1,6-二氯二苯并-对-二噁英的合成与表征

李 敬,张学良,郝双红,孙家隆

(青岛农业大学化学与药学院,山东青岛 266109）

1,6-二氯二苯并-对-二噁英的合成与表征

李 敬,张学良,郝双红,孙家隆＊

(青岛农业大学化学与药学院,山东青岛 266109）

二噁英是一类毒性极大的特殊脂溶性有机化合物,严重污染环境和危害人类健康.1,6-二氯二苯并-对-二噁英是一种二噁英的前驱体,常作为杂质存在于某些农药产品中,在农药使用前需检测其含量.为此,采用磺酰氯氯化邻苯二酚得到中间产物4-氯邻苯二酚,再将中间产物与2,6-二氯硝基苯反应得到1,6-二氯二苯并-对-二噁英.利用高效液相色谱分析了产物的纯度,并通过气相色谱、核磁共振谱(1H NMR和13C NMR)对合成的目标物进行了表征.结果表明,目标产物柱层析品的纯度为99.76%.

二噁英;1,6-二氯二苯并-对-二噁英;合成;表征

Abstract:As a kind of special fat-soluble organic compounds with high toxicity,dioxin is severely harmful to environment and human health.Besides,1,6-dichloro-dibenzyl para-dioxin as a precursor of dioxin often exists in some pesticides,and its content in pesticides usually needs to be monitored before putting into use.Thus pyrocatechol was chlorinated with sulfonyl chloride yielding intermediate 4-chloro-pyrocatechol;then 4-chloro-pyrocatechol was allowed to react with 2,6-dichloro-nitrobenzene to give the title compound.The purity of the recrystallized final product was determined by means of high performance liquid chromatography and its structure was confirmed by nuclear magnetic resonance(1H NMR and13C NMR)spectroscopy.Results indicate that the target product has a purity of 99.76%.

Keywords:dioxin;1,6-dichloro-dibenzyl para-dioxin;synthesis;characterization

二噁英,又称二氧杂芑,是二噁英类化合物的一个简称,它指的是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物,包括75种多氯代二苯并二噁英和135种多氯代二苯并呋喃.这类物质非常稳定,熔点较高,极难溶于水,可以溶于大部分有机溶剂,是无色无味的脂溶性物质,因此非常容易在生物体内积累[1-3].其中以2、3、7、8-位氯取代的异构体(TCDD)毒性最大,相当于氰化钾毒性的50～100倍.这是迄今为止化合物中毒性最大且含有多种毒性的物质之一,更为严重的是二噁英具有强致癌性[4-6].当研究二噁英污染物的来源、环境行为以及对人体的危害与之相适应的分析方法时,均需要标准物质.但标准物质不易获得而且价格昂贵,因此,必须寻找一种实验室规模的标准物质的安全制备方法.

Gray等人[6]运用邻苯二酚的氯代物与氯代苯(或氯代硝基苯)反应制备了多种二噁英.Apsimon用相似方法合成了2,3,7,8-位氯取代的二噁英[7].Buser等人用相近方法合成了多种二噁英[8].这些方法的共同特点是制备量大、产率高、重复性好,但大剂量制备需大剂量的试剂,同时产生大量废渣,对安全防护措施要求严格,普通实验室无法采用.也有人以封管加热的办法制取二噁英,虽然可以制得几乎所有二噁英,安全也好控制,但纯度不够,剂量只有μg级,不能作为标准制备方法[9].Lamparski等人报道的从氯酚热聚合成二噁英的方法,可以制备近100 mg的样品,而且安全易于控制,没有废渣.但是此法所得产品多被用作定性参比物[10].作者通过先合成邻苯二酚的氯代物,再以邻苯二酚的氯代物与氯代硝基苯反应制备了一种二噁英的前驱体(图1).经过 HPLC、GC、1H NMR和13C NMR表征,判定可以作为标准品,进行各方面分析研究.

图1 1,6-二氯二苯并-对-二噁英的合成Fig.1 Synthesis of 1,6-dichloro-dibenzyl para-dioxin

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Bruker AC500型核磁共振仪(CDCl3为溶剂,TMS为内标);WRS-1型数字熔点仪(温度计未校正);色谱分离用快速柱层析(硅胶为固定相)和薄层色谱法.所用试剂均为分析纯;溶剂经常规干燥处理.

