聚乙二醇型酸性离子液体催化合成2-(氨基苯)六氟异丙醇

精细白油化工第26卷第2期40SPECIALITY PETROCHEMICALS2009年3月聚乙二醇型酸性离子液体催化合成2-(氨基苯)六氟异丙醇戴燕李斌栋吕舂绪"李晶晶罗军(南京理工大学化工学院,江苏南京210094)摘要:合成了聚乙二醇型酸性离子液体,考察了其催化合成2-(氨基苯)六氟异丙醇的影响因素。结果表明，当芳环上连有吸电子基时不利于反应的进行,连有推电子基则利于反应;当取代基处于对位时,则阻碍反应的进行。在六氟丙酮三水合物用量为60 mmol.芳香胺用量为30 mmol.PEG型酸性离子液体为催化剂(用量3.5g)时,104 C反应6.5~40 h,得到了12种2-(氨基苯)六氟异丙醇,收率43.89%~97.8%。该离子液体催化剂可重复使用多次。关键词:2-(氨基苯)六氟异丙醇三水合六氟丙酮 芳香胺酸性离子液体 聚乙二醇 .中图分类号:0622. 3文献标识码:A2-(氨基苯)六氟异丙醇是一类重要的有机中1实验间体,广泛应用于医药、合成材料等领域[~1],但1.1 主要试剂与仪器该类物质的合成报道较少(5-7]。传统合成法是以HFA●3H2O,自制;其余试剂为分析纯。毒性很大的无水六氟丙酮(HFA)气体为原料,生Trace Ultra-trace DSQ型GCMS, 美国产过程需冷冻装置,操作危险、复杂;同时，多使用Themo Electron Finnigan 公司; Thiele熔点测定HF、AlC]3、BFs●Et2O、TsOH等作催化剂,存在管,温度计(未校正);KF-1型水分测定仪,上海安环境污染严重、产物回收与净化复杂、腐蚀设备、亭电子仪器厂;Bruker Avance 300(300 MHz)型催化剂不能循环使用等缺点。核磁共振仪,以TMS为内标。酸性功能化离子液体作为--类环境友好的绿1.2PEG型酸性离子液体的制备[11色催化剂用于替代常规酸催化剂已广泛应用于多在乙醇钠溶液中加入等物质的量的咪唑，于种反应中[8~10]。笔者设计了一种对水和空气稳70C恒温反应8h,制得咪唑钠乙醇溶液。然后定的新型聚乙二醇(PEG)酸性功能离子液体,并加入聚乙二醇200氯化产物,在70 C反应20 h,成功应用在芳香酸和醇的酯化反应1。为拓宽过滤,弃去沉淀,在液体中加人1,3-丙烷磺酸内该离子液体的应用领域，同时提高HFA●3H2O酯,于50C反应10h得到黄褐色黏稠状液体。与芳胺反应的转化率和收率，解决路易斯酸等催再加入硫酸,于50 °C反应6 h,生成棕黄色黏稠状化剂的腐蚀及不能循环使用等问题,笔者首次尝液体,用石油醚洗涤3次,分液除去有机溶剂,得试以PEG型酸性离子液体为催化剂和结构稳定、离子液体(PEG-IL),收率76%。反应式如下:挥发性较小的HFA●3H2O为原料,合成了12N种具有市场应用价值的2-(氨基苯)六氟异丙醇，CI-PEG-CI1.3-PS.PEG-收率43. 8%~97.8%,系统考察了影响该反应的因素。该工艺具有反应条件温和、操作简单、收率H2S0.高等优点。反应通式如下:中国煤化工NHzCFsRTYHCN M H G日期:2009- 02 -26.作者简介:戴燕(1981 -),在读博士，主要从事含氟中间体的o-c .3H20+ <8>- -NH;→-OH研究工作。E-mail: yangzi7310@ sina. com.CF3*通讯联系人,E mail: lucx@ mail. njust. edu. cn.第26卷第2期戴燕,等.聚乙二醇型酸性离子液体催化合成2-(氨基苯)六氟异丙醇4铵盐,其强吸电子效应大大降低了芳环的电子云.Ho,sMN田PEG- N田N S0O;H|2HSOr」 密度 ,不利于目标产物生成。对甲苯磺酸或离子(PEG-IL)液体PEGIL的加人能有效提高反应转化率和收1H NMR (D,O),8:2. 26(t, 4H, 2CH2)，率，其中以离子液体催化效果最好。2. 74(t, 4H, 2CH2S), 3.58~ 3. 65 [m, 19H,2.2温度对反应的影响(OCH2CH2).],3. 84~3. 89 (m, 4H, 2CH2)，温度对反应的影响见表2.4.34~4.38 (m, 8H,2X 2NCH2),7.42(s,2H,表2温度对反应的影响2CH),7. 48(s, 2H, 2CH),8.72(s, 2H, 2CH);温度/C .转化率,%收率,%1C NMR(D,O), 8:18. 