水相合成α-溴代苯乙酮

付 潇，彭成军

(1.合肥工业大学 化学与化工学院，安徽 合肥 230009; 2.安徽中医药大学药学院，安徽 合肥 230012)



水相合成α-溴代苯乙酮

付 潇1，彭成军2

(1.合肥工业大学 化学与化工学院，安徽 合肥 230009; 2.安徽中医药大学药学院，安徽 合肥 230012)

以HBr为溴化剂，H2O2为氧化剂，在水相中合成了α-溴代苯乙酮。通过实验优化并确定的工艺条件为：n(苯乙烯) :n(HBr):n(H2O2)=1:1.5:2；反应温度为85℃；反应时间为2.5h；收率可达94%。本方法采用绿色氧化剂H2O2，且不使用任何有机溶剂，对环境无污染，原子利用率高，操作简单，生产成本低，适合于规模化生产。

氢溴酸；苯乙烯；双氧水；α-溴代苯乙酮；水相

1 引言

α-溴代苯乙酮类化合物是重要的有机合成中间体，被广泛地用于医药、农药等功能化学品的合成[1-3]。近年来，随着生产和科研的需要，人们对其合成方法的研究也在不断的深入，但总结起来都是以苯乙酮为原料在不同的溶剂[4]中用液溴、NBS、溴化铜、DBDMH等溴化剂通过α-溴代反应进行合成[5-9]。这些方法中的一个共同点是都使用了大量的有机溶剂，这些溶剂有的毒性很强，对环境污染严重；有的沸点很低极易挥发、甚或导致燃烧爆炸，工业生产存在着极大的安全问题。这些方法主要的废液是氢溴酸，所以本文直接采用氢溴酸做溴化剂，根据α-烯烃的特性[10]使用绿色氧化剂双氧水来共同作用，开发了一种水相中合成α-溴代苯乙酮的工艺。

2 实验部分

图1 α-溴代苯乙酮的合成方程式

2.1 主要试剂及仪器

苯乙烯(AR，天津凯信化学试剂有限公司)、40%氢溴酸(AR，国药集团化学试剂有限公司)、30%双氧水(AR，西陇化学股份有限公司)、二氯甲烷(AR，天津大茂化学试剂有限公司)。GC-2014C气相色谱仪(日本岛津公司)，气相色谱分析方法为内标法，内标物4-硝基甲苯。

2.2 实验方法

在装有回流冷凝管的100mL两口烧瓶中加入1.04g(10mmol)苯乙烯、2.2mL(15mmol)氢溴酸以及足量溶剂，然后在室温下加入2.0mL(20mmol)双氧水。再在85℃下反应2.5h。产物经二氯甲烷萃取并分离出有机相。有机相经10mL饱和食盐水溶液洗涤三次，再用水洗至中性并用无水硫酸钠干燥，以4-硝基甲苯为内标物进行气相色谱分析。产物及中间产物由柱色谱分离后，进行核磁分析。

α-溴代苯乙酮：1HNMR(600MHz,CDCl3)δ8.01 - 7.95 (m, 2H), 7.61 (dd,J= 7.8, 7.1Hz, 1H), 7.49 (t,J= 7.1Hz, 2H), 4.48 - 4.44 (m, 2H).

1-苯基-1,2-二溴乙烷：1HNMR(600MHz,CDCl3)δ7.42 - 7.31 (m, 5H), 5.18 - 5.09 (m, 1H), 4.09 - 3.98 (m, 2H).

3 结果与讨论

3.1 双氧水用量对合成α-溴代苯乙酮的影响

双氧水是该反应的主要原料，其用量对反应有着相当重要的作用，首先探究双氧水对反应的影响。我们采用5mL乙腈作为溶剂，其他条件固定的情况下，改变双氧水的量来探究其作用。

表1 双氧水的量对产率的影响

实验结果见表1，随着双氧水的增加，α-溴代苯乙酮的收率有相应的增加。将序号1产物经柱色谱分离，分析得到的主要副产物是1,2-二溴乙基苯以及少量苯乙酮。当n(H2O2):n(苯乙烯)=14.0:1.0时，α-溴代苯乙酮的收率才达到76.2%。根据反应方程式，当n(H2O2):n(苯乙烯)=2.0:1.0时，反应即可以完成，过量双氧水中起作用的显然不是H2O2，必然是双氧水溶液中的水起作用。因此，在后面的研究中，我们选择水作为反应体系的溶剂。

