陳艷君

（1.寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院 乙烯工程副產(chǎn)物高質(zhì)化利用浙江省應(yīng)用技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，浙江寧波 315800；2.寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，浙江寧波 315800）

芳香族二醛作為一種重要的化合物骨架，被廣泛應(yīng)用于Knoevenagel縮合反應(yīng)[1-3]以及電子傳輸材料合成中間體[4-8]的制備。芳香族二醛的經(jīng)典合成方法是采用2,5-二取代-1,4-二溴苯[9-11]為原料，經(jīng)正丁基鋰低溫拔鹵素合成2,5-二取代-1,4二醛基苯，但是產(chǎn)物收率低、后處理純化困難。Miao[9]等人采用4當(dāng)量正丁基鋰，制備2,5-二取代-1,4二醛基苯，收率只有13%；Wessig等[10]采用1.6當(dāng)量正丁基鋰，對不同烷基取代的對二溴苯進(jìn)行氧化，收率也僅有15%～32%。因此，有必要對現(xiàn)有方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

本實(shí)驗(yàn)以2,5-二甲基-1,4-二溴苯為起始原料，采用四甲基乙二胺（TMEDA）為催化劑，在叔丁基鋰（t-BuLi）作用下，和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）經(jīng)Bouveault氧化反應(yīng)合成得2,5-二甲基-1,4二醛基苯。通過1HNMR、13CNMR 和 ESI-MS 對其化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。同時(shí)，該方法被應(yīng)用于合成2,5-二乙基-1,4-二醛基苯和 2,5-二乙氧基-1,4-二醛基苯。該實(shí)驗(yàn)方法反應(yīng)時(shí)間短、收率高，為各種取代的芳香族二醛化合物的合成提供了有效的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

DFY低溫反應(yīng)器（青島明博環(huán)?？萍加邢薰荆?；IKA 恒溫磁力攪拌器（德國IKA公司）；SHZ-D型循環(huán)水式多用真空泵（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；MZ-2C-NT 型隔膜泵（德國 Vacuubrand 公司）；Bruker Ascend 500型核磁共振儀（德國Bruker公司）；HP5989 B質(zhì)譜儀（美國Agilent公司）。

正丁基鋰（1.3mol/L 正己烷溶液，試劑級，上海泰坦科技股份有限公司）；叔丁基鋰（1.3mol/L 正己烷溶液，試劑級，上海泰坦科技股份有限公司）；正己烷、甲苯、乙醚和四氫呋喃均經(jīng)過重蒸處理；200～300 目柱層析硅膠（青島海洋化工有限公司）；乙酸乙酯、氯化鈉、硫酸鈉、石油醚、氯化銨（分析純，北京化工廠有限責(zé)任公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 2,5-二甲基-1,4二醛基苯（2）的合成路線

以2,5-二甲基-1,4-二溴苯和DMF為原料，通過Bouveault反應(yīng)制備得到化合物2,5-二甲基-1,4二醛基苯（2），合成路線，如圖1所示。

圖1 化合物2的合成路線

1.2.2 2,5-二甲基-1,4二醛基苯（2）的合成

500mL三口燒瓶中，內(nèi)置溫度計(jì)，抽真空，用氮?dú)庵脫Q3次后，加入5g 2,5-二甲基-1,4-二溴苯（19mmol），0.17g TMEDA（0.95mmol）和100mL干燥的四氫呋喃（THF）中，干冰乙醇浴，控溫-78 ℃， 滴加 30.69mL叔丁基鋰正己烷溶液（1.3mol/L，39.9 mmol），1h滴加完畢。緩慢升至室溫，繼續(xù)攪拌20min。然后將反應(yīng)體系重置于干冰乙醇浴中，保溫-78 ℃，4.16g DMF（57mmol）緩慢滴加到體系內(nèi)，滴加完畢后，撤去干冰乙醇浴，室溫?cái)嚢?0min。冰浴下，將40mL飽和氯化銨水溶液滴加至反應(yīng)體系，淬滅反應(yīng)，乙酸乙酯（40mL×3）萃取反應(yīng)液，合并有機(jī)相。飽和食鹽水（30mL）洗滌，無水硫酸鈉干燥，過濾減壓濃酸，硅膠柱層析（V（乙酸乙酯）：V（石油醚）=1∶5）分離純化，得目標(biāo)產(chǎn)物為2.54g白色固體，收率為82.5%。1HNMR（CDCl3，500MHz），δ：10.33（s，2H，-CHO）；7.70（s，2H，ArH）；2.70（s，6H，CH3）。13CNMR（CDCl3，100MHz），δ：192.2，138.1，136.9，134.7。ESI-MS，m/z：163.0681[M+H]+。

