用正丁基锂合成[4-（N，N-二甲胺基）苯基]二苯基膦

薛科创，杨艳丽，马少华

（陕西国防工业职业技术学院化学工程学院，陕西 西安 710300）

二十世纪50年代，德国化学家Wittig发现了一种制备烯烃类化合物的好方法，我们将其称为Wittig反应[1]。它用三苯基膦和卤代烷作用，生成季磷盐，然后用苯基锂和季磷盐作用，夺取季磷盐亚甲基上的氢原子，生成了亚甲基三苯基膦，亚甲基三苯基膦进一步和羰基类化合物反应生成烯烃。利用Wittig反应制备烯烃条件温和，而且选择性很高，加之反应的产率高，因而成为制备烯烃的优良方法，也成为许多有机化学工作者研究的对象。

进行Wittig反应，首先要制备出Wittig试剂，也就是亚甲基三苯基膦。而Wittig试剂首先由三苯基膦作为亲核试剂和卤代烷反应，用磷原子进攻卤代烷上的碳原子，生成的季磷盐再与强碱（如 n-BuLi，PhLi）等作用，强碱会夺取季磷盐中亚甲基上的氢原子，生成亚甲基三苯基膦，即Wittig试剂，反应过程如图1所示。Wittig试剂的制备需要两步：第一步是亲核取代反应生成季磷盐，影响亲核取代反应的因素之一就是亲核试剂亲核能力的强弱，也就是三苯基膦亲核能力的强弱。亲核能力越强，反应越容易发生，也就是三苯基膦中磷原子上的电子云密度越大，反应越容易发生。在三苯基膦的结构中，磷原子上面的孤对电子能够与三个苯环形成p-π共轭体系[2]，从而使磷原子上的电子云密度增大。如果有办法提高磷原子上的电子云密度，反应就容易进行。人们发现氮原子上的孤对电子也能和苯环发生p-π共轭，如果三苯基膦的苯环上有个氮原子的话，电子云密度就会增大，亲核反应就容易进行。S.Matthew Cairns等[3]研究了苯环上连有氮原子的三苯基膦与溴苯的反应。研究发现，将温度控制在14℃时，溶剂选用三氯甲烷，三苯基膦与溴苯的反应速率为6.72×104，而苯环上连有氮原子的三苯基膦的反应速率可以提高到11.31×104，随着反应温度的提高，苯环上连有氮原子的三苯基膦与溴苯反应速率迅速增加。

图1 wittig试剂的制备方法

基于以上认识，我们发现[4-（N，N-二甲胺基）苯基]二苯基膦中苯环上连有氮原子，而且具有两个推电子基团甲基，很适合作为制备Wittig试剂的亲核试剂。因此，许多化学工作者研究了[4-（N，N-二甲胺基）苯基]二苯基膦（DAPP）的制备方法。本文介绍用正丁基锂来合成[4-（N，N-二甲胺基）苯基]二苯基膦的方法，很容易实现中试及工业化生产。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

4-溴-N，N-二甲基苯胺（分析纯，98%，CAS号：586-77-6）和二苯基氯化磷（分析纯，97%，CAS号：1079-66-9）均购自于上海晶纯试剂有限公司，在使用之前没有进行处理。正丁基锂（分析纯）购自于国药集团化学试剂有限公司，其他试剂（AR）购自于科密欧化学试剂有限公司。

德国Elementar Vario EL III元素分析仪；德国Bruker EQUINOX55红外光谱仪；美国PE公司生产的Lambda40p紫外-可见光谱仪；岛津集团英国Krato分析仪器公司的AXIMA-CFRTMplus基质辅助激光解吸附电离飞行质谱仪。

1.2 合成过程

合成过程参考Daniel E.Lynch等[4-5]的报道：

第一步，在氩气的保护下，在250mL干燥的三口烧瓶中加入已经处理过的四氢呋喃100mL，然后加入4-溴 -N，N- 二甲基苯胺 4.88g（2.44×10-2mol），不断进行搅拌并冷却到-60℃，然后用滴液漏斗加入15.6mL正丁基锂的正己烷溶液（正丁基锂的浓度为1.6mol/L），加入速度要非常缓慢，加入正丁基锂时温度上升不能超过3℃，反应 25min。

第二步，在氩气保护下，向滴液漏斗中加入密度为1.194g/cm3的二苯基氯化磷4.36mL，然后通过滴液漏斗逐滴滴加到反应体系中，二苯基氯化磷的加入要非常缓慢，这个过程中温度会升高，只要不超过25℃即可。在搅拌下反应4h，反应结束后，继续搅拌，并保持温度稳定。

