劉紫薇,徐歡,徐雨晴,胡雨薇,羅美蘭,葉紅德,彭化南

(上饒師范學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,江西 上饒 334001)

炔醇是一類分子中含有炔基和羥基的有機(jī)化合物。由于炔醇的獨(dú)特結(jié)構(gòu),炔醇在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛用途[1]。例如,炔醇可以用作表面活性劑、潤(rùn)濕劑、消泡劑、金屬緩蝕劑[2－3]。此外,炔醇還是重要的有機(jī)化工中間體,廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、化妝品、合成材料等領(lǐng)域[4－5]。炔醇的常用合成方法主要有有機(jī)金屬試劑法、固體氫氧化鉀催化炔化法、液氨－氫氧化鉀催化炔化法以及醇鉀催化炔化法等[6－8]。此外炔醇結(jié)構(gòu)不同,合成方法也有所不同。例如,3－丁炔－1－醇的合成方法除了低溫金屬有機(jī)合成法、格氏試劑法外還有THF開環(huán)法、二氫呋喃與氯加成法等[4]。筆者參考相關(guān)文獻(xiàn)[4,9]及近年來合成炔醇的工作經(jīng)歷,介紹一種使用格氏試劑法合成炔醇的簡(jiǎn)便方法。現(xiàn)以苯炔醇、2－呋喃炔醇、對(duì)甲基苯炔醇和二茂鐵炔醇的合成為例,合成路線如圖1:

圖1 炔醇的合成

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和藥品

SQP電子天平(賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司);SHZ－D(Ⅲ)循環(huán)水式多用真空泵(浙江臨海市精工真空設(shè)備廠);2XZ－4 型旋片式真空泵(上海真空泵廠有限公司);低溫冷卻液循環(huán)泵(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司);R－1001N 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司);電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司);WFH－203三用紫外分析儀(上海精科實(shí)業(yè)有限公司);94－2恒溫磁力攪拌器(上海梅穎儀器儀表制造有限公司);BRUKER DRX 400 M 核磁共振儀(德國(guó)Bruker公司)。

苯甲醛、2－呋喃甲醛、鎂條、溴乙烷、碘、石油醚、乙酸乙酯、THF、鹽酸(分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);對(duì)甲基苯甲醛(分析純,薩恩化學(xué)技術(shù)〔上?！秤邢薰?;二茂鐵甲醛(分析純,阿拉丁試劑〔上海〕有限公司);乙炔(南昌市宏偉氣體有限公司)。其他藥品未經(jīng)說明均為分析純。

1.2 炔醇合成

在250 m L 三頸燒瓶中,加入鎂條(0.1 mol)和少量單質(zhì)碘,恒壓滴液漏斗中加入THF 120 m L,溴乙烷0.1 mol。冰水浴冷卻下,慢慢滴加溴乙烷的THF 溶液,直到鎂條完全消失。－10°C冰鹽浴冷卻下向格氏試劑溶液通干燥乙炔氣體,直到不再放出氣體而且白色固體不再增加為止。冰鹽浴冷卻下慢慢滴加苯甲醛(0.08 mol)的THF(50 m L)溶液。滴加完之后,室溫反應(yīng)2～3 h。反應(yīng)混合物旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)出絕大部分THF。冷水冷卻下向反應(yīng)殘留液中慢慢加入稀鹽酸進(jìn)行水解。反應(yīng)液用乙酸乙酯進(jìn)行萃取。乙酸乙酯層水洗3次、無水硫酸鎂干燥、過濾、濃縮。粗產(chǎn)物用柱層析方法提純,石油醚和乙酸乙酯(體積比為3∶1)的混合洗脫劑進(jìn)行洗脫,洗脫液濃縮后得到苯炔醇。2－呋喃炔醇、對(duì)甲基苯炔醇和二茂鐵炔醇用類似的方法合成。合成得到的各炔醇用油泵干燥之后用核磁共振氫譜(1H NMR)進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,用氘代氯仿(CDCl3)做溶劑,四甲基硅烷(TMS)做內(nèi)標(biāo)。

苯炔醇:δ7.55～7.53(m,2H,Ph－H),7.40～7.31(m,3H,Ph－H),5.46～5.44(m,1H,CH),2.66(d,1 H,J＝2.26 Hz,C≡CH),2.49(d,1 H,J＝6.12 Hz,OH)。

2－呋喃炔醇:δ7.43～7.42(m,1H,Ar－H),6.48～6.47(m,1 H,Ar－H),6.37～6.36(m,1 H,Ar－H),5.47(s,1 H,CH),2.67(s,1 H,OH),2.63(d,1H,J＝2.30 Hz,C≡CH)。