2 結(jié)果與討論

2.1 鋰試劑對產(chǎn)物收率的影響

2,5-二甲基-1,4-二溴苯與鋰試劑反應(yīng)脫除溴化氫，會快速形成有機(jī)鋰化合物，鋰試劑類型及其用量對有機(jī)鋰中間體的形成具有關(guān)鍵的作用。實(shí)驗(yàn)步驟同1.2.2，其他條件保持不變，考察鋰試劑類型及其用量對化合物2收率的影響，結(jié)果如表1所示。

表1 鋰試劑對產(chǎn)物收率的影響

如表1所示，以叔丁基鋰作為親電試劑脫除溴離子，目標(biāo)化合物產(chǎn)率最佳。這是由于正丁基鋰活性不足，生成只脫除一個(gè)溴離子的中間態(tài)副產(chǎn)物，更換叔丁基鋰后，活性大幅提高，借助微量TMEDA的催化，增加了反應(yīng)的轉(zhuǎn)換率。1mol的2,5-二甲基-1,4-二溴苯脫除溴化氫至少需要2mol叔丁基鋰。當(dāng)叔丁基鋰為 2.0倍物質(zhì)的量時(shí)，產(chǎn)物收率僅為 54.3%，當(dāng)叔丁基鋰用量從 2.0 倍物質(zhì)的量增加到 2.1 倍物質(zhì)的量時(shí)，產(chǎn)物收率增加到 82.5%，增加叔丁基鋰的用量至2.2 倍物質(zhì)的量，產(chǎn)物收率基本保持不變；繼續(xù)增加叔丁基鋰的用量至2.3 倍物質(zhì)的量，產(chǎn)物收率開始下降，說明過量的叔丁基鋰會增加副反應(yīng)的發(fā)生，影響產(chǎn)物的收率，因此確定最佳叔丁基鋰的用量為 2.1 倍物質(zhì)的量。

2.2 溶劑對產(chǎn)物收率的影響

在叔丁基鋰參與的反應(yīng)中，通常選擇非質(zhì)子性溶劑，實(shí)驗(yàn)步驟同1.2.2，其他條件保持不變，對 4 種非質(zhì)子性溶劑（正己烷、四氫呋喃、乙醚、甲苯）進(jìn)行篩選，結(jié)果如表2所示。由表2可知，反應(yīng)在四氫呋喃溶劑中收率最高，達(dá)到 82.5%，而在正己烷中收率最低，所以確定最佳反應(yīng)溶劑為四氫呋喃。

表2 反應(yīng)溶劑對產(chǎn)物收率的影響

2.3 催化劑對產(chǎn)物收率的影響

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以TMEDA為催化劑，反應(yīng)收率明顯提高，這是由于TMEDA存在條件下，有機(jī)鋰化合物的聚合結(jié)構(gòu)容易發(fā)生解聚[12]，從而增加了叔丁基鋰的反應(yīng)活性，提高了Bouveault反應(yīng)的轉(zhuǎn)換率。TMEDA的投料量對Bouveault反應(yīng)的時(shí)間和產(chǎn)率有著較大的影響。實(shí)驗(yàn)步驟同1.2.2，其他條件保持不變，考察催化劑對Bouveault反應(yīng)的影響，結(jié)果如表3所示。由表3可知，TMEDA的存在可明顯縮短反應(yīng)時(shí)間，并顯著提高化合物2的產(chǎn)率。當(dāng)TMEDA的投料量為0.05物質(zhì)的量時(shí)，產(chǎn)率最高為82.5%。因此，實(shí)驗(yàn)TMEDA的最佳投料比為n（化合物1）∶n（TMEDA）=1∶0.05。

