西南大学学报 (自然科学版)  2019, Vol. 41 Issue (1): 84-88.  DOI: 10.13718/j.cnki.xdzk.2019.01.013
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  • 亚碘酰苯(PhIO)在苯乙酮的α乙酰氧化反应中的应用    [PDF全文]
    段益琴1,2, 张财1,3, 周永福2, 傅相锴1, 穆瑞珠1     
    1. 西南大学 化学化工学院/重庆市应用化学重点实验室, 重庆 400715;
    2. 重庆工业职业技术学院 化学与制药工程学院, 重庆 401120;
    3. 重庆安全技术职业学院 安全监督管理系, 重庆 404020
    摘要:利用有机高价碘中的亚碘酰苯(PhIO)对苯乙酮进行α-乙酰氧化,并分别就溶剂、水、亚碘酰苯(PhIO)和催化剂三氟化硼乙醚的用量,以及反应温度对反应的影响进行了讨论.在得出的较优反应条件下,最高分离收率可达86.5%.该反应条件温和,操作简便,选择性好,为合成α-乙酰氧基苯乙酮提供了一种简便有效的新方法.
    关键词高价碘    亚碘酰苯    乙酰氧化    苯乙酮    

    苯乙酮α-C上的乙酰氧化反应是合成生物医药中间体的重要途径,向苯乙酮的α-C上引入乙酰氧基以后,可进一步转化成酮酸酯、酮酸、酮醛和α-羟基苯乙酮等[1-4],用以合成一些具有生物活性的天然化合物以及杂环化合物.

    在已报道的α-乙酰氧基苯乙酮的合成方法中,有利用金属化合物作催化剂或氧化剂的[5-9],也有采用电化学方法进行合成法[10]的,还有通过α-溴代酮[11]进行酸解合成α-乙酰氧基苯乙酮的.近些年来,有机高价碘类化合物在有机合成中的应用研究越来越深入,在酮的乙酰氧化反应中也有涉及,如二乙酰氧基碘苯(DIB)[12-13]、间氯过氧苯甲酸(m-CPBA)[14]、碘苯[15]等均已成功应用.本研究将探讨亚碘酰苯(PhIO)对对位取代的苯乙酮进行α-乙酰氧化的反应条件并进行优化,以探索有机高价碘在乙酰氧化反应中的新应用.

    1 实验部分 1.1 仪器

    LA204数显电子天平,HH-6数显恒温磁力搅拌水浴锅,北光X4型显微熔点仪(温度未校正),DLSB20L低温冷却循环泵,RF-02A(2L)旋转蒸发仪,SHB-Ⅲ循环水真空泵,Bruker AV300核磁共振仪(氘代氯仿作溶剂,TMS作内标),各种玻璃仪器.

    1.2 试剂

    苯乙酮(AR),乙酸酐(AR),三氟化硼乙醚(AR),二氯甲烷(AR),亚碘酰苯(PhIO)(自制[16-17],熔点209~209.8 ℃),碳酸氢钠(AR),乙酸乙酯(AR),石油醚(AR),无水硫酸钠(AR),柱层析硅胶(200~400目).

    1.3 实验步骤

    在25 mL烧瓶中加入苯乙酮0.5 mmol、亚碘酰苯(PhIO) 1.5 mmol和醋酸酐2 mL,于室温下搅拌使其溶解,然后滴加0.2 mmol三氟化硼乙醚溶液,再缓慢升温至45 ℃,反应通过薄层色谱(TLC)进行跟踪.

    反应结束后,用10 mL蒸馏水稀释,然后缓慢滴加饱和碳酸氢钠溶液中和至中性.用3×10 mL二氯甲烷萃取,合并有机层后用无水硫酸钠干燥,旋转蒸发除去大部分二氯甲烷,然后柱层析分离(V(石油醚):V(乙酸乙酯)=10:1)产物,并回收碘苯.其反应式为:

    产物结构通过1H HMR进行表征.

