色谱联用技术表征双格氏反应进程

郭国建，吴立军，柳洪超，鲁毅，尤瑜生

（中国兵器工业集团第五三研究所，济南 250031）

色谱联用技术表征双格氏反应进程

郭国建，吴立军，柳洪超，鲁毅，尤瑜生

（中国兵器工业集团第五三研究所，济南 250031）

探讨双格氏试剂的结构表征方法及其制备过程跟踪分析。以1，4-二溴-2，5-对苯二甲醚为原料，在无水四氢呋喃溶剂中制备得到相应双格氏试剂，采用气相色谱-红外、气相色谱-质谱联用技术对1，4-二溴-2，5-二甲氧基苯的双格氏试剂及其反应过程中的产物进行结构表征和进程跟踪分析。结果表明，反应体系中同时存在双格氏、单格氏产物，并随着反应进行，单格氏产物进一步转化为双格氏产物。该实验结果可以对双格氏反应机理的研究提供理论数据。

双格氏试剂；结构表征；气相色谱联用

1912年法国化学家Grignard制备了有机镁化合物，并成功将其用于有机化合物的合成，人们把这种有机镁化合物溶液称为Grignard试剂（俗称格氏试剂）［1-3］。Grignard试剂具有高度极化的C--Mg+键，其化学性质非常活泼［4］，可以用来制备多种类型的化合物，在有机合成领域有着广泛的应用，但同时也存在很多复杂问题，如格氏试剂能与具有活泼氢的化合物如水、醇、酚、羧酸、氨（胺）、端基炔等反应生成烷烃（该类反应在合成方面应用不多，主要由于在制备格氏试剂中发生的副反应）；能与羰基化合物如醛、酮、酰氯、酯等反应［5-6］。格氏试剂只能保存在无水无氧的干醚溶剂中，给表征工作带来很大困难，尤其对于双格氏试剂，反应发生的位置有多种选择，反应结果会出现复杂的情况［7-13］，且双格氏活泼官能基团使其偶联现象严重，结构表征更加困难。采用传统有机溶剂将格氏产物分离纯化并进行一系列表征的研究鲜有文献报道。

在有机基础研究领域，格氏反应机理一直是科研人员关注的热点，它对掌控反应过程中各反应物的情况与结构尤为重要，不仅为反应机理的推断提供直接信息，而且对反应温度、时间、压力的调控具有不可或缺的作用。因此对双格氏试剂制备过程进行跟踪分析，实现对体系中反应物的结构表征，可以为格氏试剂的进一步研究与应用提供理论依据。

气相色谱（GC）是20世纪50年代出现的一种分离分析技术。进入20世纪90年代，随着计算机、软件及电子技术的快速发展，具有高效分离能力的气相色谱与对分子结构提供较多信息的红外光谱及高灵敏度的质谱联用技术是对多组分混合物进行结构分析的有力手段。笔者基于格氏试剂与活泼氢的反应，采用气相色谱-红外和气相色谱-质谱联用技术及微量定向反应方法，对以对称二溴苯醚为原料制备的双格氏试剂的反应过程进行跟踪分析，效果理想。

1　实验部分

1.1主要仪器与试剂

气相色谱-质谱联用仪：HP-5890/5972型，美国HP公司；

气相色谱-红外联用仪：HP-5890型，美国HP公司；Magna750型，美国Nicolet公司；

1，4-二溴-2，5-二甲氧基苯：98%，Alfa Aesar试剂；

金属镁：分析纯；

四氢呋喃（THF）：分析纯，使用前加入适量金属钠和二苯甲酮指示剂加热回流至深蓝色，蒸馏备用。

1.2实验过程

在干燥的250 mL三口瓶上安装带有氯化钙干燥管的球形冷凝管和恒压滴液漏斗，加入1.33 g干燥的镁屑。通过恒压滴液漏斗加入5.00 g 1，4-二溴-2，5-对苯二甲醚原料和60 mL无水四氢呋喃混合溶液，控制滴加速度，保持溶液呈微沸状态，滴加完毕，加热回流30 min反应结束。反应方程式如图1。

图1　格式反应化学方程式

分别在反应初期阶段、反应过程中和反应结束时取出少量反应液，用适量甲醇醇解，然后采用气相色谱-红外联用、气相色谱-质谱联用技术，用色谱峰面积法分析对苯二甲醚、2-溴对苯二甲醚及其它副产物的相对含量，实现对双格氏试剂的结构表征和对反应过程的监控。