9,50. 3,54. 1,56.7，270. 2, 70.5(OCH2CH2).,71. 8,122. 8,123. 0，25.024.145. 344.6137. 0。70.569.01.3 PEG型酸性离子液体催化合成2-(氨基苯)94.892.8六氟异丙醇注;n (HFA●3H2O)，n(p-C.Hs-NHz) =2* l,.m(PEG-磁力搅拌下,将3.5 g PEG-IL加至30 mmolIL)= 2.0 g.反应时间7 h.芳胺中,氮气置换,加热状态下缓馒滴加60 mmol由表2可见，温度对收率影响较大。随着温HFA.3H2O,滴加完毕后在104 C反应一定时度的升高，转化率和收率迅速增加,在回流状态间,GC-MS跟踪反应。反应结束冷却至室温,加(104 C)时,反应转化率和收率达到最大。人5 mL去离子水搅拌约3 min,再用乙醚(8 mL2.3离子液体用量对 反应的影响x3)萃取混合液，合并有机相,经无水硫酸钠干表3为离子液体用量对反应的影响。由表3燥,除去乙醚等低沸点物即得粗产物。水相经真可知，随着离子液体用量的增多,转化率缓慢增空除水后的离子液体循环使用。化合物结构由加.收率先增加后降低。这主要是因为催化剂加GC-MS分析确定。人量过多,副产物相对含量增加，选择性降低。2结果与讨论表3离子液体用量对反应的影响2.1催化剂种类对 反应的影响催化剂用量/g由于该反应体系有一-定量水存在，很多常规073.3催化剂如无水HF、AICl、FeCl.BFs●EtzO等1.081.280.1都不能使用。在n(HFA●3H2O) : n(苯胺)为2.094. 892. 82. 0、催化剂用量为5%(以苯胺质量计).104 C反3.595.993.94.596.492.3应7h条件下,考察催化剂种类对反应的影响,结6.096.790.2果见表1.注,HFA. 3H20用量60 mmol,苯胺30 mmol,反应温度表1不同催化剂对 反应的影响104 C,反应7 h.催化剂选择性,%2.4反应时间对 反应的影响73. 398.972.5表4为反应时间对反应的影响。H:SO489.7表4反应时间对反应的影响HC160.451.8时间/hH,P,On385. 257.348.9TsOH87.697.485.3179. 278.285. 684.7PEG-IL.*97.9)0.789.2， 用量2.0g.实验中,以强质子酸为催化剂,加入催化剂后95.1中国煤化工体系立即生成白色固体,搅拌困难。虽然反应体系的转化率高,但收率却不理想。这主要是由于YHCNMHG91.3苯胺具有一定的碱性，当体系中加入强质子酸催注;HFA ●3H2O用量60 mmol,苯胺30 mmol,PEG I用量化剂后,质子酸易首先与--NH2结合生成稳定的3.5g,反应温度104 C.2精细石油化工2008年3月由表4可以看出,在反应初始阶段,转化率和表5离子液体循环使 用对反应的影响收率均随反应时间的增加而迅速增加;但当反应使用次数14进行到-定时间后,转化率虽在不断增加,收率却.收率,%95. 193.8 92.40.39.5明显下降，这主要是由于目标产物与过量的.由表5可以看出,经简单的真空除水,离子液.HFA●3H2O进一步反应生成副产物所致。体循环使用5次,收率仍保持89. 5%。2.5离子液体循环使用对反应的影响2.6 取代基对反应的影响无论从经济的角度还是从环保出发，催化剂在n(HFA●3H2O) : n(芳香胺) = 2.0 :的回收利用都是考察催化剂的一-项极为重要的指1.0,PEG型酸性离子液体为催化剂条件下,考察标。PEG型酸性离子液体虽然对空气和水具有取代基对反应的影响,结果见表6。由表6可见，稳定性,但水能降低其酸度,影响催化性能,所以HFA●3H2O与芳香胺反应主要生成对位取代循环使用时需对离子液体进行简单的除水处理。物,如对位已被占据,则生成邻位取代物,这与文笔者采用真空旋转蒸发对离子液体进行粗除水，献[5,1]报道结果一致。少数情况下(如反应底物然后在70 C真空干燥10 h左右使其含湿量低于为3-甲氧基苯胺,2-甲氧基苯胺),除有正常取代1%。在HFA●3H2O用量60mmol.苯胺用量物生成,还有少量结构式如下所示的物质存在。30 mmol、PEG-IL用量3.5 g、反应温度104 C、CHs,0CHs CF3CF反应时间8h条件下,考察了离子液体的循环使HO- _C- <-N- C用性能,结果见表5。