超声波辐射法快速制备芳香双酰胺化合物*

黄林伟，陈连清

(中南民族大学 催化材料科学国家民委-教育部共建重点实验室，湖北 武汉 430074)

酰胺类化合物是重要的有机合成中间体，广泛应用于医药、农药、润滑剂等化工原料的生产[1-4]。其中，芳基双酰胺化合物主要用于新型农药的开发[5-6]，氟虫双酰胺是日本农药株式会社和德国拜耳公司于2005年联合开发的新型杀虫剂，是首次报道的双酰胺杀虫剂。2006年，杜邦公司开发了氯虫苯甲酰胺，也是一种高效、低毒的双酰胺杀虫剂。对于芳基双酰胺化合物，其结构修饰与新化合物的开发在新药开发领域会有很大的价值。

目前，合成双酰胺的方法很少，赵东江等人对传统的氟虫双酰胺合成方法进行了优化[7-8]，采用3-碘代邻苯二甲酸酐与1,1-二甲基-2-甲硫基乙胺反应，经转位，再与2-甲基-4-七氟异丙基苯胺反应的工艺路线，优化路线避免了昂贵试剂的使用，并使反应选择性提高，但依旧无法克服使用催化剂和需要加热回流等缺点。李选等人采用微波辐射法[9]，由草酸与苯胺类化合物缩合反应合成了四种N,N′-二取代草酸二酰胺化合物。微波辐射的使用，有效地缩短了反应时间，操作与后处理简便，但该反应辐射功率大，需要达到反应物的熔点才能有效反应；在辐射功率800W条件下，产率最高仅达到74%，能源消耗大，不适合高温易分解化合物的合成。双酰胺化合物的合成方法各异，一般都需要分步构建酰胺键，合成步骤复杂，急切需要找到一种快速简便合成双酰胺化合物的方法来解决这个难题。

近年来，将超声波引入化学反应中而兴起的“声化学”，引起人们广泛关注[10-13]。超声波在有机合成中因具有反应条件温和、能源清洁、操作简便等优点，已被广泛应用于各类反应中。超声辐射在25 ℃条件下对反应物产生的“空化作用”和次级效应[14]，可产生足以引发化学反应的瞬时高温高压，形成了局部的高能中心，促使反应液剧烈搅拌，全方位混合均匀，并诱导碳-卤键的断裂[15]，使得胺的亲核进攻更加容易，反应速度加快，常温下产率大幅度提高。作者尝试用超声波辐射的方法来快速简便合成双酰胺化合物。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

苯胺、苯甲胺、对甲苯胺、对氟苯胺、对硝基苯胺、丙二酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯、二氯甲烷、氢氧化钠：均为市售分析纯，使用前均未进一步纯化。

超声波清洗仪：KQ3200E，功率150 W，频率40 kHz，昆山超声仪器有限公司；质谱仪：ZAB3F-HF，英国VG公司；核磁共振谱仪：Avance Ⅲ 400，DMSO为溶剂，TMS为内标，德国Bruker公司；傅立叶红外光谱仪：NeXUS 470 FTIR，日本岛津公司；元素分析仪：Vario-EL Ⅲ CHNS，美国Elementar公司；气相色谱仪：Agilent 7820A，美国安捷伦公司。

1.2 反应机理

在目前的双酰胺合成手段中，难以直接构建两个酰胺键，要么分步反应，要么经过活化基团等一系列处理，使合成路线更为复杂，后处理困难。作者采用活性很高的双酰氯作为底物，使之在与芳胺反应时，不需要三乙胺、氢氧化钠或吡啶等碱性物质用作缚酸剂，大大简化了实验步骤与成本；实验操作过程中不需要加入催化剂，不需要冷凝回流，产物直接从二氯甲烷中析出，避免了复杂的后续处理，后处理非常简单；在超声波辐射“空化作用”和次级效应的作用下，在25 ℃条件下对反应物产生了诱导碳-卤键断裂的瞬时高温高压，形成了小范围的高能中心，促使反应液剧烈搅拌，全方位混合均匀[12]，反应速度加快，在温和条件下即可合成芳香双酰胺化合物。其反应机理见图1。

图1 双酰胺合成反应机理

1.3 合成路线

超声波辐射法制备双酰胺的合成路线见图2。

图2 超声波辐射法制备双酰胺的合成路线

十五种双酰胺产率数据见表1。

表1 十五种双酰胺产率数据1)

1) 产率1：磁力搅拌15 min，产率2：超声辐射15 min。

1.4 实验步骤

称取一定量苯胺和对苯二甲酰氯于100 mL烧瓶中，用适量二氯甲烷溶解，将烧瓶放入KQ3200E型超声波水洗仪中，超声反应15 min，抽滤，用20 mL 质量分数10%氢氧化钠溶液多次洗涤滤饼，除去酸性物质，使酰胺更易析出，所得白色固体为产物。其它双酰胺均按此法合成。

