一种常温下有效的芳基酮α-溴代方法*

邹 娜, 刘晓慧

(菏泽学院化学化工系，山东 菏泽 274015)

引言

α-溴代芳基酮是有机合成中非常重要的中间体，因此芳香酮的α-位溴化反应是有机合成化学中一个重要的反应.常用的芳香酮的α-位溴化剂有液溴[1～4]，N-溴代丁二酰亚胺 (NBS)[5～8]，1,3-二溴-5,5-二甲基海因[9]，溴化铜[10]，溴化二甲基溴化锍[11]，1-丁基-3-甲基咪唑鎓三溴化物[12]等. 液溴为溴化剂时，刺激性和毒性较大；以溴化铜、溴化二甲基溴化锍和1-丁基-3-甲基咪唑鎓三溴化物作溴化剂，价格较昂贵；以1,3-二溴-5,5-二甲基海因为溴化剂时，虽然反应条件温和、收率高，但是反应时间长.NBS是一种较好的羰基α-位溴代试剂，为了提高NBS溴代反应的速率和产率，多种催化体系被开发出来[5～8,12].在参考相关研究的基础上，在较温和的条件下，用NBS作溴化剂较高产率地合成了6种α-溴代芳基酮，确定了最佳反应条件：常温，乙酸铵作催化剂，无水乙醚为溶剂，n(芳基酮)∶n(NBS)∶n(NH4OAc)=1∶1.3∶0.5，反应时间1.5～2 h.反应式如下：

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

WRS-1型数字熔点仪：广州市博泰科技仪器有限公司产品，熔点未经校正；Varian Unity Inova-400 核磁共振仪：TMS为内标，CDCl3为溶剂，美国 Varian 公司产品.

NBS、4-甲氧基苯乙酮、4-甲基苯乙酮、4-氟苯乙酮、4-硝基苯乙酮和2-乙酰呋喃，均为国药集团化学试剂有限公司产品；苯乙酮、乙酸铵、乙醚、石油醚、乙酸乙酯、无水乙醇，均为市售分析纯.

1.2 α-溴代芳基酮的合成通法

在50 mL单口烧瓶中依次加入5 mmol芳香酮、10 mL乙醚以及0.19 g NH4OAc (2.5 mmol)，然后搅拌下加入1.15 g NBS (6.5 mmol)，常温下反应.薄层色谱法(TLC)跟踪反应，反应完成后，加入50 mL乙酸乙酯，抽滤，滤液先用20 mL饱和NaHCO3溶液洗涤，再用20 mL饱和食盐水洗涤，无水Na2SO4干燥后，过滤，旋转蒸发除去溶剂得粗产品，粗产品纯化后即得产物.

用此方法合成了6种α-溴代芳基酮，见表1.

表1 乙酸铵催化下α-溴代芳基酮的合成产物

注：“△”表示重结晶后的产率；“＊”表示柱色谱分离后的产率

产物1为α-溴代苯乙酮，无水乙醇重结晶，白色针状晶体，熔点：50.2～51.1℃(文献熔点：50.5～51.5 ℃[8])；核磁共振氢谱谱图中各氢原子的归属：4.46 (s, 2H, CH2Br), 7.50 (t,J=7.2 Hz, 2H, ArH), 7.58 (t,J=7.6 Hz, 1H, ArH), 7.90 (d,J=7.4 Hz, 2H, ArH).

产物2为α-溴代-4-甲基苯乙酮，石油醚重结晶，白色晶体，熔点：47.7 ～ 48.5℃(文献熔点：48.0～48.4 ℃[8])；核磁共振氢谱谱图中各氢原子的归属：2.44 (s, 3H, CH3), 4.45 (s, 2H, CH2Br), 7.19 (d,J=7.6 Hz, 2H, ArH), 7.88 (d,J=7.6 Hz, 2H, ArH).

产物3为α-溴代-4-甲氧基苯乙酮，无水乙醇重结晶，白色针状晶体，熔点：69.7～70.6 ℃(文献熔点：68.7～71.0 ℃[8])；核磁共振氢谱谱图中各氢原子的归属：3.89 (s, 3H, CH3O), 4.41 (s, 2H, CH2Br), 6.98 (d,J=8.0 Hz, 2H, ArH), 7.98 (d,J=8.0 Hz, 2H, ArH).

产物4为α-溴代-4-氟苯乙酮，无水乙醇重结晶，白色片状晶体，熔点：41.5～43.2 ℃；核磁共振氢谱谱图中各氢原子的归属：4.56 (s, 2H, CH2Br), 7.72 (d,J=8.4 Hz, 2H, ArH), 8.26 (d,J=8.4 Hz, 2H, ArH).