1.3仪器工作条件

1.3.1气相色谱-红外联用仪

进样体积：5 µL；气化温度：280℃；光管温度：290℃；起始柱温：100℃；升温速率：10℃/min；最终柱温：280℃；色谱柱：HPS-5柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm）；载气：氮气。

1.3.2气相色谱-质谱联用仪

进样体积：5 µL；气化室温：300℃；起始柱温：100℃（恒温3 min）；升温速率：20℃/min；最终柱温：320℃；色谱柱：HPS-5柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm）；载气：氦气。

2　结果与讨论

2.1格氏产物的表征

在反应初期，用微型注射器迅速从反应瓶中抽取约30 µL格氏溶液，用甲醇醇解完全，分别进样到气相色谱-红外和气相色谱-质谱联用仪中。图2为气相色谱-红外在建色谱图，图3、图4分别为图2中a峰和b峰对应的红外吸收光谱图。图5为气相色谱-质谱在建色谱图，图6、图7分别为a'峰和b'峰对应的质谱图。图2中除溶剂峰以外主要存在a，b，c 3个色谱吸收峰，将图3、图4红外吸收光谱图与标准谱图对照，经分析可知，a为双格氏醇解产物对苯二甲醚，b为单格氏醇解产物2-溴-对苯二甲醚。图5中出现了与图2中a，b，c相应a'，b'，c'3个色谱峰，a'处色谱峰（9.92 min）对应的质谱图（5 m/e=138）为分子离子峰，说明相对分子质量为138，与对苯二甲醚标准质谱图相符，验证了双格氏试剂结构；b'处色谱峰（12.59 min）对应的质谱图，与2-溴-对苯二甲醚标准质谱图相符，验证了单格氏试剂结构；与c峰相对应的c'峰为格氏偶联副产物。

图2　气相色谱-红外色谱图

图3　图2中a色谱峰对应的红外谱图

图4　图2中b色谱峰对应的红外谱图

图5　气相色谱-质谱色谱图

图6　图5中a'色谱峰对应的质谱图

图7　图5中b'色谱峰对应的质谱图

2.2格氏反应进程的分析

图8～图10分别为不同格氏反应初期、反应过程中和反应结束时甲醇醇解得到气相色谱-红外在建色谱图。由图8可知，格氏反应初期阶段，溶液中存在峰1，峰2，未反应的原料峰3及其它少量偶联杂质峰；与图8相比，图9中原料峰3消失，说明此时原料已完全转化，出现了峰4等，原因是被活化的苯环卤代位导致单、双格氏产物与原料之间发生各种偶联副反应，峰4及后续其它未标出的峰均为偶联产生的杂质峰；图10各峰位与图9相一致，但各峰强度发生明显变化，原因是反应进行到终点大部分单格式产物进一步反应得到目标产物，但在此过程中偶联副反应在不断发生，杂质峰变强。综上分析，由于位阻，电子效应等因素的影响，格氏反应过程是先有一个卤原子被格氏化，然后另一个卤原子相继被格氏化或者带着活泼的单格氏共价键与原料发生偶联副反应，从而解释了各个色谱峰的变化。

图8　格式反应初期气相色谱-红外在建色谱图

图9　格式反应过程中气相色谱-红外在建色谱图

图10　格式反应结束气相色谱-红外在建色谱图

在反应过程中，体系内各化合物不断发生变化。由以上分析可知，原料在很短的时间内可以全部转化，实际上最活跃的过程是单卤代格氏中间产物与金属镁、偶联之间的争夺反应。通过醇解及气相-红外峰面积计算法得到反应开始后1，2，3，3.5 h溶液中各化合物的相对含量，见表1。

表1　格式反应不同时间各产物相对含量（峰面积） %

表1结果显示，3 h之内，随着反应的进行，双格氏产物相对含量不断增加，同时格氏偶联副产物也逐渐增加；继续延长反应时间，双格式试剂之间发生了偶联反应，从而不利于反应。

3　结语

以结构对称的二溴对苯二甲醚为原料，在无水四氢呋喃溶剂中制备双格氏试剂，该制备技术属常规方法，易操作。通过气相色谱-红外、气相色谱-质谱联用技术对双格氏试剂进行了结构表征，并采用气相色谱峰面积计算法对反应过程做出详细分析，该表征方法简便、直观。

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［12］ 张勇，华万森，陆路德.对溴苯酚为原料合成医药中间体对羟基苯乙醇［D］.南京：南京理工大学，2004.

