微波合成1,4-双(邻腈基苯乙烯基)苯

吴庆利 张珍明 黄文静 谭超兰 徐 鑫 杨星宇 李树安

(淮海工学院江苏省海洋资源开发研究院，江苏 连云港 222005)

微波合成1,4-双(邻腈基苯乙烯基)苯

吴庆利 张珍明 黄文静 谭超兰 徐 鑫 杨星宇 李树安

(淮海工学院江苏省海洋资源开发研究院，江苏 连云港 222005)

以邻氰基甲苯与氯气通过自由基取代生成的邻氰基氯苄，在聚乙二醇400溶剂中与亚磷酸三乙酯经Arbuzov反应微波合成的邻氰基苄基亚磷酸二乙酯，在甲醇钠催化下DMSO溶剂中再与对苯二甲醛通过Witting- Horner反应微波合成得1,4-双(邻腈基苯乙烯基)苯，微波合成产物的收率高和反应时间短，通过单因素实验确定最后二步反应的最优投料比、溶剂量、催化剂量、反应温度、反应时间。每步最好的收率分别为81.3%、91.2%和92.7%(纯度99.7%)，通过液相色谱、红外光谱和质谱对产物纯度和结构进行了表征。

微波合成 邻氰基苄基亚磷酸二乙酯 1,4-双(邻腈基苯乙烯基)苯

1,4-双(邻腈基苯乙烯基)苯为荧光增白剂ER-I，用于纺织品、塑料制品、涂料工业增白、增艳，是价格低廉的环保型增白剂[1]；主要合成法是苄基氯与亚磷酸三乙酯发生Arbuzov反应生成的Witting试剂[2]，与醛在强碱下发生Witting- Horner反应，形成具亚乙烯基结构的产物[3]。孙萍萍等[4]和刘春生等[5]将邻腈基氯化苄溶于亚磷酸三乙酯150～160 ℃反应得Witting试剂，收率各为70%、90.0%，徐丽丽等[6]以二甲苯为溶剂亚磷酸三乙酯与邻腈基苄基氯145 ℃反应6h，得Witting试剂收率为86.5%；均再以DMF为溶剂、甲醇钠催化下与过量邻氰基苯甲醛反应得产物(收率≥84%)。已有合成法不足：无溶剂Arbuzov反应，即使反应可达150 ℃，但因邻氰基氯苄在亚磷酸三乙酯中溶解度较小而反应不完全，用二甲苯为溶剂在高于其沸点下反应，溶剂浪费大且对身体有一定危害；Witting-Horner反应中溶剂DMF可与催化剂甲醇钠发生副反应。本研究制备邻氰基氯苄[2]，然后，在微波反应器中，以聚乙二醇400为溶剂，与亚磷酸三乙酯先合成邻氰基苄基膦酸二乙酯，再以DMSO为溶剂与对苯二醛生成1,4-双(邻腈基苯乙烯基)苯，以邻氰基氯苄计算的产品总收率为84.5%。

1实验部分

1.1 主要试剂及器材

试剂：实验中化学试剂均为分析纯。

仪器：XH-100A电脑微波催化合成/萃取仪(北京祥鹄科技)；SHB-III 循环水式多用真空泵；Optima 5300DV质谱仪(美国珀金埃尔默股份有限公司)；流动相为甲醇与水，体积比为82:18，检测波长为361 nm，进样体积为20 μL，流速为1 μL/min，停留时间4.093 min，面积归一法计算样品纯度；Bruker-Vector 22傅立叶红外光谱仪( KBr压片)。

1.2 技术路线及工艺流程图

以邻氰基甲苯为初始原料合成1,4-双(邻腈基苯乙烯基)苯的合成路线如图1。

图1 1,4-双(邻腈基苯乙烯基)苯的合成路线Fig 1 Synthetic routes of 1,4-bis (2-cyanostyryl)benzene

1.3 实验步骤

1.3.1邻氰基氯苄的合成

160 g邻氰基甲苯投入2 L的搪瓷反应釜，1只100 W白炽灯作光源，在130～155 ℃下通干燥氯气约40 g后，停止反应，冷却氯化液，减压抽滤出晶体，母液再投入反应釜，重复上述操作，通氯气分别为20 g、12 g和8 g，合并邻氰基氯苄用乙醇重结晶，干燥，得产物168 g，总收率81.3%，ω邻氰基氯苄=99.2%。