    2 结果与讨论 2.1 探索实验

    固定苯乙酮1a (R = H) 0.5 mmol,亚碘酰苯(PhIO) 0.6 mmol,溶剂2 mL,探索溶剂、水及三氟化硼乙醚(BF3·OEt2)对反应是否有影响.实验结果见表 1.

    表 1 溶剂、水对反应的影响

    在反应体系中,溶剂除了溶解反应试剂以外,还须提供乙酰氧基,因此主要考查了乙酸和乙酸酐.通过实验发现,在其他条件相同的情况下,45 ℃比室温条件下的反应快;在反应体系中加入一定的三氟化硼乙醚(BF3·OEt2)会使反应加快,说明三氟化硼乙醚(BF3·OEt2)对本反应具有催化作用;水的存在对反应的影响不明显;乙酸与乙酸酐相比,后者的选择性更好.

    因此确定选用乙酸酐作溶剂,三氟化硼乙醚(BF3·OEt2)作催化剂.

    2.2 亚碘酰苯(PhIO)用量的确定

    固定苯乙酮0.5 mmol,溶剂乙酸酐2 mL,三氟化硼乙醚(BF3·OEt2) 0.2 mmol,温度45 ℃,讨论亚碘酰苯(PhIO)用量对反应的影响.实验数据见表 2.

    表 2 亚碘酰苯(PhIO)用量对反应的影响

    实验表明,在相同条件下,增加亚碘酰苯(PhIO)的用量有利于反应分离收率的提高.当亚碘酰苯(PHIO)的用量由0.75 mmol增加至1.25 mmol时,分离收率由46.0%上升至78.0%;当用量增加至1.50 mmol时,分离收率可达到86.5%.从变化趋势分析,再继续增加亚碘酰苯的用量对反应分离收率提高的程度会逐渐减弱,故确定亚碘酰苯的用量为1.50 mmol.

    2.3 催化剂三氟化硼乙醚(BF3·OEt2)用量的确定

    固定苯乙酮0.5 mmol,亚碘酰苯(PhIO) 1.50 mmol,溶剂乙酸酐2 mL,温度45 ℃,探讨催化剂三氟化硼乙醚(BF3·OEt2)用量对反应的影响.实验数据见表 3.

    表 3 三氟化硼乙醚用量对反应的影响

    实验数据表明,当三氟化硼乙醚的用量从0.10 mmol增加至0.20 mmol时,分离收率有不同程度的提高;当继续增加时,分离收率反而降低;当使用0.5 mmol时,会导致选择性降低,产物复杂.

    因此确定三氟化硼乙醚用量为0.20 mmol.

    2.4 反应温度的确定

    固定苯乙酮0.5 mmol,亚碘酰苯(PhIO) 1.50 mmol,溶剂乙酸酐2 mL,三氟化硼乙醚(BF3·OEt2) 0.20 mmol,讨论温度对反应的影响,其实验数据见表 4.

    表 4 温度对反应的影响

    在相同条件下,当温度由35 ℃提高至45 ℃时,分离收率由18.0%显著提高至86.5%;当继续升温至65 ℃时,选择性降低,分离收率降至48.0%.

    因此确定反应温度为45 ℃.

    2.5 优化条件下对位取代苯乙酮乙酰氧化实验结果

    根据实验确定的优化条件,取对位取代的苯乙酮0.5 mmol、亚碘酰苯(PhIO) 1.50 mmol、溶剂乙酸酐2 mL、三氟化硼乙醚(BF3·OEt2) 0.20 mmol,于45 ℃下反应.产物经分离后,测其熔点及1H NMR数据,实验结果见表 5.

    表 5 优化条件下对位取代苯乙酮乙酰氧化实验结果

    Compound 2a (2-acetoxyacetophenone):1H NMR (300 MHz,CDCl3):δ=2.24 (s,3H),5.35(s,2H),7.49 (t,2H,J=7.5 Hz),7.62(t,1H,J=7.2 Hz),7.92(d,2H,J=7.7 Hz).

