相转移催化法合成对硝基苯苄醚

严群芳，黄秀锦，吴君艳

（江苏食品药品职业技术学院，江苏淮安223003）

对硝基苯苄醚是一种重要的有机合成中间体，其本身也用做杀虫剂或作为特殊试剂，被广泛应用于医药、农药、化工、印染等合成领域[1-2]。对硝基苯苄醚常规的合成方法是以无水乙醇和金属钠反应生成醇钠，再与对硝基苯酚作用，由Williamson 混合醚的合成法制得[3]。化工生产中，主要采用对硝基氯苯和醇在碱性条件和一定压力下反应的方法制得[4]，该方法生产周期长，操作步骤多，醇的消耗量大，且产物收率低。也有采用对硝基苯酚和卤化苄[5-6]在碱性环境下，利用Williamson 混合醚的合成法进行反应合成对硝基苯苄醚，但该反应中所用到的非质子溶剂DMSO 的价格昂贵，且回收再利用率不高。相转移催化技术是近年来发展起来的一种有机合成新技术，其反应活性高，选择性好，工艺简单，产物收率高，反应条件温和[7-8]，受到了有机合成工作者的高度关注。本文以水为溶剂，以对硝基苯酚、氢氧化钠和溴化苄[9]为原料，用十六烷基三甲基溴化铵作相转移催化剂[10]，研究了对硝基苯苄醚的合成方法。

1 实验部分

1.1 主要仪器

AVATAR360 型红外光谱仪（美国Nicolet Instrument Corporation 公司）；AVANCE 400 核磁共振仪（上海慧风分析仪器有限公司）；Sartorius 电子天平（苏州赛恩斯仪器有限公司）；XT-4A 显微熔点测定仪（北京科学仪器厂）；SZCL-4B 智能磁力加热搅拌器（上海越众仪器设备有限公司）。

1.2 主要试剂

对硝基苯酚（AR 级，江苏强盛功能化学股份有限公司）；溴化苄（AR 级，上海试剂一厂）；乙醇（AR 级，国药集团化学试剂有限公司）；氢氧化钠（AR 级，国药集团化学试剂有限公司）。

1.3 实验原理与产物测试

1.3.1 实验原理

碱性条件下，对硝基苯酚与溴化苄在相转移催化剂作用下反应，化学反应式如下：

将计量的对硝基苯酚、氢氧化钠和水加入带有回流冷凝管和温度计的三口烧瓶中，加入磁石，再置于带有磁力搅拌器的加热装置上，于60℃搅拌0.5 h 使其溶解。然后冷却至室温，加入溴化苄，升温至90℃并恒温反应。反应完毕后，将三口烧瓶中的混合物冷却至室温，然后倒入冰水中静置，待有乳白色结晶充分析出后，抽滤，并用冰水洗涤两次，最后再用无水乙醇重结晶，干燥后得到乳白色针状晶体。

1.3.2 产物测试

产物用XT-4A 显微熔点测定仪（北京科学仪器厂）测得其熔程为107℃～108℃（对硝基苯苄醚熔程文献值为106℃～108℃）[8]。

产品的1H NMR（400 MHz）图如图1：δ5.17（2H,-O-CH2-）, 7.02-7.05 （2H, Ar-H ）, 7.36-7.43（5H,Ar-H）,8.20-8.22（2H,Ar-H）ppm.与文献值一致。

图1 对硝基苯苄醚的1H NMR

2 结果与分析

2.1 碱的用量对反应收率的影响

将对硝基苯酚1.39 g（0.01 mol），溴化苄1.71 g（0.01 mol），去离子水30 mL，催化剂十六烷基三甲基溴化铵0.04 g，在90℃条件下反应3 h，考查NaOH 用量对产物收率的影响，实验结果见图2。

图2 NaOH 物质的量与对硝基苯酚物质的量之比对产物收率的影响

由图2 可知，产物收率随着NaOH 用量增加先增大后减小。可能因氢氧化钠用量较少时，生成对硝基苯酚钠的反应不完全；当氢氧化钠用量较多时，过量的氢氧化钠会引起溴化苄水解；当对硝基苯酚∶NaOH（摩尔比）=1∶1.15 时，既能使对硝基苯酚的成盐反应趋于完全，又不至于引起溴化苄水解，产物的收率最高，继续增加NaOH 的用量，产物收率反而有所下降。