1.3.2邻氰基苄基亚磷酸二乙酯的微波合成

3.03 g(0.02 mol)邻氰基氯苄与一定量聚乙二醇400加入100 mL三口烧瓶中，设定温度155 ℃，磁力搅拌5 min使邻氰基氯苄全溶，滴加4.0 g(0.024 mol)亚磷酸三乙酯，10 min滴毕，继续反应20 min，反应毕，反应液由反应前无色变成浅黄色，减压蒸馏未反应的亚磷酸三乙酯，加蒸馏水使邻氰基苄基亚磷酸二乙酯析出，抽滤，滤液蒸出水后聚乙二醇400回收套用，滤饼烘干，熔点为61.7-62.3 ℃(文献值[8]：61 ℃)。

1.3.31,4-双(邻腈基苯乙烯基)苯的微波合成

溶于7.8 g(0.10 mol)DMSO的2.7 g(0.02 mol)对苯二甲醛及2.5 g(0.01mol)邻氰基苄基亚磷酸二乙酯加入100 mL三口烧瓶中，设定温度30 ℃，搅拌下滴加含1.1 g(0.02 mol)甲醇钠的50%(w/w)甲醇溶液，反应混合液随即由浅黄色变为深红色，15 min滴毕，设定温度50℃，反应30 min后静置过夜，反应混合物变为黄绿色乳状液，用40%硫酸铵水溶液调至中性，析出固体, 减压抽滤，回收滤液，滤饼用2×50 mL甲醇洗涤、抽滤得粗品，烘干后用DMSO重结晶，抽滤得1,4-双(邻腈基苯乙烯基)苯；合并滤液，减压蒸馏依次回收甲醇、DMSO。

2实验结果与分析

2.1 终产物表征

亮黄色晶状固体，mp：231.2～232.8 ℃(文献值[6]230.5～232.0 ℃)，纯度99.7%；IR，σ/cm-1：2 920.24、2 850.16(芳核或双键νsC-H)，2 216.74、2 026.09(腈基νC≡N)，1 630.92、1 599.21(芳核或双键νC=C)，773.50(芳环二取代邻δC-H)，IR谱如图2所示；MS m/z：332.27(M)+，与产物分子量相吻合，质谱如图3所示。

图2 1,4-双(邻腈基苯乙烯基)苯IR谱Fig 2 IR of synthesizing 1,4-bis (2-cyanostyryl)benzene

图3 1,4-双(邻腈基苯乙烯基)苯的质谱图Fig 3 MS of synthesizing 1,4-bis (2-cyanostyryl)benzene

2.2 工艺条件对微波合成邻氰基苄基亚磷酸二乙酯收率影响

2.2.1溶剂种类及其与底物质量之比的影响

微波反应器中，底物3.03 g(0.02 mol)邻氰基氯苄，分别以苯、甲苯、二甲苯、DMF和聚乙二醇400为溶剂，微波加热溶剂聚乙二醇400温度为155 ℃，其他是其回流温度，4.0 g(0.024 mol)亚磷酸三乙酯10 min滴毕，再反应20 min，考察溶剂及溶剂与底物质量比此步产物收率影响如图5，实验得二甲苯、DMF为溶剂产物收率较高，但二甲苯有一定毒性，DMF为溶剂有副产物生成，聚乙二醇400为溶剂不但收率较高，且副产物较少，溶剂回收后可套用多次，故确定聚乙二醇400为反应溶剂；m聚乙二醇400∶m邻氰基氯苄=1∶3时，产物收率为81.9%，此后产物收率增加较缓，考虑节省成本，确定m聚乙二醇400∶m邻氰基氯苄=1∶3。

2.2.2亚磷酸三乙酯滴加、反应时间的影响

3.30 g(0.02 mol)邻氰基氯苄为原料，m邻氰基氯苄∶m聚乙二醇400=1∶3，4.0 g(0.024 mol)亚磷酸三乙酯滴加时间为10 min时，其他反应条件不变，以考察亚磷酸三乙酯滴加时间及滴毕后反应时间对产物收率的影响如图5：产物收率随着亚磷酸三乙酯滴加时间的增长而提高，但滴加时间超过10 min，产物收率增加不明显，因此，确定最优滴加时间为10 min；反应时间在25 min时产物收率最高，可能加热时间过长，副产物增加，故确定最优反应时间为25 min。

