1-(5-溴嘧啶-2-基)乙酮的制备
发布日期:2022/5/31 13:22:17
背景及概述
芳香酮是重要的工业中间体,在精细化工、制药工业以及农药和香料等的合成中都具有重要的作用。合成芳香酮的关键步骤是Friedel-Crafts酰基化反应,常用的传统催化剂主要包括Lewis酸和质子酸2种类型。1-(5-溴嘧啶-2-基)乙酮作为一种结构简单的芳香酮,是抗菌消炎药的中间体,具有很好的脂溶性、生理活性,化学稳定性高,广泛用作医药、农药、染料及高分子材料的合成。1-(5-溴嘧啶-2-基)乙酮英文名称:1-(5-bromopyrimidin-2-yl)ethanone,CAS号:1189169-37-6,分子式:C6H5BrN2O,分子量:201.02。
制备
在目前的文献中,1-(5-溴嘧啶-2-基)乙酮的合成方法很少见,关于芳基乙酮的合成方法可以归纳为两种方法:一是通过直接乙酰化生成乙酰基,二是通过官能团的转化间接生成乙酰基。以3-溴嘧啶为原料的合成方法主要是和乙酸酐或乙酰氯经Friedel-Crafts酰基化反应合成。乙酰氯由于其高活性和强毒性对反应的条件要求很高,易产生对环境污染严重的副产物氯化氢,乙酸酐则是相对较为温和的酰化试剂。本文以3-溴嘧啶为起始物料,经Friedel-Crafts酰基化反应合成1-(5-溴嘧啶-2-基)乙酮[1]。其合成反应式如下图:
图1 1-(5-溴嘧啶-2-基)乙酮的合成反应式
实验操作:
方法一、
在三口烧瓶中按3-溴嘧啶与催化剂三氧化二铁的摩尔比为1:0.5~1:0.08加入催化剂三氧化二铁和3-溴嘧啶,磁力搅拌下油浴加热至50℃~80℃,按3-溴嘧啶与乙酸酐的摩尔比为1.5:1~3:1滴加乙酸酐,1小时内滴完。保持温度继续反应6小时。反应混合物冷却至室温,减压蒸馏得浅黄色油状液体。
方法二、
在装有机械搅拌、冷凝管(带氯化钙干燥管)、恒压滴液漏斗和温度计的250 mL 四口反应瓶中加入一定量的3-溴嘧啶和无水三氯化铝,搅拌下滴加一定量的乙酰氯,在一定温度和时间内完成反应,直到无氯化氢逸出为止。冷却后,加入50 mL二氯甲烷,将反应液倒入冰水与浓盐酸的混合溶液(pH ≈1中,搅拌10 分钟,分液,用氢氧化钠水溶液和水各洗涤两次,有机相用无水硫酸钠干燥,常压蒸馏出二氯甲烷和未反应的3-溴嘧啶,得1-(5-溴嘧啶-2-基)乙酮。在乙酰化试剂用量和催化剂用量一定的情况下,反应温度的变化对反应时间和反应收率都有影响。
结果与讨论
酰基化温度对产品收率的影响
3-溴嘧啶的沸点为85℃,过高的反应温度不仅会导致3-溴嘧啶的气化,同时也会导致耗能增加,对反应设备的选择和反应过程的控制需求也会随之增强。在3-溴嘧啶与催化剂三氧化二铁的摩尔比为1:0.3,3-溴嘧啶与乙酸酐的摩尔比为2:1时不同温度下反应的收率不同。在这一温度范围内,收率随温度的升高逐渐增大,但60℃后趋势减缓,80℃相对收率最高。
催化剂用量对产品收率的影响
催化剂用量过多不仅造成催化剂的浪费,同时过量的催化剂还会吸附反应物,尤其是价格较为昂贵的3-溴嘧啶,造成反应成本的提高。在80℃、3-溴嘧啶与乙酸酐的摩尔比在2:1,控制其他反应条件不变的前提下,3-溴嘧啶与催化剂三氧化二铁的摩尔比在1:0.5~1:0.08范围内考察了催化剂对反应收率的影响。随着催化剂用量的减少产品的收率逐渐增加,至1:0.1收率达到最高,这与过量催化剂对反应物的吸附有关。而当比例进一步下降时,收率则有所下降。
反应物配比对产品收率的影响
3-溴嘧啶和乙酸酐均为液态试剂,3-溴嘧啶的价格高于乙酸酐,但由于乙酸酐暴露在空气中会与空气中的水分反应,释放出具有刺激性气味的乙酸,因此过量的乙酸酐会对合成环境造成强烈的影响。因此在本文中使用过量的3-溴嘧啶,作为反应的溶剂的同时可以促使乙酸酐的充分利用,过量的3-溴嘧啶可回收再利用。在反应温度80℃,3-溴嘧啶与催化剂三氧化二铁的摩尔比为1:0.1的条件下,考察了3-溴嘧啶与乙酸酐的摩尔比在1.5:1~3:1的范围内不同的反应收率。随着3-溴嘧啶用量的增加,产品收率逐渐增加,但从摩尔比2:1开始,增加缓慢。考虑到3-溴嘧啶价格对反应成本的影响,3-溴嘧啶与乙酸酐的摩尔比为2:1最为适宜。
结语
本文方法一以三氧化二铁为催化剂,讨论了3-溴嘧啶和乙酸酐酰化合成1-(5-溴嘧啶-2-基)乙酮的反应,适宜的反应条件为3-溴嘧啶与催化剂三氧化二铁的摩尔比为1:0.1、反应温度为80%、3-溴嘧啶与乙酸酐的摩尔比为2:1,1-(5-溴嘧啶-2-基)乙酮的收率达60.8%。方法二中:1)乙酰氯和三氯化铝遇到空气中的水蒸气都易分解,称量时应尽量避免长时间暴露于空气之中;2)反应终点的判断:将润湿的pH 试纸放在冷凝管口,当试纸没有明显的颜色变化时,即可判断没有氯化氢逸出,反应结束;3)实验得出1-(5-溴嘧啶-2-基)乙酮的反应条件为n(乙酰氯) :n(3-溴嘧啶)= 1.2 :1,n(乙酰氯) :n(三氯化铝)= 1.3 :1,反应温度为60 ℃,反应时间为2 小时 ,反应收率达到92% 。
参考文献
[1] 常瑜,王明文,王秀兰.2-氯-2’,4-二氟苯乙酮的合成[J].中国药物化学杂志,2001,11(5):287.290
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