2.2 溴化苄用量对反应收率的影响

将对硝基苯酚1.39 g（0.01 mol），氢氧化钠0.46 g（0.011 5 mol），去离子水30 mL，催化剂十六烷基三甲基溴化铵0.04 g，在90℃下反应3 h，考查溴化苄用量对产物收率的影响，实验结果见图3。

由图3 可知，产物收率随着溴化苄用量增加先增大后减小。当溴化苄∶对硝基苯酚（摩尔比）=1∶1.0 时，产物的收率最高，继续增加溴化苄的用量，产物收率反而下降。这是由于溴化苄过量较多，会增大减压蒸馏和重结晶的难度，在分离过程中过量的溴化苄带走了部分产物，增大了后处理过程中的产物损失。

图3 对硝基苯酚与溴化苄物质的量之比对产物收率的影响

2.3 催化剂用量对反应收率的影响

将对硝基苯酚1.39 g（0.01 mol），氢氧化钠0.46 g（0.011 5 mol），溴化苄1.71 g（0.01 mol），去离子水30 mL，改变催化剂十六烷基三甲基溴化铵的用量，在90℃条件下反应3 h，考查催化剂用量对产物收率的影响，实验结果见图4。

图4 催化剂十六烷基三甲基溴化铵的用量对产物收率的影响

由图4 可知，产物收率随着催化剂用量增加而增大，但当增大到一定程度时，增大的幅度趋于平稳。当十六烷基三甲基溴化铵为0.03 g 时，产物的收率最高，继续增加催化剂的用量，产物收率增加的幅度不是很大。十六烷基三甲基溴化铵的用量较少时，原料间不能充分反应，对硝基苯苄醚的收率较低，过量催化剂也可能会引起溴化苄水解等副反应。因此，从经济方面考虑，十六烷基三甲基溴化铵的用量为3 g/mol 对硝基苯酚时为最佳。

2.4 水的用量对反应收率的影响

将对硝基苯酚1.39 g（0.01 mol），氢氧化钠0.46 g（0.011 5 mol），溴化苄1.71 g（0.01 mol），催化剂十六烷基三甲基溴化铵0.03 g，改变水量，在90℃条件下反应3 h，考查水用量对产物收率的影响，实验结果见图5。

图5 水的用量对产物收率的影响

由图5 可知，产物收率随着水用量增加先增大后减小。当水的用量为30 mL，即每摩尔对硝基苯酚用水量为3 000 mL 时，产物的收率最高，继续增加水的用量，产物收率反而有所下降。这是由于水的用量较少时，反应物溶解不完全，反应物之间不能充分接触，对硝基苯苄醚的收率较低；水的用量太多时，一方面可使反应物的浓度相对降低，反应速率减慢，另一方面产物在溶剂中的溶解度增大，分离时也会带走部分产物，导致对硝基苯苄醚的收率降低。

2.5 反应时间对反应收率的影响

在90℃下，对硝基苯酚0.01 mol，对硝基苯酚∶氢氧化钠∶溴化苄（摩尔比）=1∶1.15∶1.0，水的用量为30 mL，催化剂十六烷基三甲基溴化铵为0.03 g 的条件下，考查反应时间对产物收率的影响，实验结果见图6。

图6 反应时间对产物收率的影响

由图6 可知，随着反应时间延长，产物收率逐渐增大，在反应时间超过2.5 h 后，产物的收率增加不明显。综合考虑，选择反应时间为2.5 h。

综上所述，合成对硝基苯苄醚的最优条件为：在碱性条件下，各反应物的摩尔比为对硝基苯酚∶氢氧化钠∶溴化苄=1∶1.15∶1.0，催化剂为3 g/mol 对硝基苯酚，水为3 000 mL/mol 对硝基苯酚，90℃回流2.5 h。

2.6 重现性试验

在上述最优条件下，重复性试验5 次，过程平稳，产品收率分别为90.4%、88.9%、89.7%、91.3%、88.5%，平均收率为89.7%。

3 结论

以对硝基苯酚和溴化苄为原料，合成对硝基苯苄醚反应的最优化条件为：在碱性条件下，回流温度为90℃，摩尔比为对硝基苯酚∶氢氧化钠∶溴化苄=1∶1.15∶1.0，催化剂为3 g/mol 对硝基苯酚，溶剂水为3 000 mL/mol 对硝基苯酚，反应时间为2.5 h。在此条件下对硝基苯苄醚的平均收率为89.7%，产物得到核磁共振氢谱确证。该反应具有速率快、收率高、操作简便等特点，具有潜在的应用前景。