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重点排污企业须装在线监测设施

不久前，首都之窗网站公布《北京市水污染防治工作方案2016年重点任务分解》，将水污染重点任务分解成88项，并规定了每项任务的完成时限。其中指出，重点排污企业必须取得排污许可，规范安装污水排放在线监测设施等。

在早先召开的水务工作会上，北京市水务局明确，2016年北京市在水务方面要以全面打好治污“歼灭战”为重点，主要指标包括完成固定资产投资315亿元，用水总量控制在40亿立方米以内，万元地区生产总值水耗较去年降低约3%，全市污水处理率达到90%以上，再生水利用约10亿立方米。

此次公布的重点任务中，在强化城镇生活污染治理方面，除了要启动新一轮的污水处理的三年行动计划之外，还明确了3月底前，在建、新建住宅项目和其它排放污水的建设项目配套建设的水污染防治设施应与主体工程同步竣工验收。对水污染防治设施未建成、未经工程验收或未达到工程验收标准的，将不得投入使用。

而在对企业排污的治理方面，年底前，将全面推行排污许可，启动排污许可证核发工作，制定并发布分阶段实施目录。6月底前，排污许可证管理办法将制定出台。其中重点排污单位必须取得排污许可，规范安装污水排放在线监测设施，依法向社会主动公开其产生的主要污染物名称、排放方式、排放浓度和总量，以及污染防治设施的建设与运行、是否超标排放等情况。

2016年底前将排查各类水污染源排污情况，对超标和超排污总量的企业给予“黄牌”警示，一律限制生产或停产整治；对整治仍不能达到要求且情节严重的企业给予“红牌”处罚，一律停业或关闭。

此外，对重点任务要严格督查、考核和问责，考核结果作为对领导班子和领导干部综合考核评价的重要依据；对因工作不力、行政效率低下、履职缺位等导致未完成年度目标任务的，将严格依纪依法追究责任。

（京华时报）

国土资源部地质环境监测技术重点实验室挂牌

国土资源部地质环境监测技术重点实验室通过了专家验收。地质环境监测技术重点实验室是国土资源部唯一从事监测技术研究与仪器研发的重点实验室，2012年被批准列入第3批国土资源部重点实验室建设计划。针对经济社会发展的重大需求和人类活动面临的重大地质环境问题，开展监测技术方法试验研究与集成，研制和开发具有自主知识产权的系列化监测仪器，完善地质环境监测技术创新体系，建成集科学研究、技术研发、工程化和产业化于一体的具有自主创新能力的专业试验测试基地。

该实验室在地质灾害、地下水、矿山地质环境监测技术等方面取得了重要进展和较好的应用成果。自主研发的光纤实时监测设备、地下水分层监测、采样设备及监测集成平台等一系列稳定可靠的监测仪器设备，在三峡库区地质灾害监测、唐山地面塌陷监测、甘肃矿山地质环境监测和南水北调等国家重大工程中得到了广泛的应用，同时有力支援了三峡库区地质灾害野外科学观测基地、重庆南桐矿山地质环境野外基地和湖南冷水江矿山地质环境监测示范区建设。

验收会上，领导和专家对实验室建设提出了新的发展要求和期望，希望实验室继续以监测技术研发和仪器研制为特色，建成国内领先、行业一流的地质环境监测技术科技支撑和产业孵化平台，为我国地质环境监测事业做出贡献。

（中国矿业报）

Characterization of Double Grignard Reaction Process by GC-MS/GC-IR

Guo Guojian， Wu Lijun， Liu Hongchao， Lu Yi， You Yusheng
（CNGC Institute 53， Jinan 250031， China）

The structure characterization of double Grignard reagent and its preparation process tracking analysis were discussed. The double Grignard reagent was prepared with 1，4-dibromo-2，5-dimethoxybenzene as raw material in the anhydrous tetrahydrofuran solvents. The structure characterization of double Grignard reagent of 1，4-dibromo-2，5-dimethoxybenzene and its reaction process tracking analysis were carried out by GC-IR and GC-MS. The results showed that there were double grignard products and single grignard products in the reaction system at the same time，and the single product turned into the double product in the further reaction. The conclusion can provide certain theoretical data for the study of double grignard reaction mechanism.

double Grignard reagent； structural characterization； GC combined technology

O657.7

A

1008-6145（2016）02-0056-04

10.3969/j.issn.1008-6145.2016.02.016

联系人：郭国建；E-mail： sdtldl@126.com

2015-09-08