3.2 氢溴酸的量对合成α-溴代苯乙酮的影响

在其他反应条件固定的情况下，使用6mL水为溶剂，我们考察了HBr与苯乙烯不同物质的量的比对反应的影响。

表2 氢溴酸的量对产率的影响

实验结果表明，随氢溴酸的量增加，目标产物的收率也变高。在n(HBr):n(苯乙烯)=1.7:1.0时，产率达到了82.7%。反应中氢溴酸理论用量为n(HBr):n(苯乙烯)=1.0:1.0。然而采用该比例时，产物收率仅为68.9%，远低于氢溴酸过量时收率。这表明，多余的Br-极有可能参与了反应的某一关键步骤，从而导致需要的HBr过量。

3.3 水溶剂下双氧水的量对合成α-溴代苯乙酮的影响

由于采用了水作为溶剂，需要进一步探索双氧水用量对产率的影响。在上述合成条件下，我们再次考察了双氧水与苯乙烯不同物质的量比对反应影响。

表3 以水为溶剂时双氧水的量对产率的影响

a氮气保护下反应。

结果见表3。当n(H2O2):n(苯乙烯)=1.0:1.0时，苯乙烯仍然能反应完全，并且有73.0%的收率。推测可能是在敞开体系下反应，空气中的氧气也参与了反应。于是在实验8中增加N2保护装置排除体系内的空气。该条件下转化率降至66.2%，产率降至43.1%，证明了空气也作为一种氧化剂参与了反应，并且在氧化剂不足的情况下，体系内的氢溴酸氧化生成的单质溴也会与苯乙烯发生加成。而当加入了过量的双氧水时，收率下降。这主要是由于双氧水浓度高导致苯乙烯过度氧化成少量苯甲醛等副产物。

3.4 反应温度对合成α-溴代苯乙酮的影响

该反应以双氧水作为氧化剂是氧化反应，而氧化反应通常是放热反应。提高反应温度对加快反应速度有促进作用，而提高温度对反应平衡有一定的影响。改变反应温度，考查不同反应温度下的结果见表4。

表4 反应温度对产率的影响

在苯乙烯全部反应完全的情况下，随着温度提高，产率也提高。在85℃下，收率达到了83.2%。85℃是最佳的温度条件。该现象与放热反应一般原则不符，推测该反应分多步进行。生成α-溴代苯乙酮的步骤为主要控制步骤，且是吸热反应。而在90℃时产率下降至80.1%，推测由于双氧水高温下易分解，后续反应氧化剂不足造成的。

3.5 放大实验

为了更好的研究其工艺，我们将反应放大至5倍比例(苯乙烯5.2g，30%双氧水10mL，40%氢溴酸11mL，水30mL)以研究反应的放大效应。

表5 放大实验

a反应1h后补加2mL双氧水；b反应1h后补加6mL氢溴酸；c改变投料方式，在0.5h内将10mL双氧水加入反应体系；d改变投料方式，在0.5h内将8mL双氧水加入反应体系，反应0.5h后加入剩余2mL。

由表5实验1可知，在放大了5倍量进行反应时产率下降为78.0%。经实验观察发现，放大后反应体系的放热明显。将10mL双氧水直接加入反应体系时，反应液在未加热的情况下很快沸腾，体系温度短时间内过高，故推测是由于双氧水高温下易分解，后续反应氧化剂不足造成产率下降。在实验2中，反应进行至1h时，中途补加2mL双氧水，继续反应1.5h，产率变为87.9%，故可确定由于温度过高导致体系内H2O2分解，反应中需要H2O2参与的中间产物的转化不完全。而在实验3中，反应进行1h时，补加6mL氢溴酸，继续反应1.5h，产率与实验1相比并没有太大变化。由此可见，HBr与苯乙烯的物质量的比值大大超过1.5并没有作用。在实验4中，采用滴加方式加料，在0.5h内将10mL双氧水加入反应体系，再升温至85℃反应2.5h。实验4产率达到87.1%，有很大提高，并且不需要中途补充双氧水，证实了高温分解双氧水对提高产率有不利作用。在实验5中，采用分步加料，先将8mL双氧水在0.5h内滴加入反应体系，85℃下反应一段(约30min)时间后，反应有明显放热现象(持续5min)。待放热现象消失后，在保持反应温度的条件下加入剩余2mL双氧水，继续反应2h。该操作使得产率达到93.9%，说明了反应体系有两个需要氧化剂的阶段，保持体系内双氧水的存在能促进产物生成。