2 结果与讨论

2.1 投料比对产率的影响

以苯胺和对苯二甲酰氯为基本反应，25 ℃下超声反应15 min、二氯甲烷50 mL(40 mL溶解苯胺，10 mL溶解对苯二甲酰氯)、0.25 mmol对苯二甲酰氯(0.51 g)，操作条件不变，改变n(苯胺)∶n(对苯二甲酰氯)(以下简称投料比)，考查投料比对制备双酰胺产率的影响，结果见表2。

表2 投料比对产率的影响

由表2可知，随着投料比增加，双酰胺反应产率变化不太明显，考虑反应中有氯化氢气体产生，选择2.05∶1的投料比，使胺稍微过量，因此，最佳n(苯胺)∶n(对苯二甲酰氯)=2.05∶1。

2.2 溶剂用量对产率的影响

以苯胺和对苯二甲酰氯为基本反应，苯胺0.48 g、对苯二甲酰氯0.51 g(投料比为2.05∶1)，25 ℃下超声反应15 min，改变二氯甲烷用量(溶解酰氯的溶剂均为总体积用量的20%)，考查溶剂用量对制备双酰胺产率的影响，结果见表3。

表3 溶剂用量对产率的影响

由表3可知，随着二氯甲烷用量增加，双酰胺反应产率变大，当溶剂用量超过50 mL时，对产率影响不明显，所以选择苯胺与对苯二甲酰氯反应的二氯甲烷用量为50 mL。

2.3 超声辐射时间对产率的影响

以苯胺和对苯二甲酰氯为基本反应，保持苯胺0.48 g、对苯二甲酰氯0.51 g(投料比为2.05∶1，对苯二甲酰氯0.25 mmol)、二氯甲烷50 mL不变，25 ℃下超声反应，考查反应时间对超声波辐射法制备双酰胺的影响，结果见表4。

表4 超声时间对双酰胺产率的影响

由表4可知，随着超声反应时间的延长，双酰胺反应产率先升高后保持恒定，在15～30 min之间达到最高，考虑到能耗以及反应时间增长，盐酸增多，容易产生副反应，而且碱化用料增多，成本增加，因此选择15 min作为苯胺与对苯二甲酰氯的最佳反应时间。

2.4 产物的结构表征

选择二氯甲烷50 mL，投料比为2.05∶1，25 ℃下超声反应15 min，抽滤洗涤，对产物进行表征，15种双酰胺物性常数见表5。

表5 15种双酰胺物性常数

由表5外观数据可见，比较特殊的是带有硝基的三种双酰胺3e，3j，3o显黄色，而其它双酰胺显白色，这是由于取代基的电负性对产物颜色有所影响，硝基的强吸电子诱导作用，导致化合物吸光红移，呈黄色晶体；从元素分析数据可见，实测值与理论值接近，所合成产物较为纯净。

15种双酰胺的质谱和红外吸收峰数据见表6。

表6 15种双酰胺的红外和质谱数据

表7 15种双酰胺的核磁氢谱

表7为15种双酰胺的核磁氢谱归属数据。15种双酰胺都具有酰胺键和苯环，从15种双酰胺的核磁谱峰归属数据可以看到，酰胺键上的氢的化学位移值在约9～10，苯环上的氢的化学位移值在约7～8；化学位移值在约3.27～3.72归属为化合物3a～3e中酰基亚甲基中氢的化学位移；化学位移值为4.22、4.50、4.49归属为化合物3a、3f、3k中苄基亚甲基中氢的化学位移；化学位移值为2.32、2.37、2.29归属为化合物3b、3g、3l中甲基氢的化学位移。

根据化合物各自的红外、质谱、核磁共振氢谱和元素分析的数据，可知所合成的15种双酰胺与目标化合物的化学结构相符。

3 结 论

(1) 提供一种合成双酰胺化合物的新方法，并采用超声波辐射法，缩短反应时间，提高反应产率，是合成双酰胺化合物一种新的有效途径；

(2) 采用超声波辐射法，用3种双酰氯与5种芳胺作为底物，二氯甲烷作溶剂，在25 ℃下合成了15种芳香双酰胺化合物；

(3) 超声波辐射法(苯胺与对苯二甲酰氯反应)制备芳基双酰胺的最佳条件是：胺与酰氯的投料比2.05∶1，25 ℃下超声反应15 min，当酰氯用量为0.25 mmol时，二氯甲烷用量为50 mL。

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