Duff 反应合成2-羟基-1-萘甲醛的研究*

徐 虹，吕宏飞，吴绵园，李淑辉，梅立鑫，杨 杰，白雪峰，李 猛

（1.黑龙江省科学院 高技术研究院，黑龙江 哈尔滨150020；2.黑龙江省科学院 石油化学研究院，黑龙江 哈尔滨150040）

前 言

2-羟基-1-萘甲醛[1～4]是一种很有开发前景和实用价值的重要化合物，在医药领域用于合成抗菌增效剂；在农药领域主要是用来合成一系列的助长素；在配位催化领域可以作为测定钯、铍等金属离子的分析试剂，是合成3-苯基-5,6-苯并香豆素，5,6-苯并香豆素-3-甲酸乙酯，荧光增白剂ACA和塑料荧光增白剂PEB 的重要中间体。

2-羟基-1-萘甲醛的合成方法[5～7]有十几种，其中Gattermann 反应法是萘在三氯化铝的催化作用下和氢氰酸反应，该反应收率高，由于反应中用到毒性较大的氰化物限制了它的应用；Reimer-Tiemann（莱穆尔-梯曼）反应法[8～11]在反应中使用大量碱进行酚羟基保护，产物容易被氧化，收率低，选择性差，适合小规模生产；Vislmeier 反应法是使用三氯氧磷上醛基的反应，收率较高，但三氯氧磷毒性较大，成本较高；Duff 反应法[12～14]优点是避免使用氯仿等低沸点卤代烃溶剂，反应产物比较单一，产品纯度高，缺点是酸的用量较大，收率较低，传统的Duff 反应醛合成法只适合不含钝化基团的芳环甲酰化。改进Duff 反应法研究的重点在于如何提高反应收率，减少焦油的生成。本文以2-萘酚和乌洛托品在醋酸的作用下反应，再通过水解得到2-羟基-1-萘甲醛，合成路线如下图所示。

图1 2-羟基-1-萘甲醛的合成Fig. 1 The synthesis route of 2-hydroxy-1-naphthaldehyde by the Duff reaction

1 实验部分

1.1 实验仪器与试剂

2-萘酚，阿拉丁试剂有限公司（99.5%）；乌洛托品，工业级，山东瑞星化工有限公司；实验其它试剂均来自国药集团试剂有限公司。

Agilent 7820 气相色谱仪；红外光谱仪Nicolet 6700。

1.2 实验方法

1.2.1 2-羟基-1-萘甲醛的制备

在500mL 玻璃四口瓶（干燥）上安装冷凝管，机械搅拌和温控加热器，在室温25℃条件下加入2-萘酚20g 和醋酸150mL，混合均匀后0.5h 加热至85℃，然后开始滴加50mL 醋酸溶解的31.1g 乌洛托品的溶液，0.5h 滴加完成，反应液会析出大量的黄色固体。再搅拌1h 后，缓慢滴加100mL 浓盐酸，1h 内滴加完成，保持温度继续搅拌1h，缓慢降至室温，加入50mL 水析出大量固体，过滤得粗产品。粗产品采用柱层析精制（乙酸乙酯和石油醚），脱除溶剂得到淡黄色固体2-羟基-1-萘甲醛13.8g，收率为69.0%，经气相色谱测定其纯度为99.6%。

1.2.2 2-羟基-1-萘甲醛的红外谱图

图2 2-羟基-1-萘甲醛的红外谱图Fig. 2 The IR spectrum of 2-hydroxy-1-naphthaldehyde

2 结果与讨论

2.1 Duff 反应合成2-羟基-1-萘甲醛的反应过程

2- 羟基-1- 萘甲醛的合成是由2- 萘酚与乌洛托品在醋酸溶液中进行Duff 反应得到的。

其可能的反应历程如下：乌洛托品在醋酸的作用下质子化得到亚胺离子，亚胺离子和萘环发生反应。乌洛托品二次质子化，和苄胺反应生成亚苄基亚胺离子，水解之后得到2-羟基-1-萘甲醛。

图3 Duff 反应反应机理图Fig. 3 The mechanism of Duff reaction

2.2 温度对Duff 反应的影响

其它条件不变，选择反应温度70～90℃之间5 个温度点进行考察，实验结果见表1。

表1 反应温度对收率的影响Table 1 The effect of temperature on the yield of 2-hydroxy-1-naphthaldehyde

由表1 可见，反应温度为85℃时，产物收率最高达到69%，再提高反应温度，收率会略有下降。这是因为反应温度高，反应得到的粗产品颜色会明显加深，副反应增加；反应温度为70℃时，收率偏低，很可能是温度低反应不充分，从而影响反应收率。

2.3 不同的乌洛托品的用量对反应的影响

其它条件不变，选择n（2- 萘酚）∶n（乌洛托品）4 个不同比例分别进行实验，实验结果如表2 所示。

表2 乌洛托品用量对产品收率的影响Table 2 The effect of hexamethylenetetramine usage on the yield of 2-hydroxy-1-naphthaldehyde

由表2 可见，乌洛托品用量的增加，产物的收率也会提高，当用量达到n（2- 萘酚）∶n（乌洛托品）为1∶1.6 时，收率最高，继续增加乌洛托品的用量达到1∶1.8 后收率没有提高。反应收率高，乌洛托品必须过量。反应过程中乌洛托品经过两次质子化，断裂产生亚胺离子，不可能都和萘环发生反应，在反应中乌洛托品需要大量过量可以得到高收率2-羟基-1-萘甲醛，n（2-萘酚）∶n（乌洛托品）为1∶1.6 时收率最高。

2.4 不同的溶剂用量对反应的影响

其它条件不变，考察了不同的溶剂用量对产物收率的影响，结果如表3 所示。

表3 溶剂用量对收率的影响Table 3 The effect of solvent usage on the yield of 2-hydroxy-1-naphthaldehyde

由表3 可见，随着反应溶剂醋酸用量的增加，收率小幅增加，可能是因为反应中间体是不溶的黄色固体，反应体系从均相变为非均相，逐渐变黏稠，溶剂用量太少，反应的传质传热都有困难，导致收率下降。如果溶剂用量过多，回收比较困难，收率也没有提高，2-萘酚（g）∶HAC（mL）配比为1∶10 为反应的适宜配比。

2.5 不同反应时间对反应的影响

其它条件不变，选择5 个不同反应时间分别进行实验，实验结果如表4 所示。

表4 反应时间对收率的影响Table 4 The effect of reaction time on the yield of 2-hydroxy-1-naphthaldehyde

实验表明，Duff 反应是一个有工业化价值的反应，反应时间比较短，效率高。反应3.5h 就能基本完成并获得良好的收率，考虑到时间的余量，选择反应时间为4h。

3 结 论

以2-萘酚和乌洛托品为原料，以醋酸作为反应溶剂，进行Duff 反应，原料n（2-萘酚）∶n（乌洛托品）比例为1∶1.6，反应温度为85℃，反应时间为4h，得到高纯度的2- 羟基-1- 萘甲醛，收率为69.0%，纯度为99.6%。整个实验方法简单，条件温和，有工业放大的前景。