图4 溶剂类型及其质量对产物收率影响Fig 4 The effect of solvent typeand quality on product yield

图5 亚磷酸酯滴加、反应时间对产物收率影响Fig 5 The effect of reaction time on product yield

2.2.3摩尔投料比、反应温度的影响

微波反应器中，以3.03 g(0.02 mol)邻氰基氯苄为原料，聚乙二醇400为溶剂，m邻氰基氯苄∶m聚乙二醇400=1∶3，10 min滴毕亚磷酸三乙酯后再保温反应时间25 min，反应温度为140 ℃、155 ℃和165 ℃，考察摩尔比投料、反应温度对产物收率的影响图7：微波反应温度为155 ℃，产物邻氰基苄基亚磷酸二乙酯的收率其他温度下的收率；微波反应温度为155 ℃，产物收率随投料比增大而增大，当n邻氰基氯苄∶n亚磷酸三乙酯，收率为91.2%，其后收率增加不显著，因此，确定n邻氰基氯苄∶n亚磷酸三乙酯=1.0∶1.5为最优投料比，最优反应温度为155 ℃。

2.3 工艺条件对微波合成1,4-双(邻腈基苯乙烯基)苯收率影响

2.3.1溶剂及摩尔投料比的影响

微波反应器100 mL三口烧瓶中加入2.53 g(0.01 mol)邻氰基苄基亚磷酸二乙酯、一定量对苯二甲醛、0.10 mol的DMF或DMSO，反应温度、反应时间及催化剂用量不变，考察溶剂及摩尔投料比对产物收率的影响如图7所示，溶剂为DMSO的产物收率均大于DMF，当n邻氰基苄基亚磷酸二乙酯∶n对苯二甲醛=1.0∶2.6为最高收率(87.7%)。故选取溶剂为DMSO，投料比n邻氰基苄基亚磷酸二乙酯∶n对苯二甲醛=1.0∶2.6。

图6 摩尔投料比、反应温度对产物收率影响Fig 6 The effect of molar feeding ratio andreaction temperature on product yield

图7 溶剂类型、摩尔投料比对产物收率影响Fig 7 The effect of solvent type and molarfeeding ratio on product yield

2.3.2催化剂滴加时间及反应时间的影响

2.53 g(0.01 mol)邻氰基苄基亚磷酸二乙酯，投料比n邻氰基苄基亚磷酸二乙酯∶n对苯二甲醛=1.0∶2.6，溶剂为DMSO，反应温度及催化剂用量不变，考察催化剂滴加时间及反应时间对产物收率的影响如图8：反应时间产物收率随滴加催化剂时间的增加而提高，但滴加时间大于15 min后，收率增加不明显；滴加时间一定。反应时间为35 min产物收率最大，可能反应时间增加，对苯二甲醛自身歧化等副反应发生，因此，选择催化剂最佳滴加时间为15 min，最佳反应时间为35 min。

图8 催化剂滴加及反应时间对收率影响Fig 8 The effect of catalyst drop time andreaction time on product yield

2.3.3催化剂用量及反应温度的影响

2.53 g(0.01 mol)邻氰基苄基亚磷酸二乙酯，投料比n邻氰基苄基亚磷酸二乙酯∶n对苯二甲醛=1.0∶2.6，溶剂为DMSO，甲醇钠的甲醇液滴加时间为15 min，反应时间为35 min，考察催化剂不同用量和不同反应温度对产物收率影响如图9，不同温度下，当n邻氰基苄基亚磷酸二乙酯∶n甲醇钠=1.0∶3.0时，产物收率最大，反应温度为55 ℃时，产物收率大多高于其他温度下收率，可能的原因：反应温度高和碱用量大均加速副反应的发生，故确定最优n邻氰基苄基亚磷酸二乙酯∶n甲醇钠=1.0∶3.0，最佳反应温度为55 ℃。

图9 催化剂用量及反应温度对收率影响Fig 9 The effect of catalyst amount andreaction temperature on product yield

