CN103172480B

CN103172480B - 一种制备碘代芳烃的方法

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Publication number: CN103172480B
Application number: CN201310069208.4A
Authority: CN
Inventors: 任运来; 王斌玉; 王键吉; 郭旭明; 赵爽; 任云利; 商欢涛
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2033-03-05
Also published as: CN103172480A

Abstract

本发明涉及一种制备碘代芳烃的方法，向反应容器中加入含芳环化合物、I₂、催化剂NO₂和有机溶剂，所述的芳环化合物、I₂和催化剂NO₂的物质的量比为1∶0.2～3∶0.01～5，然后密封反应容器，在10～180℃条件下搅拌反应5min～40h，反应后冷却至室温，通过柱色谱对反应后的混合物进行提纯，得到碘代芳烃；本发明的碘代芳烃制备方法，用的原料和试剂成份简单，较为便宜，显著降低生产成本，不使用酸，选用低沸点溶剂，产物容易分离提纯，产物纯度高、工艺简单。

Description

一种制备碘代芳烃的方法

技术领域

本发明涉及化工中间体制备方法，具体涉及一种制备碘代芳烃的方法。

背景技术

碘代芳烃是重要的化工中间体，在有机合成中有着广泛应用，在过渡金属催化作用下，可以发生Heck、Stille、Suzuki、Ullmann偶联反应，形成C-C和C-杂原子键，进而合成多种多样的有机化合物。碘苯类化合物的合成方法有多种，按起始原料划分主要有下列几种：

(1) 芳胺的重氮化碘化法。芳胺的重氮化碘化法分两步完成。首先使用苯胺为原料，在盐酸或硫酸溶液中进行重氮化，然后添加碘或碘盐原料进行碘化。近年来，化学工作者利用一锅法进行碘苯类化合物的合成，例如芳胺在HI/KNO₂/ DMSO反应体系作用下的合成方法。下述方法是一个较为经济有效的方法，在含有对甲基苯磺酸的乙腈溶液中，苯胺和亚硝酸钠/碘化钾连续发生重氮化碘化，得到较高产率的芳碘。Filimonov及其同事发现使用磺酸基树脂代替硫酸，芳胺的重氮化-碘化可在水溶液和常温的条件下进行：

(2) 过渡金属催化芳溴转化为芳碘。这也是制备芳基碘化物的常见方法。使用的催化剂通常是铜或镍的化合物。但这种方法在工业中很少使用，存在一系列的局限性。例如镍做催化剂时，一般产率及转化率较低；会发生偶联副反应；需要化学计量的镍试剂。铜催化的反应通常条件苛刻，需要较高的反应温度 (大于150℃)和过量的碘化亚铜，如果大规模应用存在废物处理问题。后来Buchwald等人发现使用DMEDA/碘化亚铜催化体系，可在较为温和的条件下完成溴苯类化合物向碘苯类化合物的转化。

(3) 芳基硼化合物的脱硼碘化。这种方法使用的反应物为芳基硼酸、芳基硼酸酯和芳基三氟硼酸钾，碘化试剂可为N-碘代丁二酰亚胺或碘盐。最近文献报道，在1,10-菲啰啉/ CuBr₂催化体系的作用下，芳基硼酸可和碘盐反应生成多种芳碘类化合物。利用硝酸铜为催化剂，芳基硼酸可以在常温下和碘反应生成芳碘，反应具有较好的选择性。

(4) 芳环的直接氧化碘化。由于非官能化的芳香化合物原料较为便宜，此种方法的工业化潜力较大。有效的氧化剂为HgO、Ag₂SO₄、HIO₄、CrO₃、Pb(OAc)₄、I₂O₅和TlOAc等。这些氧化剂有的对实验条件要求苛刻，有的含有重金属，且成本较高。NaIO₃也可作为反应的氧化剂，例如I₂/NaIO₃/H₂SO₄反应体系；在此反应体系作用下，芳烃通常会发生双碘化反应，目标产物碘代芳烃的产率较低，而且不易分离。另外一个好的方法是使用杂多酸催化剂，在氧气的存在下，苯环和碘反应生成碘苯类化合物；催化剂可以重复使用。双氧水是一种绿色氧化剂，也可以用于苯环的碘化，合成碘苯类化合物，例如H₂O₂/KI/H₂SO₄/MeOH反应体系。

