在离子液体中合成多取代苯基异丙基醚*

缪程平, 宗乾收, 陈 喜, 张 洋, 吴建一

(1. 嘉兴学院 生物与化学工程学院 嘉兴市化工清洁工艺重点实验室,浙江 嘉兴 314001;2. 浙江九洲药业股份有限公司,浙江 台州 318000)

采用Williamsoa醚化反应制备多取代芳香醚，需以甲苯为溶剂，对环境污染较大；改用相转移催化技术在水相中合成，虽然解决了溶剂污染问题，且收率高，但是产生的废水对环境仍有一定的影响，且容易产生卤代烃水解副反应[1,2]。因此，寻找一种对环境友好无污染的溶剂，实现多取代芳香醚的清洁合成，具有重要意义。

离子液体以其无蒸汽压、清洁可回收、具有催化作用等优点成为近年来研究的热点，在清洁催化反应中有广阔的应用前景[3～5]。

本文以1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐离子液体{[Bmim]BF4}为反应介质，由多取代苯酚(1a～1l)与2-溴丙烷反应合成了12个多取代苯基异丙基醚(3a～3l, Scheme 1)，其结构经1H NMR和IR确证。

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

X-5型显微熔点仪(温度计未校正);VarianScheme1INOVA-300型核磁共振仪(CDCl3为溶剂,TMS为内标);470FI-IR型傅立叶变换红外光谱仪(KBr压片);GC-9790型气相色谱仪(毛细管柱)。

1a～1l 2a～2l

2-溴丙烷,化学纯；其余所用试剂均为市售分析纯；薄层色谱板为青岛海洋硅胶G板。

1.2 合成

(1) [Bmim]BF4的合成

在三口瓶中依次加入N-甲基咪唑8.2 g(100 mmol),溴代正丁烷15.1 g(110 mmol)和NaBF412.1 g(110 mmol),搅拌下于80 ℃反应3 h。冷却至室温，加入二氯甲烷50 mL，抽滤，滤液加入中性氧化铝1 g，于室温搅拌10 min，抽滤，滤液旋干溶剂，于120 ℃真空干燥4 h得微黄色油状液体[Bmim]BF4。

(2) 多取代苯酚钠(2a～2l)的合成(以2a为例)

在三口瓶中加入2,4-二氯-5-硝基苯酚(1a) 20.8 g(100 mmol),搅拌下滴加50%NaOH溶液,滴毕，于40 ℃～60 ℃(水浴)反应至反应体系中无颗粒状物质。冰浴析晶，抽滤，滤饼真空干燥得红色片状固体2,4-二氯-5-硝基苯酚钠(2a)。

用类似方法合成2b～2l。

(2)3的合成(以3a为例)

在三口瓶中依次加入2a4.6 g(20 mmol)和[Bmim]BF44 g，搅拌下在90 ℃以上缓慢滴加2-溴丙烷2.952 g(24 mmol)(90 min内)，反应6 h。冷却，分液，移去上层离子液体，下层用1,2-二氯乙烷(3×10 mL)萃取，合并萃取液，用水(2×5 mL)洗涤，无水Na2SO4干燥，旋干溶剂后经硅胶板层析[展开剂：V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=5 ∶1]分离得2,4-二氯-5-硝基苯基异丙基醚(3a)。

用类似方法合成3b～3l。

3a: 淡黄色晶体,m.p.39 ℃～40 ℃;1H NMRδ: 1.26～1.55(d, 6H, CH3), 4.59～4.65(m, 1H, CH), 7.50(s, 1H, ArH), 7.56(s, 1H, ArH); IRν: 770(Cl), 1 520(NO2), 1 176(C-O-C) cm-1。

3b: 无色液体,b.p.115 ℃～116 ℃;1H NMRδ: 1.50～1.54(d, 6H, CH3), 4.54～4.55(m, 1H, CH), 6.88～7.35(m, 4H, ArH); IRν: 743(Cl), 1 107(C-O-C) cm-1。

3c: 无色液体,b.p.117 ℃～118 ℃;1H NMRδ: 1.30～1.33(d, 6H, CH3), 4.48～4.51(m, 1H, CH), 6.80～7.22(m, 4H, ArH); IRν: 80(Cl), 1 100(C-O-C) cm-1。

3d: 淡黄色油状液体,b.p.128 ℃～129 ℃;1H NMRδ: 1.38～1.40(d, 6H, CH3), 4.64～4.71(m, 1H, CH), 6.97～7.07(s, 2H, ArH), 7.46～7.77(s, 2H, ArH); IRν: 1 489(NO2), 1 156(C-O-C) cm-1。

3e: 浅黄色油状液体,b.p.133 ℃～134 ℃;1H NMRδ: 1.38～1.42(d, 6H, CH3), 4.64～4.70(m, 1H, CH), 6.90～6.94(s, 2H, ArH), 8.16～8.20(s, 2H, ArH); IRν: 1 520(NO2), 1 056(C-O-C) cm-1。

3f: 无色透明液体,b.p.111 ℃～112 ℃;1H NMRδ: 1.30～1.56(d, 6H, CH3), 2.21(s, 1H, CH3), 4.50～4.53(m, 1H, CH), 6.83～7.26(m, 4H, ArH); IRν: 1 126(C-O-C) cm-1。

3g: 无色透明液体,b.p.109 ℃～110 ℃;1H NMRδ: 1.24～1.32(d, 6H, CH3), 2.28(s, 3H, CH3), 4.46～4.52(m, 1H, CH), 6.78～7.07(s, 4H, ArH); IRν: 1 109(C-O-C) cm-1。