1.2 目标化合物的合成

在配备磁力搅拌器,恒压滴液漏斗的250 mL圆底烧瓶中,将35.7 g(0.32 mol)邻苯二酚溶于150 mL经钠丝处理过的无水乙醚中,加热回流.搅拌下,滴加43.8 g(0.37 mol)磺酰氯,1 h滴加完毕,继续搅拌回流反应2 h.冷却至室温,水洗,分液,有机层浓缩至50 mL,静置,析出白色固体4-氯邻苯二酚,收率95%.mp 91.4～93.5 ℃.

在配备磁力搅拌器,恒压滴液漏斗,回流管,温度计的250 mL三口瓶中,将5.5 g(0.04 mol)碳酸钾溶于150 mL丙酮中,加入13.2 g(0.09 mol)4-氯邻苯二酚,再加入12.3 g(0.06 mol)2,6-二氯代硝基苯,混合均匀后,加热回流3.5 h.反应结束后,冷却至室温,将反应液加入150 mL蒸馏水中,用100 mL及50 mL苯各萃取一次,静置分液,合并有机层,用稀碱和水分别洗涤一次.分液,收集有机层,无水硫酸镁干燥,苯层浓缩至50 mL后,用乙醇稀释,析出灰白色固体.产物用苯重结晶.收率64%.粗产物进行硅胶柱层析,洗脱液为石油醚,获得最终产品1,6-二氯二苯并-对-二噁英.收率53%.mp 105.9～106.5℃.1H NMR(500 MHz,CDCl3),δ:6.77(d,1H);6.90(d,1H);6.99(s,1H);6.86(d,1H);6.83(m,1H);6.74(d,1H).13C NMR(75 MHz,CDCl3),δ:115,116.5,117,117.5,121,123,124,125,129.5,138.5,140.5,142.

2 结果与讨论

2.1 结构表征

产物经苯重结晶后,进行 GC检测,但产品纯度不够,可能是异构体分离度不够.

产物经硅胶柱分离,石油醚洗脱,进行 HPLC检测,色谱图见图2,纯度分析见表1.样品的保留时间为7.823 min,含量为99.76%.

2.2 合成条件讨论

邻苯二酚氯化有多种氯化试剂,实验室常用氯气、磺酰氯或双氧水和浓盐酸.其中氯气和磺酰氯氯化能力相差不大,但氯气毒性大,操作麻烦;双氧水和浓盐酸的氯化能力弱些,所需温度较高.所以,本实验选取磺酰氯作为氯化试剂.磺酰氯对水、醇类很敏感,邻苯二酚氯化应严格控制在无水条件下反应.

磺酰氯氯化邻苯二酚,为了尽量减少副反应,反应温度十分重要.反应温度过低,会导致反应时间延长,甚至不反应;反应温度过高,会导致4和5位同时上氯,甚至3和6位也会被氯化.本实验以乙醚为溶剂加热回流.

在合成1,6-二氯二苯并-对-二噁英时,若反应温度低了,反应很难进行;相反,若反应温度高了,苯环上氯的空间位阻等效应对反应影响不大,会生成许多副产物.因此本实验以丙酮为溶剂加热回流.

图2 产物的高效液相色谱图Fig.2 HPLC of the product

表1 产物的纯度分析Table 1 Purity of the product

结论:实验通过磺酰氯氯化邻苯二酚合成中间产物4-氯邻苯二酚,再与2,6-二氯硝基苯反应合成了1,6-二氯二苯并-对-二噁英.通过核磁共振氢谱和碳谱分析,表明所得产物为目标产物,并通过 GC和 HPLC确定了纯度.

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Synthesis and characterization of 1,6-dichlorodibenzyl para-dioxin

LI Jing,ZHANG Xue-liang,HAO Shuang-hong,SUN Jia-long＊

(College of Chemistry and Pharmacy,Qingdao A gricultural University,Qingdao266109,Shandong,China)

TQ 460.31

A

1008-1011(2011)01-0029-03

2010-09-05.

青岛市科技计划项目(06-3-2-4-nsh).

李敬(1986-),女,硕士生,研究方向为有机合成化学.＊

,E-mail:sunjialong6289@163.com.