3.6 反应过程以及机理的分析

为研究反应的具体过程与反应机理，在反应时根据实验现象，在不同时间点对反应液组成进行分析，结果见图2。

图2 不同时间的反应液组成

实验过程中发现滴加双氧水时，初始每加一滴双氧水反应液瞬间变红棕色，而后立即褪色为白色，随着滴加的进行褪色过程变慢。当全部滴加完毕(约20min)后，继续反应约5min溶液由白色变成红棕色，并且放出大量的热，体系温度迅速升高。之后，反应液红棕色慢慢变浅直至变成淡黄色(约2h)，反应终止。

图3 可能的合成α-溴代苯乙酮机理

根据反应现象，在氢溴酸和双氧水的共同作用下合成α-溴代苯乙酮可能的反应机理如图3。首先，滴加双氧水将氢溴酸氧化生成溴单质，生成的溴单质与溶剂中的水反应生成氢溴酸和次溴酸；在双氧水加入大半后，体系内的次溴酸及溴单质达到一定浓度并与苯乙烯发生亲电加成反应放出大量的热，生成1-苯基-2-溴乙醇和1-苯基-1,2-二溴乙烷；生成的1-苯基-2-溴乙醇在氧化剂存在的条件下不稳定被双氧水以及次溴酸氧化生成α-溴代苯乙酮并分解出Br-，该过程是一个快速过程；1-苯基-1,2-二溴乙烷在水溶液中加热条件下被慢慢水解成1-苯基-2-溴乙醇并被继续氧化生成α-溴代苯乙酮。由机理图可知在反应中采用1.5倍的氢溴酸是有实际意义的，过量的Br-参与形成中间产物1-苯基-1,2-二溴乙烷，而在氢溴酸不足的情况下参与双键加成的溴素不足从而导致产率下降。在反应时中断实验，油相用硅胶柱分离(淋洗剂为石油醚：乙酸乙酯=5：1)，得到中间产物1-苯基-1,2-二溴乙烷，并通过1HNMR确定。

4 结论

通过实验优化并确定的工艺条件为：n(苯乙烯) :n(HBr) :n(H2O2)=1:1.5:2；控制反应温度85 ℃；反应时间为2.5h；双氧水20min滴加完毕，α-溴代苯乙酮收率可达93.9%。验证了该反应分多步进行，生成中间产物1-苯基-1,2-二溴乙烷，解释了过量氢溴酸的用途。

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Synthesis of 2-Bromoacetophenone in Aqueous Phase

FUXiao1,PENGChengjun2

(1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China;2.SchoolofMedicine,AnhuiUniversityofChineseMedicine,Hefei230012,China)

TakingHBrasthebromizatingagent,H2O2astheoxidationreagent. 2-Bromoacetophenonewassynthesizedinaqueousphase.Throughtheexperiments,thetechnologicalconditionswereoptimizedanddetermined.Theoptimalfermentationconditionsweresummedupasfollows:n(styrene)∶n(HBr)∶n(H2O2)=1∶1.5∶2,at85℃for2.5hours.Thehighestyieldof94%wasobtained.Themeritsofthisnewtechnologyprocesswereenvironmentallyfriendlywithoutorganicsolvent.H2O2wasusedasgreenoxidationreagentwithgoodatomutilization,simpleoperation,lowproductioncostandsuitableforformalizationproduction.

hydrobromicacid;styrene;hydrogenperoxide; 2-bromoacetophenone;aqueousphase

2016-06-25

付潇(1991-)，男，江西宜春人，合肥工业大学化工学院研究生，研究方向：精细有机合成。

O

A

1674-2273(2016)06-0037-04