對(duì)甲基苯炔醇:δ7.43(d,2H,J＝8.07 Hz,Ph－H),δ7.19(d,2H,J＝7.91 Hz,Ph－H),5.42(d,1H,J＝2.04 Hz,CH),2.65(d,1H,J＝2.24 Hz,C≡CH),2.44(s,1 H,OH),2.36(s,3 H,CH3)。

二茂鐵炔醇:δ5.18～5.16(m,1H,CH),4.39～4.38(m,1H,Fc－H),4.37～4.35(m,1 H,Fc－H),4.23(s,5H,Fc－Cp),4.22～4.19(m,2H,Fc－H),2.61(d,1H,J＝2.18 Hz,C≡CH),2.15(d,1H,J＝7.72 Hz,OH)。

2 結(jié)果與討論

2.1 炔醇核磁共振氫譜表征數(shù)據(jù)

上述苯炔醇、2－呋喃炔醇、對(duì)甲基苯炔醇和二茂鐵炔醇等四種炔醇的核磁共振氫譜數(shù)據(jù)與化合物的結(jié)構(gòu)完全相符,說明我們合成得到了相應(yīng)的炔醇。

2.2 乙基溴化鎂的合成

乙基溴化鎂的合成過程是非常簡(jiǎn)單的一步。大部分資料介紹此步合成需要通氮?dú)獗Ｗo(hù),但是根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn),此步反應(yīng)不通氮?dú)獗Ｗo(hù)關(guān)系也不大,只要儀器干燥,回流冷凝管的末端接上一個(gè)干燥塔即可,因?yàn)橐一寤V足夠穩(wěn)定。溴乙烷的THF溶液滴加完了如果還有鎂條剩余,可以繼續(xù)補(bǔ)加溴乙烷,直到鎂條完全消失。

2.3 乙炔基溴化鎂的合成

這是一步交換反應(yīng),由乙基溴化鎂制備乙炔基溴化鎂。這一步反應(yīng)看似簡(jiǎn)單,其實(shí)是關(guān)系實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵步驟,有些細(xì)節(jié)需要引起我們特別注意。首先,必須嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度在－10°C以下。在一般實(shí)驗(yàn)室要獲得這個(gè)低溫的常用方法是冰鹽浴。在冷卻容器里要盡量多加碎冰、多撒鹽,少加水。原因有兩個(gè):第一,該交換反應(yīng)是放熱反應(yīng),反應(yīng)過程中會(huì)不斷消耗冰;第二,如果冷卻液溫度不夠低(例如0°C),就會(huì)發(fā)生其他副反應(yīng),交換反應(yīng)不會(huì)順利發(fā)生,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。如果使用有機(jī)鋰試劑進(jìn)行交換反應(yīng),還需要控制更低的反應(yīng)溫度－78°C,且反應(yīng)條件苛刻,并常伴隨大量副產(chǎn)物生成[8]。反應(yīng)剛開始通乙炔氣,首先得到的是亞乙炔基二溴化鎂Br MgC≡CMgBr。隨著乙炔氣的不斷通入,最終得到乙炔基溴化鎂HC≡CMgBr,此時(shí)就不再需要乙炔氣。通乙炔氣的時(shí)間大致可以從以下方面進(jìn)行判斷:冰消耗速度明顯減慢,白色固體不再增加(注:低溫時(shí)乙炔基溴化鎂在THF中溶解度比乙基溴化鎂更小)。乙炔氣需要經(jīng)過濃硫酸干燥塔干燥后才能使用,剛開始通乙炔氣速度必須快一些。

2.4 滴加醛

乙炔基溴化鎂制備好了之后就可以滴加相應(yīng)的醛,這一步加成反應(yīng)需要的低溫沒有制備乙炔基溴化鎂那么嚴(yán)格,只要冷卻容器不撤離繼續(xù)冷卻就可以了。滴完醛之后繼續(xù)反應(yīng)2～3 h加成反應(yīng)就結(jié)束了。

2.5 溶劑的回收和后處理

使用THF做溶劑時(shí),相當(dāng)部分文獻(xiàn)后處理都是對(duì)THF不進(jìn)行回收而是通過水洗把THF洗掉,這樣勢(shì)必造成溶劑損失和環(huán)境污染。筆者把反應(yīng)液用旋蒸方法回收THF。THF用活化的4A 分子篩充分干燥后重蒸可以繼續(xù)使用,不需要經(jīng)過鈉－二苯甲酮回流處理。這也說明格氏試劑比較穩(wěn)定,甚至在反應(yīng)過程中不通氮?dú)獗Ｗo(hù)也不至于產(chǎn)生不良后果。

3 結(jié)論

在炔醇的合成過程中,乙炔基溴化鎂的合成至關(guān)重要,需要嚴(yán)格控制溫度在－10°C 以下。反應(yīng)溶劑THF用旋蒸方法回收之后經(jīng)過干燥重蒸之后可以繼續(xù)使用。反應(yīng)過程中不通氮?dú)獗Ｗo(hù)影響不大。