3h: 浅黄色油状液体,b.p.121 ℃～122 ℃;1H NMRδ: 1.39～1.41(d, 6H, CH3), 4.65～4.71(m, 1H, CH), 6.99～7.83(m, 4H, ArH), 10.50(s, H, CHO); IRν: 1 684(CHO), 1 113(C-O-C) cm-1。

3i: 浅黄色油状液体,b.p.116 ℃～117 ℃;1H NMRδ: 1.36～1.39(d, 6H, CH3), 4.64～4.69(m, 1H, CH), 6.96～7.84(m, 4H, ArH); IRν: 1 685(CHO), 1 115(C-O-C) cm-1。

3j: 黄色油状液体,b.p.1.21 ℃～1.25 ℃;1H NMRδ: 1.21～1.25(d, 6H, CH3), 1.55(s, 2H, NH2), 4.37～4.49(m, 1H, CH), 7.26 (s, 4H, ArH); IRν: 3 416(NH2) cm-1。

3k: 无色液体,b.p.139 ℃～140 ℃;1H NMRδ: 1.19～1.23(d, 6H, CH3), 4.40～4.43(m, 1H, CH), 6.81(s, 1H, OH), 7.26(s, 4H, ArH); IRν: 3 429(OH), 1 152(C-O-C) cm-1。

3l: 无色液体,b.p.128 ℃～129 ℃;1H NMRδ: 1.34～1.37(d, 6H, CH3), 3.85(s, 3H, OCH3), 4.49～4.55(m, 1H, CH), 6.90～6.94(m, 4H, ArH); IRν: 3 429(OH), 1 152(C-O-C) cm-1。

2 结果与讨论

2.1 3的波谱特性

3的IR分析结果表明，3 200 cm-1附近的酚羟基的宽强峰消失，却在1 100 cm-1～1 300 cm-1出现了C-O-C的伸缩振动吸收峰，说明产物为多取代芳醚。3的1H NMR分析结果表明，-OCH(CH3)2的6个甲基质子化学位移出现在1～2，仲碳质子由于受氧吸电子效应的影响，化学位移向低场移动至4～5；苯环质子的化学位移为6.78～8.20，强吸电子硝基使苯环质子峰向低场移动，而推电子甲氧基使其向高场移动。

2.2 在[Bmim]BF4中取代基电子效应的研究

醚化反应是SN2双分子亲核取代反应，反应速率与原料卤代烃的浓度和亲核试剂的活性有关。亲核试剂苯氧负离子的亲核性大小与苯氧负离子苯环上的取代基有关，取代基的电子效应结果是吸电子基能使原料多取代苯酚的酸性增加，对应的共轭碱苯氧负离子的碱性减弱；反之推电子基能使多取代苯酚酸性减弱，对应的共轭碱苯氧负离子的碱性增强。而在亲核试剂的亲核性比较中，相同原子的亲核试剂的活性比较与碱性强弱顺序一致，因此，吸电子取代基将使苯氧负离子亲核性下降，而推电子取代基使苯氧负离子亲核性升高。通过对单位时间内反应原料的转化率的变化研究，可以得出不同取代的苯氧负离子的亲核性大小，从而反推得到苯环上这些取代基的吸电子或推电子效应的大小顺序。在其它条件均相同，反应时间为6 h，选择不同取代的苯氧负离子与溴代异丙烷反应合成3，苯环取代基对2转化率(GC测定)的影响见Scheme 1。

由Scheme 1可见，在[Bmim]BF4中2d,2e,2h和2i的转化率明显低于2a,2b,2c,2f,2g,2k和2l。2d,2e,2h和2i的取代基(-NO2和-CHO)表现出吸电子性，使亲核试剂苯氧负离子的亲核性下降，从而降低反应速率；进一步比较发现，吸电子能力-NO2>-CHO，这个结果与水相和有机相中反应的结论一致。2a,2b,2c,2f,2g,2k和2l的取代基(-OH, -OCH3, -Cl和-CH3)表现出推电子性，使亲核试剂苯氧负离子的亲核性增强，从而提高反应速率；进一步比较发现，推电子能力-OH>-OMe>-Cl>-CH3。此处-Cl在离子液体系中表现为推电子效应，且具有较强的推电子能力，其推电子能力明显大于-CH3，而卤素属于第三类定位基，在水相和有机相中表现为吸电子作用，这说明在离子液介质中，取代基的电子效应发生了改变。这可能是由于离子液体系中苯环与离子液阳离子结构的二种芳环所带电荷正好相反，同时离子液的阳离子体积较大，且为亲油性基团，根据相似相溶原则，咪唑芳环既要与苯环接近，带正电部分又要与苯甲氧负离子之间形成离子对，那么若要同时满足这二种结合，离子液的咪唑芳香环与反应物苯氧负离子可能以平面叠加方式实现离子液的溶剂化作用。这种结果使氯取代基不存在常规溶剂中的溶剂化效应，因此氯对苯环的影响是p-π共轭效应大于负诱导电子效应[6]。

3 结论

在离子液体中以多取代苯酚为原料合成相应的多取代芳香醚是可行的，该方法操作简便，反应产物易分离，反应过程中未使用有机溶剂，减少了对环境的污染；离子液在反应过程中既是溶剂又是催化剂，且可循环利用，对环境无污染，是真正意义上的绿色清洁合成。

在离子液体中部分取代基的电子效应发生了改变，尤其是第三类定位基-Cl表现出很强的推电子性能，共轭效应大于诱导效应。通过比较不同取代基苯氧负离子的亲核性大小，推导出在离子液体中各取代基推电子和吸电子能力强弱：推电子能力-OH>-OCH3>-Cl>-CH3；吸电子能力-NO2>-CHO；研究发现第三类定位基-Cl具有比甲基更强的推电子能力。

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