3结 论

1.邻氰基甲苯在130～155℃与氯气光氯化得邻氰基氯苄，收率81.3%，ω(邻氰基氯苄)=99.2%；2.以邻氰基氯苄、亚磷酸三乙酯为原料，聚乙二醇400为溶剂，n邻氰基氯苄∶n亚磷酸三乙酯∶m聚乙二醇400=1.0∶1.5∶3.0，反应温度为155 ℃，滴加亚磷酸三乙酯10 min，保温反应25 min，得邻氰基苄基亚磷酸二乙酯收率为91.2%；

3.对苯二甲醛与上步产物，n邻氰基苄基亚磷酸二乙酯∶n对苯二甲醛∶n甲醇钠=1.0∶2.6∶3.0，溶剂为DMSO，反应温度为55 ℃，50%甲醇钠的甲醇液滴加时间为15 min，反应时间为35 min，粗产物用DMSO精制后收率为92.7%。

[1] 竹百均，程艺，程德文.二苯乙烯基苯类荧光增白剂[J].印染助剂，2006，23(2)：15～18.

[2] Guenther S. Preparation of optical brighteners[P].US:4380514 (A), 1983-04-19.

[3] Paul, V, Peter, R, Julia, V, et, al. Divinylstilbenessulfonic acid derivatives[P]. WO: 00/09471 (A1), 2000-02-24.

[4] 孙萍萍.二苯乙烯类荧光增白剂1,4-二(邻氰基苯乙烯基)苯的合成及晶体结构与光物理性质[J].青岛科技大学学报:自然科学版,2010,31(2):156～161.

[5] 刘春生，金发根.荧光增白剂ER绿色合成工艺研究[J]. 染料与染色，2010，47(5)：41～43.

[6] 徐丽丽，冯晓亮，谢建伟，等.1,4-双(2-氰基苯乙烯基)苯的合成工艺改进[J].应用化学，2010，39(3)：456～458，462.

[7] 李树安，葛洪玉.光氯化法制造邻氰基氯苄中试工艺研究[J].精细化工，2005，22(12)：952～954.

[8] 熊雨晴，胡若飞，侯秋飞，等. 邻氰基苄基亚磷酸二乙酯绿色合成工艺研究[J]. 应用化学，2014，43(11)：2012-2013，2018..

StudyonMicrowaveSynthesisof1,4-bis(2-cyanostyryl)benzene

Wu Qingli Zhang Zhenming Huang Wenjing Tan Chaolan Xu Xin Yang Xinyu Li Shu’an

(Jiangsu Development Research Insititute of Marine Resources, Huaihai Institute of Technology, Jiangsu Lianyungang 222005)

A green synthetic route of 1,4-bis(2-cyanostyryl)benzene in three steps was explored. The photochlorination of 2-cyano-toluene was carried out, and then Arbuzov reaction of 2-(chloromethyl)benzonitrile and triethyl phosphite in Polyethylene glycol 400 under microwave heating to give important intermediate diethyl(2-cyanobenzyl)phosphonate, reacted with 1,4-phthalaldehyde in DMSO with aid of microwave by Witting-Horner reaction to obtain aim product. This route had higher yield of products and shorter reaction time than conventional methods. The effects of feed ratio,solvent quantity，catalyst amount, reaction temperature and reaction time on the yield of the last two step reactions were investigated for the optimum reaction conditions, and the best yield of each step was 81.3%, 91.2%,and 92.7% (purity: 99.7%) respectively. The purity was tested with HPLC, and the stuctures were characterized through IR and MS for.

microwave synthesis 1,4-bis(2-cyanostyryl)benzene diethyl (2-cyanobenzyl) phosphonate

10.16597/j.cnki.issn.1002-154x.2017.11.002

2017-08-28

国家海洋公益性行业科研专项(201305007)，国家自然科学基金(21606095)；江苏省海洋资源开发研究院开放课题(JSIMR 201409)，连云港市工业攻关项目(CG1508)，淮海工学院博士启动基金(KQ16001)，连云港市工业攻关项目(CG1613)，连云港市港城微.博双创计划(2017.05)

吴庆利(1970～)，男，讲师，硕士，从事药物合成及天然产物提取研究。通讯作者：李树安(1962～)，男，教授，博士，硕士生导师。从事药物合成及天然产物提取研究。E-mail address: li_shuan@126.com