4-苯氧基溴丁烷的制备

背景及概述

4-苯氧基丁基溴英文名称：4-Phenoxybutyl bromide，中文别名：4-苯氧基溴丁烷；4-溴丁基苯基醚；1-溴-4-苯氧基丁烷，CAS号：1200-03-9，分子式：C10H13BrO，分子量：229.114。本品为灰白色晶体。是重要的有机合成中间体。

制备

以水替代有毒有害的有机溶剂，在相转移催化剂四丁基溴化铵存在的条件下，以苯酚、1,4-二溴丁烷和氢氧化钾为原料合成了4-苯氧基溴丁烷。反应过程中产生了副产物溴化钾，而溴化钾又常用作1,4-二溴丁烷的合成，使物料得以循环利用，节省了生产成本，同时不对环境造成污染，达到了绿色合成的目的[1]。4-苯氧基溴丁烷的合成反应式如下图：

图1 4-苯氧基溴丁烷的合成反应式

实验操作：

向100mL 反应瓶中依次加入10mL 水、苯酚11g （0.1mol）、1,4-二溴丁烷28.8g（0.21mol）、四丁基溴化铵0.48g（1.5mmol），经磁力搅拌，在电加热套中加热并升温至100℃，待回流后，从冷凝管上方加入氢氧化钾13.2g （0.21mol），反应4h。加入适量沸水溶解副产品溴化钾；用分液漏斗分出水相后，加入溶剂60mL ［（V（乙醇）∶V（水）＝1∶1］使之完全溶解，冷却至室温，析出晶体，抽滤，室温下在电热鼓风干燥箱中干燥1d，得白色晶体4-苯氧基溴丁烷，直接称重计算其分离收率（简称收率）。对每次实验所得产品进行熔点测定，测得产品的熔点均为41～45℃，与标准值41～43℃ ［1］ 符合。

结果与讨论

在浓碱条件下，1,4-二溴丁烷与苯酚进行亲核取代反应，由于1,4-二溴丁烷为伯卤代烷，因此该反应按 SN 2 反应历程进行。加入阳离子表面活性剂作为相转移剂可以降低水相的表面张力和两相界面的界面张力，增加1,4-二溴丁烷与苯酚钾盐水溶液接触的几率，可以很好地将水相中的酚氧负离子转移到有机相中。

不同的相转移剂对产率的影响

反应中没有加入相转移催化剂时，没有产物生成。因为反应中1,4-二溴丁烷不溶于水，存在有机相和水相两相，水相的表面张力、水相和有机相间的界面张力致使反应不能发生，所以要向反应中加入一定量的相转移催化剂，促使反应的进行。由表1可知，四丁基溴化铵效果，产率高达94.0％。作为阴离子表面活性剂（十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠），由于没有阳离子中心，相转移作用不理想，但有乳化能力，在反应中起到乳化作用。阴离子表面活性剂的作用效果不如阳离子表面活性剂好，在反应过程中起泡现象严重，生成大量乳状物，反应过程中容易发生上冲现象，影响反应的正常进行，同时使产物分离困难，产率较低。但十二烷基磺酸钠比十二烷基硫酸钠效果好。从表1的实验结果可以看出，非离子表面活性剂（聚乙二醇系列）的相转移剂效果均不如阳离子表面活性剂及阴离子表面活性剂，且在其用量少时，几乎无产物生成。这是因为在反应中有颗粒生成，说明生成大量的副产物。在所考察的几种表面活性剂中，在上述反应条件下，四丁基溴化铵效果，这是因为相转移催化剂的效用依赖于它的阳离子的亲油性，以及阴离子与有机作用物的离子交换能力。烃基上的碳原子数目多，则脂溶性大，亲油性好。但4个烃基的碳原子总数相当大时，水溶性甚差，不能用于液-液相转移催化反应。反之，4个烃基的碳原子总数小于一定数值时，在有机相中的提取效果就差，也不利于反应的进行。一般含15～25个碳原子的季铵盐有较好的催化作用，且近似对称的季铵盐离子要比其中有一个取代基是长链的离子有效。所以，阳离子表面活性剂对反应有利，且四丁基溴化铵为。

V（水）对产率的影响

在相转移催化反应中，水量的多少与参加反应的浓度有关，并且对反应介质碱溶液有一定影响。加入适量水可使反应物溶解或离子化，加速反应的进行。开始增加水的用量时，产品的收率逐渐增大，当水的用量达到一定时再增加其用量，产品的收率逐渐下降。因为水量过少时，反应体系粘稠，产品收率不高。随着水量的增加，KOH 的浓度降低，因为碱的浓度直接影响亲核试剂 （酚氧负离子）的亲核能力，当碱的浓度降低时，亲核能力下降，反应速率减慢，得到的产品4-苯氧基溴丁烷的收率也降低。

相转移剂 n（四丁基溴化铵）对产率的影响

随着相转移催化剂四丁基溴化铵的量增加，产率逐渐增大。当相转移催化剂 n（四丁基溴化铵）＝1.5mmol 时，产率为94.0％，继续增加四丁基溴化铵的量，产率增加不明显。在相转移催化剂量相同的情况下，向反应体系中加入10mL 水比20mL 水所得产率普遍偏高，这是因为当水的用量增加时，KOH 的浓度降低，因为碱的浓度直接影响亲核试剂 （酚氧负离子）的亲核能力，当碱的浓度降低时，亲核能力下降，反应速率减慢，得到的产品4-苯氧基溴丁烷的收率也降低。确定反应中相转移催化剂四丁基溴化铵的用量为1.5mmol，水为10mL 为宜。

结论

以水为溶剂，在相转移催化剂四丁基溴化铵和氢氧化钾存在的条件下，苯酚和1,4-二溴丁烷反应合成了4-苯氧基溴丁烷。反应中以水替代有毒有害的有机溶剂，具有清洁高效、廉价易得、反应条件温和，安全等优点，是环境友好型反应介质，在工艺上可减少了有机溶剂回收和精馏等步骤。

参考文献

[1]Wang, Wenya; Sheng, Chunquan; Che, Xiaoying; Ji, Haitao; Miao, Zhenyuan; Yao, Jianzhong; Zhang, Wannian Archiv der Pharmazie, 2009 , vol. 342, # 12 p. 732 - 739