時恩學， 肖軍華， 裴承新

(防化研究院 第四研究所，北京 102205)

Ziegler等[1]首次報道了N-溴代琥珀酰亞胺(NBS)進行烯丙位溴化反應的方法，因其簡單高效，且溴代產物反應活性好，因而被廣泛使用，業(yè)已成為目前最為常用的烯烴α-位的鹵化反應方法[2]。

環(huán)己烯具有雙烯丙反應位點，相應的單溴代和雙溴代產物[3,6-二溴環(huán)己烯(1)和3-溴環(huán)己烯(2)]是一類重要的有機合成中間體[3]，其在立體結構的分析研究方面也具有重要的理論意義和應用價值[4]。關于1的合成方法文獻報道不多，其trans-1的立體選擇性合成的報道則更少。從文獻報道來看，無論是使用溴還是NBS，環(huán)己烯的α-溴化取代反應易生成混合物。

Dauben等[5]首次詳細研究了環(huán)己烯與NBS的反應。發(fā)現(xiàn)無論是過氧化物還是光催化，反應均得到了三種化合物：1， 2和1,2-二溴環(huán)己烷(4)。 2為主要反應產物，1含量在10%左右，含4量很少；但在無催化條件下，延長反應時間，2含量逐漸降低，4含量則明顯增加，1含量基本不變。Sen等[6]首次成功以環(huán)己烯與NBS反應合成了1，但對產物的立體結構未予分析確定，從其產物的PMR結果看，很可能是順反混合物。McMillen等[7]以環(huán)己烯與溴反應，得到了與Dauben等相似的結論。Han等[8]研究了以二氯甲烷和四氯化碳等比例混合溶劑中，環(huán)己烯與溴的反應情況，在不同溫度條件下得到了3,4-二溴環(huán)己烯,trans-1和cis-1的混合物。

作為常壓合成1,4-二氨甲基環(huán)己烷的關鍵中間體[9]， 1的制備方法，尤其是立體結構問題引起了我們的注意，因而進行了詳細地研究，并取得了比較理想的結果。本文報道一種新的立體選擇性合成trans-1的簡易方法(Scheme 1)，其結構經1H NMR，13C NMR, GC-MS及H-H COSY表征。

Scheme1

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

Varian Unity 500型核型共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；Finnigan Mat TSQ 70型質譜儀；Varian CP-3800型氣相色譜儀。

所用試劑均為國產化學純；四氯化碳經氫化鈣干燥處理。

1．2 1的合成

在反應瓶中加入四氯化碳30 mL，環(huán)己烯1.64 g(20 mmol)及NBS 7.48 g(42 mmol)，攪拌下回流反應30 min(體系從黃色漸變至無色)。冷卻至室溫，過濾，濾液分別用飽和亞硫酸氫鈉溶液(3×10 mL)和水(3×10 mL)洗滌，無水硫酸鎂干燥12 h。蒸除溶劑后用適量的二氯甲烷重結晶(48 h)得無色針狀晶體1 2.3 g，收率49%， m.p.108 ℃；1H NMRδ： 5.99(d,J=2.5 Hz, 2H), 4.90(s, 2H), 2.47(dt,J=11.3 Hz, 1.5 Hz, 2H), 2.16(d,J=9．0 Hz, 2H)；13C NMRδ： 130.30, 45.74, 27.70; EI-MSm/z(%)： 240[M+1, 1]， 161(26) 159(32)， 80(22)， 79(100)， 77(37)， 51(10)， 39(6)。

2 結果與討論

2．1 反應條件對溴化反應的影響

在烯丙位的溴化反應中最為常用的溴化劑是NBS，主要原因有兩個:一是NBS在反應過程中，可以維持溴自由基在一個相對非常低的濃度，避免鹵素與烯烴發(fā)生加成副反應；二是NBS可以作為縛酸劑，能將反應過程中產生的溴化氫及時捕獲[11]。