    Compound 2b (2-acetoxy-4'-methylacetophenone):1H NMR (300 MHz,CDCl3):δ=2.24(s,3H),2.43 (s,3H),5.32 (s,2H),7.28 (d,2H,J=7.9 Hz),7.82(d,2H,J=7.9 Hz).

    Compound 2c (2-acetoxy-4'-methoxyacetophenone):1H NMR (300 MHz,CDCl3):δ=2.23(s,3H),3.88(s,3H),5.30(s,2H),6.95(d,2H,J=8.6 Hz),7.90(d,2H,J=8.6 Hz).

    Compound 2d (2-acetoxy-4'-chloroacetophenone):1H NMR (300 MHz,CDCl3):δ=2.23(s,3H),5.30 (s,2H),7.47(d,2H,J=8.4 Hz),7.86(d,2H,J=8.4 Hz).

    Compund 2e (2-acetoxy-4'-nitroacetophenone):1H NMR (300 MHz,CDCl3):δ=2.24(s,3H),5.34(s,2H),8.09(d,2H,J=8.5 Hz),8.35(d,2H,J=8.5 Hz).

    Compound 2f (2-acetoxy-4'-cyanoacetophenone):1H NMR (300 MHz,CDCl3):δ=2.23(s,3H),5.31(s,2H),7.80(d,2H,J=8.1 Hz),8.01(d,2H,J=8.1 Hz).

    根据实验结果,可看出在优化的实验条件下,亚碘酰苯(PhIO)对对位取代的苯乙酮进行α-乙酰氧化可行,且能取得较好的效果.当苯环上无取代基时,反应分离收率最高,可达到86.5%;当对位连接的是甲基和氯原子时,分离收率可达到77%;而连接甲氧基时,分离收率有所下降,可能是空间位阻以及氧原子上的孤电子对的影响;而当取代基R为强吸电基硝基时,分离收率下降并不明显,而当R为氰基时下降显著.

    在实验中还发现,反应结束后应立即对产物进行后处理及分离,否则在酸性条件下,产物α-乙酰氧基苯乙酮易发生水解或逆反应,使副产物种类增加,分离收率下降.

    3 结论

    1) 利用亚碘酰苯(PhIO)对对位取代的苯乙酮成功实现了α-乙酰氧化,其中溶剂以乙酸酐较好,水的存在对反应无明显影响,反应温度和亚碘酰苯的用量是影响该反应的重要因素;催化剂三氟化硼乙醚(BF3·OEt2)的存在及用量对提高反应速度和分离收率有影响.

    2) 较优反应条件:对位取代的苯乙酮0.5 mmol、亚碘酰苯(PhIO) 1.50 mmol、溶剂乙酸酐2 mL、三氟化硼乙醚(BF3·OEt2) 0.20 mmol,于45 ℃下反应,最高分离收率可达86.5%.

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    Application of Iodosobenzene (PhIO) in α-Acetoxylation of Acetophenones
    DUAN Yi-qin1,2, ZHANG Cai1,3, ZHOU Yong-fu2, FU Xiang-kai1, MU Rui-zhu1     
    1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Southwest University/Chongqing Key Laboratory of Applied Chemistry, Chongqing 400715, China;
    2. Faculty of Chemistry and Pharmaceutical Engineering, Chongqing Industry Polytechnic College, Chongqing 401120, China;
    3. Department of Building and Environmental Safety, Chongqing Vocational Institute of Safety and Technology, Chongqing 404020, China
    Abstract: Iodosobenzene (PhIO) was used to acetoxylate acetophenones. The effects of solvent, water, relative dosage of PhIO and catalyst, and temperature on the reaction were discussed. Under the optimum reaction conditions, the highest separation yield was as high as 86.5%. In conclusion, the reaction conditions are mild, the operation is simple and the selectivity is good. It provides a simple and effective new method for the synthesis of alpha-acetoxyacetophenones.
    Key words: hypervalent iodine    iodosobenzene    acetoxylation    acetophenone    
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