol)和氯化铋(325.0mg，1.03mmol)于2.0mL乙腈中搅拌，48个小时后，停止反应；在反应混合物中加入二氯甲烷10mL，静置，过滤除去无机固体，然后用10ml 0.5M硫代硫酸钠水溶液洗涤滤液3次，至洗去多余的溴(有机相成无色)，分出有机相；水相再用二氯甲烷10ml萃取一次，分出有机相；合并上述有机相，用无水硫酸镁干燥，过滤除去干燥剂，滤液经减压蒸馏除去二氯甲烷得到粗产物；粗产物经柱层析分离后得到产物4-溴代-甲苯和2-溴代甲苯混合物31.8mg，收率为37％。
实施例14在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入苯甲醚(51.6mg，0.48mmol)、KBr(62.9mg，0.50mmol)、亚硝酸钠(3.6mg，0.05mmol)和氯化铋(325.1mg，1.03mmol)于2.0mL醋酸中搅拌，6个小时后，停止反应；在反应混合物中加入内标六氯乙烷，用气相色谱测定4-溴代苯甲醚收率为95％。
实施例15在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入苯甲醚(51.6mg，0.48mmol)、KBr(62.9mg，0.50mmol)、亚硝酸钠(3.6mg，0.05mmol)和氯化铋(325.1mg，1.03mmol)于2.0mL 1，2二氯乙烷中搅拌，18个小时后，停止反应；在反应混合物中加入内标六氯乙烷，用气相色谱测定4-溴代苯甲醚收率为＞99％。
实施例16在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入苯甲醚(51.6mg，0.48mmol)、KBr(62.9mg，0.50mmol)、硝酸钠(4.5mg，0.05mmol)和氯化铁(273.0mg，1.00mmol)于2.0mL乙腈中搅拌，24个小时后，停止反应；在反应混合物中加入内标六氯乙烷，用气相色谱测定4-溴代苯甲醚收率为70％。
实施例17在室温下(25℃)，在25mL圆底烧瓶中加入苯甲醚(51.6mg，0.48mmol)、KBr(62.9mg，0.50mmol)、硝酸钠(4.5mg，0.05mmol)和氯化铜(171.0mg，1.00mmol)于2.0mL乙腈中搅拌，24个小时后，停止反应；在反应混合物中加入内标六氯乙烷，用气相色谱测定4-溴代苯甲醚收率为58％。
权利要求
1.一种芳烃溴代物的制备方法，其特征在于，将活泼芳烃和溴化物、含氮试剂催化剂、金属氯化物和反应用溶剂混合，在常压空气中搅拌、反应，反应结束后，将混合反应溶液稀释，静置，过滤除去无机固体，然后用硫代硫酸钠水溶液洗涤滤液，直至有机相成无色，分出有机相；再用有机溶剂萃取水相，再次分出有机相；合并上述有机相，无水硫酸镁干燥，过滤除去干燥剂，滤液经减压蒸馏得到粗产物；粗产物再经过柱层析分离得到纯的溴代芳烃产物；所述的活泼芳烃，其化学结构如下 其中，R是一个或多个供电子基团，包括供电基团和非供电基团的组合。
2.根据权利要求1所述的芳烃溴代物的制备方法，其特征是，所述的含氮试剂催化剂，是硝酸盐、亚硝酸盐、硝酸或亚硝酸。
3.根据权利要求1或2所述的芳烃溴代物的制备方法，其特征是，所述的含氮试剂催化剂，其物质的量为活泼芳烃的物质的量的5％到20％。
4.根据权利要求1所述的芳烃溴代物的制备方法，其特征是，所述的金属氯化物，是氯化铋、氯化铁、氯化锌、氯化铜、氯化铝或氯化镁。
5.根据权利要求1或4所述的芳烃溴代物的制备方法，其特征是，所述的金属氯化物，其物质的量为活泼芳烃物质的量的1.0-4.0倍。
6.根据权利要求1所述的芳烃溴代物的制备方法，其特征是，所述的反应用溶剂为酸性溶剂、中性溶剂、极性溶剂或非质子极性溶剂。
7.根据权利要求6所述的芳烃溴代物的制备方法，其特征是，所述的酸性溶剂，为醋酸；所述的中性溶剂，为乙腈。
8.根据权利要求6所述的芳烃溴代物的制备方法，其特征是，所述的极性溶剂，为1，2-二氯乙烷；所述的非质子极性溶剂，为二氯甲烷。
9.根据权利要求1所述的芳烃溴代物的制备方法，其特征是，所述的反应，反应时间是2-48小时。
10.根据权利要求1所述的芳烃溴代物的制备方法，其特征是，所述的反应，反应温度为室温。
全文摘要
一种芳烃溴代物的制备方法，属于化工技术领域。本发明方法为，将活泼芳烃和溴化物、含氮试剂催化剂、金属氯化物和反应用溶剂混合，在常压空气中搅拌、反应，反应结束后，将混合反应溶液稀释，静置，过滤除去无机固体，然后用硫代硫酸钠水溶液洗涤滤液，直至有机相成无色，分出有机相；再用有机溶剂萃取水相，再次分出有机相；合并上述有机相，无水硫酸镁干燥，过滤除去干燥剂，滤液经减压蒸馏得到粗产物；粗产物再经过柱层析分离得到纯的溴代芳烃产物。本发明方法利用硝酸根或亚硝酸根为催化剂，金属氯化物为添加剂，并使用溴化物作为溴源，在中性溶液常温下经氧化完成活泼芳烃溴代反应，反应条件温和、操作简便、环境友好。
文档编号C07C17/12GK1994983SQ20061014822
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月28日 优先权日2006年12月28日
发明者汪日新, 陆文军, 王旭轮, 戎影, 李若石 申请人:上海交通大学