以NBS為溴化劑,CCl4為溶劑，其余反應條件同1．2，研究了加料順序、反應溫度及反應時間對溴化反應的影響，結果表明，反應主要生成了三種化合物(Scheme 1)。各因素對溴化反應的影響結果見表1。從表1反應可見，加料順序、反應溫度和反應時間對于反應產物的組成都有明顯的影響。對于加料順序，先加NBS，再滴加環(huán)己烯的方式易導致單溴代產物的生成，這可能主要是由于環(huán)己烯烯丙位的反應活性高于中間產物3-溴環(huán)己烯未取代的烯丙位，兩者反應活性差別約為2.2 ∶1．0[7]。直接混合反應方式有利于環(huán)己烯的兩個烯丙位同時反應，故而其二溴產物含量更高。

對于反應溫度，由于自由基的產生和C-H的均裂均需較高能量，所以反應溫度一般需采用回流的方式；對于反應時間，宜控制在0.5 h～1.0 h，時間太短反應不完全，過長則易導致三溴代副產物等化合物的生成。

表1 反應條件對溴化反應的影響*Table 1 Effect of reaction conditions on bromination

*A．先加NBS后滴環(huán)己烯； B．同時加入所有原料；其余反應條件同1．2

綜上所述，合成1的最佳反應條件為：環(huán)己烯、NBS和四氯化碳直接混合后，加熱回流0.5 h，收率49%。從文獻報道來看，反應一般生成順反混合產物，但本文所得產品主要為trans-1(以下將重點討論),是一種非常簡單易行的立體選擇性的合成方法。

2.2 1的立體結構分析

與環(huán)己烷不同，環(huán)己烯的優(yōu)勢構象是C2對稱的半椅式(twisted)結構，扭轉角為(30±2)°[11]，半椅式構象可經過船式(bent)構象翻轉為另一半椅式構象，翻轉能壘約為10 kcal·mol-1[12]。 1分子中有兩個溴原子，存在順式和反式兩種構型，因反式構型中兩個較大的溴原子可以處于能量相對較低的假平伏鍵(pseudoequatorial,pe)位置，所以整個分子能量低于順式構型(Chart 1)。

Chart 1

合成的1經GC/MS分析后發(fā)現(xiàn)GC圖譜呈現(xiàn)為3個吸收峰(T8.479, T8.866及T8.955)。仔細分辨3個吸收峰的質譜圖，可發(fā)現(xiàn)其碎裂規(guī)律幾乎完全一樣，均為二溴代產物。最初推測認為可能是由于反應生成了順反兩種異構體，3個吸收峰是這種混合物的表現(xiàn)。然而，1的1H NMR和13C NMR譜圖分析結果表明，產品為一純品，根據(jù)化學位移和耦合常數(shù)與文獻[9]相比后發(fā)現(xiàn)，1H NMR和13C NMR譜圖中，無論是化學位移還是耦合常數(shù)都與文獻反式產物的相關數(shù)據(jù)非常吻合，而與文獻順式產物的相關數(shù)據(jù)差別明顯，因此可以說，本文所得產品即為反式3,6-二溴環(huán)己烯，即trans-1。那么，GC譜圖中的T8.479, T8.866應該是trans-1的構型異構體，而T8.955則很可能是cis-1。由于溴原子的引入導致trans-1的翻轉能壘大大增加，因而在色譜上其構象異構體呈現(xiàn)為雙峰。

δ圖1 trans-1的H-H COSY譜圖Figure 1 H-H COSY spectrum of trans-1

3 結論

以環(huán)己烯為原料，NBS為溴化試劑，在四氯化碳中回流反應30 min，立體選擇性的合成了反式3,6-二溴環(huán)己烯。對產物的1H NMR，13C NMR， GC-MS和H-H COSY譜圖的綜合分析，確定了產物的構型，并對相關構象進行了分析討論。

本文成功的合成了3,6-二溴環(huán)己烯的反式異構產物，但其順式異構體的選擇性合成無疑具有更大的挑戰(zhàn)性，相關構象分析也有繼續(xù)深入研究的必要和價值，這些都將在我們今后對二氨甲基環(huán)己烷類化合物的合成中得到體現(xiàn)。

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