产物5为α-溴代-4-硝基苯乙酮，无水乙醇重结晶，白色针状晶体，熔点：99.7～99.9 ℃(文献熔点：99～100 ℃[2])；核磁共振氢谱谱图中各氢原子的归属：4.47 (s, 2H, CH2Br), 8.14 (t,J=8.4 Hz, 2H, ArH), 8.33 (d,J=8.4 Hz, 2H, ArH).

产物6为2-溴-1-(2-呋喃)-1-乙酮，柱色谱分离提纯(淋洗剂：二氯甲烷/石油醚)，白色晶体，熔点：34.2～34.5 ℃；核磁共振氢谱谱图中各氢原子的归属：4.30 (s, 2H, CH2Br), 6.58 (d, 1H,J=8.8 Hz, ArH), 7.78 (t,1H,J=11.8 Hz, ArH), 7.62 (d,1H,J1=8.8 Hz,J2=2.4 Hz, ArH).

2 结果与讨论

探讨了多种芳香酮向对应α-溴代芳基酮的转化反应，实验结果如表1所示.实验表明，当苯环上没有取代基和连有给电子取代基(甲氧基或甲基)时，反应时间为1.5 h，相应的溴代产物(产物1、产物2、产物3)都以很好的收率(分别为73%、74%和79%)得到；当苯环上连接有较强吸电子取代基(氟或硝基)时，反应时间增加至2 h，目标产物(产物4、产物5)的收率稍有降低(分别为69%和65%)；含杂环的底物2-乙酰呋喃也能以71%的收率生成相对应单溴代产物(产物6)，反应时间为1.5 h.实验过程中还发现，对于产物6，在用TLC跟踪反应时，如果用石油醚/乙酸乙酯混合液做展开剂，分离效果很不理想，而展开剂用石油醚∶二氯甲烷=1∶1的混合液时，效果较好.

以目标产物α-溴代苯乙酮(产物1)的合成为例, 分别探讨了不同溶剂、催化剂用量及NBS用量对该反应的影响.

2.1 溶剂的选择

设定n(苯乙酮)∶n(NBS)∶n(NH4OAc)=1∶1.3∶0.5，反应时间为1.5 h，考察常温下不同溶剂对产率的影响，结果见表2.通过表2可以看出，当选择用氯仿、四氢呋喃、甲醇和乙腈等作溶剂时产率较低；选择乙醚做反应溶剂时，产率最高，因此实验中选用乙醚做反应溶剂.

表2 溶剂对反应产率的影响

注：“△”表示重结晶后的产率；“＊”表示柱色谱分离后的产率

2.2 催化剂用量的选择

设定乙醚为反应溶剂，n(苯乙酮)∶n(NBS)=1∶1.3，反应时间1.5 h，常温下考察催化剂用量对反应产率的影响，其结果见表3.通过表3可以看出，产率随催化剂用量的增加先缓慢增加而后有下降趋势，当苯乙酮与NH4OAc的物质的量比由1∶0.125变至1∶0.5时，产率由0增加至73%，当苯乙酮与NH4OAc的物质的量比由1∶0.5变至1∶1时，产率却有所下降.这可能是因为实验中使用的醋酸铵没经任何处理，NH4OAc极易吸水，醋酸铵的使用量越大，引入反应体系的水就越多，而反应体系为自由基反应，水的引入会降低自由基反应的转化率.因此确定苯乙酮与NH4OAc的物质的量比为1∶0.5.

表3 催化剂用量对反应产率的影响

注：“△”表示重结晶后的产率；“＊”表示柱色谱分离后的产率

2.3 NBS用量的选择

设定乙醚做溶剂，n(苯乙酮)∶n(NH4OAc)=1∶0.5，反应时间为1.5h，考察NBS用量对反应产率的影响，以苯乙酮与NBS按物质的量比1∶1为基础，NBS用量对产率的影响结果见表4.从表4可见，当不断增加NBS的用量，反应的收率会有所增加，当达到苯乙酮与NBS的物质的量比为1∶1.3以上几乎不再增加，并且由于副反应的发生，收率甚至有所下降.因此确定苯乙酮与NBS的摩尔比是1∶1.3为最佳.

表4 NBS用量对产率的影响

注：“△”表示重结晶后的产率

3 结论

以NBS为溴化剂合成α-溴代芳基酮, 具有原料廉价易得、反应条件温和、收率高、实验操作简便等优点.优化的反应条件为：常温下，乙醚为溶剂，n(芳基酮)∶n(NBS)∶n(NH4OAc)=1∶1.3∶0.5，反应时间1.5 ～2 h.

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