CFsCF3CF,表6取代基对反应的影响反应底物产物时间/h熔点/C苯胺2-<4-氨基苯)六氟异丙醇8150.0~ 152.5(151. 5~152.5)[5]2-甲基苯胺2-<(3- 甲基-4-氨基苯)六氟异丙醇94. 7135. 5~137. 0(136~137) [C]3-甲基苯胺2-<(2-甲基-4-氨基苯)六氟异丙醇97.8103. 5~105.5(104~ 106)[5]4-甲基苯胺2-(2-氨基-4-甲 基苯)六氟异丙醇88.3109. 0~111.0(109~110)[5]3-甲氧基苯胺2-<2-甲氧基-4-氨基苯)六氟异丙醇6.51.4140. 0~ 141.5(141)[0]2-甲氧基苯胺2-(3-甲氧基-4-氨基 苯)六氟异丙醇95.5128. 0~ 130.5(129~ 130)[5]2-氯苯胺2-(3-氯-4-氨基苯)六氟异丙醇68.1121. 8~123.0(122~ 123)[5]3-氯苯胺2-(2-氯-4-氨基苯)六氟异丙醇56.285. 0~86.5(84~86)[5]3-溴苯胺2-(2-溴-4-氨基苯)六氟异丙醇72.5118.5~119.5(119)[]3-氟苯胺2-<(2-氟-4- 氨基苯)六氟异丙醇403.8131. 0~ 132.5(132)[]N,N-二甲基苯胺2-<4-(N,N-二甲基胺)苯)六氟异丙醇89.978. 5~81.5(79~80)[5]2氨基联苯2-(3. 苯基-4:氨基苯)六氟异丙醇92.5142~ 143.5(143~-144)[53取代基的电子效应及其在芳环上的位置对反基苯胺的反应活性较4-甲基苯胺高很多,回流8应都有较大影响。芳环上连有供电子基团h收率可达97.8%。(-CH3、- OCH.- Ph等)时,反应活性高,有利3结论于反应的进行,收率均达88%以上。芳环上吸电首次以PEG型酸性离子液体为催化剂,并用子基团的存在使情况相反,一Cl、一Br等均使该结构稳定、挥发性较小的HFA●3H2O替代无水反应发生不同程度的钝化,含一F时反应很难进HFA气体,以43. 8%~97. 8%的收率合成了12行,反应40 h收率仅有43. 8%。对于相同基团，种具中国煤化，工毖苯)六氟异丙醇。在邻、间、对位的活性不同,当取代基处于对位时与i YHCN MH G合成工艺相比,该明显阻碍反应的进行。在其他条件不变的情况工艺原科任质温和，生广过程不使用冷冻装置,具下,即使芳环上的取代基都为一CHs,化合物3-甲有操作简单,反应条件温和,收率较高等优点;同第26卷第2期戴燕,等.聚乙二醇型酸性离子液体催化合成2-(氨基苯)六氟异丙醇3时催化剂易回收,并能有效重复使用,对环境友Chem, 1965 ,30 (4);1001 ~1003; LiLP, LiuJ W, Zhu I. s, et al, Discovery and optimization好。of a novel series of liver X receptor - a agonists [J]. BioorgMed Chem Lett, 2006,16 (6) ;1638~ 1642参考文献7 Masciadri R，Kamer M，Nock N. Regioselective Friedel-1 Andjelkovic D D, Sheares V V. Isomerie hexafluoroisopropy-nes with hexaluoroacetone sesquihydrate [J] Eur J ()rglidene linked benzophenone polymers via nickel catalysis [J]. .Chem, 2003,2003 (21):4286~4291Macromolecules, 2007 .40(20):7148~71568 ZhaoG Y, Jiang T, Gao H H, et al. Mannich reaction using! LiuJ, Spraul K B, ToppingC. et al. Effect of hexafluoroiso-acidic ionic liquids as catalysts and solvents electronic supple-propylidene on perfluorocyclobutyl aryl ether copolymer solu-mentary information available [J]. Green Chem, 