第三步，由于反应中有些正丁基锂没有完全反应，加上有其他的有机锂生成，必须对这些有机锂进行破坏。调节反应体系的温度在0℃以下，向反应体系中加入去离子水，同时加强搅拌强度，目的是使正丁基锂和其他有机锂能够破坏得更加彻底。因为随着水的加入，没有反应的正丁基锂和其他有机锂会被破坏，生成微溶于水的氢氧化锂，使搅拌变得困难。

最后，将水解后的反应混合物进行过滤，除去溶剂四氢呋喃和正己烷，然后用乙醚(用硫酸镁干燥过)进行重结晶。最后减压蒸馏，真空干燥，得到亮黄色的产品粉末，质量为6.34g，产率为85%，具体反应过程如图2所示。

图2 [4-（-N，N-二甲胺基）苯基]二苯基膦的制备过程

2 结果和讨论

在[4-（N，N- 二甲胺基）苯基]二苯基膦中碳、氢、氮三种元素的理论含量分别为78.67%、6.60%、4.59%，利用德国Elementar Vario EL III元素分析仪测定了[4-（N，N-二甲胺基）苯基]二苯基膦中碳、氢、氮三种元素的含量，结果分别为78.75%、6.60%、4.62%，两者在数值上基本接近。利用熔点仪测定了该物质的熔点，测定结果为149.1℃～150.7℃，这一结果与文献[3]报道的基本一致。[4-（N，N-二甲胺基）苯基]二苯基膦的红外光谱数据通过德国Bruker EQUINOX55红外光谱仪进行收集。测定结果发现：红外光谱在945cm-1和1100cm-1处出现了两个强的吸收峰，这一结果归因于磷原子和三个苯环之间的振动吸收，这些结果都与文献[3]报道的结果一致。此外还通过岛津集团英国Krato分析仪器公司的AXIMA-CFRTMplus基质辅助激光解吸附电离飞行质谱仪测定了[4-（N，N-二甲胺基）苯基]二苯基膦的分子量，结果为306.3，而该物质的分子量为305.35，质谱结果刚好是理论分子量与氢离子之和，符合飞行质谱仪的测定原理。

3 结论

与采用格氏试剂合成[4-（N，N-二甲胺基）苯基]二苯基膦的方法[6]进行对比：首先，用正丁基锂合成[4-（N，N-二甲胺基）苯基]二苯基膦虽然温度要比格氏试剂低，但反应时间比格氏试剂快，第一步反应只需要25 min即可完成，而格氏试剂需要5h，第二步反应，格氏试剂需要24h，而正丁基锂仅仅需要5h，反应时间大大缩短，节约了大量的时间和能量；其次，第三步格氏试剂需要饱和氯化铵来破坏，而正丁基锂用水破坏就可以了，节约了原料；第三，就产率而言，利用格氏试剂进行反应，产率为71.71%，而利用正丁基锂合成，产率可以提高到85%。因此，工业上的放大生产选用正丁基锂比较合适，只是正丁基锂的价格比金属镁昂贵，会导致生产费用升高。

参考文献

[1]刘海军，杨金会.Wittig反应研究进展[J].山西化工，2006，26（5）：24-28.

[2]苏敏.共轭效应对有机化合物分子性质的影响及其应用[J].湖南理工学院学报（自然科学版），2013，26（1）：57-59.

[3]S.Matthew Cairns，William E.McEwen.Lontrasting Chemical and Physical Properties of[o-and[p-（N，N-Dimethylamino） phenyl]Phosphines and Phosphonium Salts[J].Hetcroatoin Chcmistry，1990，1（1）：9-19.

[4]Daniel E.Lynch，Graham Smith，Karl A.Byriel，et al.[4-（N，N-Dimethylamino）phenyl]diphenylphosphine Oxide and Its Partial Oxides:An Isomorphous Crystal Series[J].Australian Journal of Chemistry，2003，56（11）：1135-1139.

[5]S.Trippett，D.M.Walke.The Use，in Wittig Reactions，of Phosphoniurn Salts and Phosphobetaines Containing a Basic Group[J].J.Chem.Soc.，1961：2130-2133.

[6]薛科创，闫晓前.一种合成[4-（-N，N-二甲胺基）苯基]二苯基膦的新方法[J].山东化工，2014，43（5）：35-36.□