表3 TMEDA的投料比對產(chǎn)物收率的影響

2.4 氧化劑用量對產(chǎn)物收率的影響

DMF作為Bouveault反應(yīng)的氧化劑，其用量也影響著Bouveault反應(yīng)的收率。實(shí)驗(yàn)步驟同1.2.2，其他條件保持不變，考察DMF用量對產(chǎn)物收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可知，隨著DMF的用量增加，反應(yīng)產(chǎn)率隨之增加，同時(shí)反應(yīng)時(shí)間也明顯縮短；當(dāng)DMF用量超過3倍物質(zhì)的量時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率和時(shí)間均沒有明顯變化。因此，選擇最佳DMF投料比為n（化合物1）∶n（DMF）=1∶3。

表4 DMF對產(chǎn)物收率的影響

2.5 反應(yīng)溫度和時(shí)間對產(chǎn)物收率的影響

叔丁基鋰脫除化合物上的溴化氫制備苯炔中間體，由于在較高溫度下，苯炔不穩(wěn)定，容易發(fā)生自身偶聯(lián)[13]，導(dǎo)致生成副產(chǎn)物增多；而溫度過低時(shí)，苯炔形成速率慢，所以苯炔的制備過程在-78℃下進(jìn)行，苯炔中間體的氧化反應(yīng)在室溫下進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)步驟同1.2.2，其他條件保持不變，考察反應(yīng)時(shí)間對產(chǎn)物收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示，由表5可知，反應(yīng)時(shí)間延長，產(chǎn)物產(chǎn)率隨之提高，但是超過 50min，收率變化不大，繼續(xù)延長反應(yīng)時(shí)間，副產(chǎn)物增多，收率反而降低。因此，確定最佳反應(yīng)時(shí)間為50min。

表5 反應(yīng)時(shí)間對產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

3 反應(yīng)底物拓展

按照最佳反應(yīng)條件，分別以 2,5-二乙基-1,4-二溴苯（3）、2,5-二乙氧基-1,4-二溴苯（4）為原料合成得到2,5-二乙基-1,4-二醛基苯（5）和 2,5-二乙氧基-1,4-二醛基苯（6），收率分別為 82.0%和78.3%，合成路線如圖2所示。

圖2 化合物5和6的合成路線

2,5-二乙基-1,4-對苯二醛（5）：白色固體。1HNMR（CDCl3，500MHz），δ：10.35（s，2H， -CHO）；7.70（s，2H，ArH）；3.08（q，4H，CH2）；1.25（t，6H，CH3）。ESI-MS，m/z：191.2681[M+H]+。

2,5-二乙氧基-1,4-對苯二醛（6）：白色固體。1HNMR（CDCl3，500MHz），δ：10.52（2H，s，-CHO）；7.43（s，2H，ArH）；4.18（4H，q，J=7.2Hz，-OCH2CH3）；1.48（6H，t，J=7.2Hz，-OCH2CH3）。ESI-MS，m/z：223.2681[M+H]+。

4 結(jié)束語

采用四甲基乙二胺為催化劑，在叔丁基鋰作用下，N，N-二甲基甲酰胺氧化2,5-二取代-1,4-二溴苯化合物得2,5-二取代-1,4-二醛基苯化合物，產(chǎn)物化學(xué)結(jié)構(gòu)經(jīng)1HNMR、13CNMR和ESI-MS進(jìn)行表征。

通過實(shí)驗(yàn)研究，確定最佳反應(yīng)條件為：n（2,5-二甲基-1,4-二溴苯）∶n（DMF）=1∶3，叔丁基鋰用量為2.1倍物質(zhì)的量，四甲基乙二胺用量為0.05物質(zhì)的量，四氫呋喃為反應(yīng)溶劑，室溫反應(yīng) 50min，產(chǎn)物收率為82.5%。同時(shí)，該方法被用于2,5-二乙基-1,4-二醛基苯（5）和 2,5-二乙氧基-1,4-二醛基苯（6）的合成，收率分別為 82.0%和78.3%。該實(shí)驗(yàn)方法操作簡單、收率高且反應(yīng)時(shí)間短，為1，5-二取代-1,4-對苯二甲醛化合物的合成提供了一種簡便有效的途徑。