高电子云密度下苄基醇制备苄基溴的研究

韩宝秀，张凤华

( 辽宁石油化工大学 化学与材料科学学院，辽宁抚顺113001)

在有机合成反应中苄基卤代物一般作为通用中间体或者最终产品，它们在羧酸、醛、噻唑、酮、酰胺等物质的制备反应中作为原始材料被广泛应用，不仅可以在金属催化耦合反应［1］中参与复杂分子的形成，还可以在亲核取代反应中作为活性亲电体。同时，它们也是抗病毒剂［2］、抗真菌剂［3］等药物合成以及苯丙氨酸和取代苯丙氨酸等氨基酸合成［4-5］中的重要中间体。而苄基卤代物中，苄基溴不但活性较好而且便于制备，因此在有机合成中使用最为广泛。

苄基溴在工业上有多种合成方法［6-8］，最常用的制备方法是通过甲苯和溴素发生自由基卤代反应来制备，但是该工艺生产过程中会产生大量的副产物，不仅不利于产物的提纯还会对产品的纯度带来很大的影响。利用苄基醇来制备苄基溴的反应［9］由于苯环苄位的高活性导致由苄基醇转化为苄基溴的反应往往比较难实现，关于该工艺的报道也相对较少。

本文研究了以邻位甲氧基取代，间位碘代的高电子云密度下的苄醇为底物与三溴化磷反应发生亲电取代反应(SN2) 来制备苄基溴的反应。探究了反应时间、投料方式、反应温度等工艺条件对苄基溴产率的影响，实现了在苯环上本身连有强推电子基团和高活性卤素的情况下将苄基醇定量地转化为苄基溴的合成方法。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

苄醇，甲苯，三溴化磷，无水硫酸镁，氯化钠，所有化学试剂均为分析纯级，国药集团化学试剂有限公司生产。集热式恒温加热磁力搅拌器（DF-101S），山东鄄城华鲁仪器有限公司；核磁共振仪（AVANCE III HD 400），德国Bruck 公司。

1.2 苄溴的合成

如图1 所示，将50g 取代苄基醇1 (189.4mmol，1.0当量) 加入1000 mL 圆底烧瓶中，加入600 mL 甲苯溶剂，40 °C 搅拌20 min 溶解。然后向上述溶液中缓慢滴加6.1 mL 三溴化磷2 (64.4 mmol，0.34 当量)，滴加完成后，继续加热至100 °C 搅拌反应50 min 后冷却至室温，用分液漏斗将反应中产生的水分除去，有机相用水洗涤，再将有机相用饱和氯化钠溶液洗涤一次，并用无水硫酸镁干燥。过滤后，用旋转蒸发仪除去溶剂，得到苄基溴产物（产物在空气中稳定性较差，需保存于甲苯中）。

图1 苄基溴的合成Fig. 1 The synthesis of benzyl bromide

1.3 苄溴的合成机理

如图2 所示，亲电性较强的PBr3进攻苄基醇底物羟基氧原子，发生电子转移PBr3脱去一分子Br 负离子，Br 负离子背面进攻苄基碳取代亲电性较弱的氢原子-H，苄基碳发生构型翻转生成苄基溴。

图2 苄基溴合成反应机理Fig.2 The synthesis reaction mechanism of benzyl bromide

2 结果与讨论

2.1 温度对苄醇在甲苯中溶解度的影响

高电子云密度下的苄基醇原料1 常温下并不能在甲苯中完全溶解，原料若不能完全溶解则无法充分进行反应，会对反应产率产生极大的影响，且会造成原料的浪费。为了保证反应的充分进行，对苄醇在甲苯中溶解的最佳温度进行了探究，见表1。为了寻找苄醇在甲苯中溶解的最佳温度，实验尝试了3 个温度梯度，当溶解温度达到40℃时，搅拌20min，苄醇底物在甲苯中就可以完全溶解，使反应能够充分进行且不造成原料的浪费。

表1 苄醇在甲苯中溶解率与溶解温度的关系Table 1 Relationship between the dissolution rate of benzyl alcohol in toluene and the dissolution temperature

2.2 反应温度对反应产率的影响

温度是使反应顺利进行的一个重要因素，随着反应温度的升高，提供给反应的能量增多，会加速或抑制反应的进行，所以反应温度对产率会有很大的影响，因而探究了其他条件都不变的情况下反应收率随温度变化的关系，如图3 所示。当反应温度较低时，反应速率较慢，反应不够完全，相应的产率也较低；当反应温度过高时，产率反而会有少许的下降，故实验表明100℃条件为苄醇转化为苄溴的最佳反应温度。

图3 反应温度与产率的关系Fig.3 The relationship between reaction temperature and product yield

2.3 PBr3 滴加速率对产率的影响

在其他条件都不变的情况下探究了不同的投料方式对反应产率的影响，结果见表2。由表2 的数据可以发现，PBr3滴加速率对反应的产率有很大的影响，缓慢地滴加三溴化磷可以使三溴化磷与苄基醇底物充分接触，使二者更好地进行反应，从而反应的收率得到很大提升，所以反应过程中需要控制PBr3的滴加速率。

表2 PBr3 滴加速率对产率的影响Table 2 Effect of PBr3 dropping rate on reaction yield

2.4 反应时间对反应产率的影响

为了探究更优良的反应条件，在上述得到的最佳反应温度的基础上保持其他条件不变的情况下对反应进行完全的时间进行了探究，如图4 所示。由图中可以明显发现，随着反应时间的增加，反应产率也不断增加，反应时间越短，反应越不充分，反应产率越低。反应时间为40min 时反应就已经得到了99.4% 的高产率，继续延长反应时间至50min 时反应实现了定量转化，产率达到了100%，所以实验表明，50min 为高电子云密度的苄基醇定量转化为苄基溴的最佳反应时间。

图4 反应产率与反应时间的关系Fig.4 The relationship between reaction time and product yield

2.5 产物的核磁数据表征

由 图5 可 知，1H-NMR (CDCl3，400Hz): δ=3.87 (s, 3H), 4.45 (s, 2H), 6.65 (d,J=8.8Hz, 1H), 7.57 (dd,J= 8.56, 2.12Hz, 1H), 7.61 (d,J=2.16Hz, 1H)。核磁共振氢谱确定为产物结构。

图5 苄溴的1H-NMR (CDCl3，400 Hz)谱图Fig.5 The 1H-NMR (CDCl3，400 Hz) spectrum of benzyl bromide

由 图6 可 知，13C-NMR (CDCl3，100Hz): δ=27.7, 56.1, 82.7, 113.6, 129.0, 139.1, 139.6, 157.7。核磁共振碳谱确定为产物结构。

图6 苄溴的13C-NMR (CDCl3，110 Hz)谱图Fig.6 The 13C-NMR (CDCl3，110 Hz) spectrum of benzyl bromide

3 总结

以高电子云密度的卞基醇作为原料，以三溴化磷为催化剂，通过发生亲电取代反应(SN2)，溴取代间位的羟基从而一步定量的合成得到了高电子云密度的苄基溴，对产物进行了核磁共振表征，苄基溴的特征峰值在核磁共振氢谱与碳谱中均明显可见，由此证明合成产物即是目标产物苄基溴。通过一系列实验确定了合成工艺条件对苄基溴产率的影响，而且这一新的工艺方法反应条件较为温和，且操作简单，能够实现定量转化，有非常高的工业应用潜力。