2004,6(2):rion behavior in supereritical CO2 and propane [J]. Macro-molecules , 2007 ,40( 16) :5973~59779 GuoS, Du Z Y, Zhang ShG, et al. Clean Beckmann rear-3 ChengJF, Chen M，Wallace D, et al. Synthesis and struc-rangement of cyclohexanone oxime in caprolactam basedture-activity relationship of small- molecule malony| coenzymeBronsted acidie ionic liquids [J]. Green Chem, 2006.8(3):a decarboxylase inhibitors []. J Med Chem, 2006,49(5):296~ 3001517~15250田力,曹发海,房鼎业.室温离子液体及其在Fredel-Crafts4 Thomas A. Chen M, Cheng J, et al. Malonyl-coa decarboxy-烷基化反应中的应用[J].化学工业与工程技术.2006.27lase inhibitors useful as metabolic modulators [P]. WO(3);1~32002064136A2. 200211 职慧珍,罗军,马伟,等PEG型酸性温控离子液体中芳香酸; Gilbert E E, Jones E s, SibiliaJ P. Perhal ketones. V. aro-和醇的酯化反应[J].高等学校化学学报, 2008,29(4):772~matie amino derivatives of the perhaloacetones [J]. J Org74SYNTHESIS OF 2-AMINO PHENYL HEXAFLUOROISOROPANOLSUSING ACIDIC PEG IONIC LIQUIDS AS CATALYSTSDai Yan, Li Bindong, Lu Chunxu, Li Jingjing and Luo Jun(Chemical Engineering School，Nanjing University of Science and Tecnology,Nanjing 210094, Jiangsu, China)Abstract: Two acidic PEG ionic liquids were prepared and used as the catalysts for the synthesis of2-aromatic amide hexafluoroisopropanols. The influencing factors of the reaction were studied. Theresults showed that the reaction was accelerated by the electron donating substituting groups, but de-creased by the electron- withdrawing substituting groups, and the reaction was inhibited with substitu-tion at p position. Twelve compounds were obtained with 43. 8%- 97. 8% yields under the followingconditions: 60 mmol HFA●3H2O, 30 mmol aromatic amine, 3. 5 g PEG ionic liquid, 104 C and reac-tion time 6.5-40 h. The PEG ionic liquids could be reused and showed no appreciable decrease in ac-tivity.Key words: 2- amino phenyl hexafluoroisopropanols; hexafluoroacetone; anilines; acidic ionic liquid中国煤化工MYHCNMHG