在上述几种方法中，芳环的直接氧化碘化法原料较为便宜，有较大的潜力，特别是I₂/NaIO₃/H₂SO₄和H₂O₂/KI/H₂SO₄/MeOH反应体系。然而强酸的使用，对生产设备要求高，而且废液的排放带来较大的污染；会造成其工业成本较高。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种制备碘代芳烃的方法，解决上述芳环直接碘化法技术中存在的使用强酸和综合应用成本高的问题。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种制备碘代芳烃的方法，其特征在于：向反应容器中加入含芳环化合物、I₂、催化剂NO₂和有机溶剂，所述的芳环化合物、I₂和催化剂NO₂的物质的量比为1：0.2～3：0.01～5，然后密封反应容器，密封后的反应容器内有空气存在，在10～180℃条件下搅拌反应5min～40h，反应后冷却至室温，通过柱色谱对反应后的混合物进行提纯，得到碘代芳烃，反应式如下：

。

所述含芳环化合物、I₂和催化剂NO₂加入的物质的量比为1：0.6：0.065。

所述反应在120℃下进行12h。

有益效果：

（1）使用的原料和试剂成份简单，较为便宜，显著降低生产成本；

（2）不使用酸，降低生产设备成本；

（3）可选用低沸点溶剂，产物容易分离提纯；

（4）产物纯度高、工艺简单。

附图说明：

图1为实施例1的产物4-甲氧基碘苯的¹³C-NMR图；

图2为实施例1的产物4-甲氧基碘苯的¹H-NMR图；

图3为实施例1的产物4-甲氧基碘苯的GC-MS图；

图4为实施例2的产物4-乙氧基碘苯的¹H-NMR图；

图5为实施例2的产物4-乙氧基碘苯的GC-MS图；

图6为实施例3的产物4-正丁氧基碘苯的¹H-NMR图；

图7为实施例3的产物4-正丁氧基碘苯的GC-MS图；

图8为实施例4的产物4-正辛氧基碘苯的¹H-NMR图；

图9为实施例4的产物4-正辛氧基碘苯的GC-MS图；

图10为实施例5的产物4-正十四烷氧基碘苯的¹H-NMR图；

图11为实施例5的产物4-正十四烷氧基碘苯的GC-MS图；

图12为实施例6的产物3-甲基-4-甲氧基碘苯的¹H-NMR图；

图13为实施例6的产物3-甲基-4-甲氧基碘苯的GC-MS图；

图14为实施例7的产物2-甲基-4-正丁氧基碘苯的¹H-NMR图；

图15为实施例7的产物2-甲基-4-正丁氧基碘苯的GC-MS图；

图16为实施例8的产物2,4-二甲氧基碘苯的¹H-NMR图；

图17为实施例9的产物3,5-二甲基-4-乙氧基碘苯的¹H-NMR图；

图18为实施例9的产物3,5-二甲基-4-乙氧基碘苯的GC-MS图；

图19为实施例10的产物2,3,4-三甲氧基碘苯的¹H-NMR图；

图20为实施例10的产物2,3,4-三甲氧基碘苯的GC-MS图；

图21为实施例11的产物1-碘-4-甲氧基萘的¹H-NMR图；

图22为实施例11的产物1-碘-4-甲氧基萘的GC-MS图。

具体实施方式：

一种制备碘代芳烃的方法，向反应容器中加入含芳环化合物、I₂、催化剂NO₂和有机溶剂，所述的芳环化合物、I₂和催化剂NO₂的物质的量比为1：0.2～3：0.01～5，然后密封反应容器，密封后的反应容器内有空气存在，在10～180℃条件下搅拌反应5min～40h，反应后冷却至室温，通过柱色谱对反应后的混合物进行提纯，得到碘代芳烃；

所述含芳环化合物的化学式如下所示：

其中R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇分别为氢、烷基、烷氧基、芳氧基、烷硫基、羟基、氨基、氮原子上连有取代基的氨基、芳基和卤基中的一种。

所述的含芳环化合物包括苯甲醚、苯乙醚、苯基正丁基醚、苯基正辛基醚、苯基正十四烷基醚、2-甲基苯甲醚、3-甲基苯丁醚、1,3-二甲氧基苯、2,6-二甲氧基苯乙醚、1,2,3-三甲氧基苯、1-甲氧基萘和2-甲氧基萘。

所述有机溶剂为乙腈、四氢呋喃、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、硝基甲烷、石油醚、1,4-四氧六环、乙酸乙酯、丙酮、甲醇、水、乙醇及它们的混合溶剂，优选乙腈。

反应式如下：

所述反应在10-200℃进行5分钟以上，优选120℃和12小时。

投料物质的量比：所述的芳环化合物、I₂、NO₂的物质的量比为1：0.2～3：0.01～5，优选1：0.6：0.065。

以下是本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

向反应容器中依次加入0.5 mmol苯甲醚、0.3 mmol I₂和1.5 mL乙腈，并通入1.35 mL 的NO₂（常压、常温）。密封反应容器，密封后的反应容器内有空气存在，将反应容器置入预热到120℃的油浴锅中，在120℃下磁力搅拌12小时。待反应结束后，冷却反应体系至室温。通过柱色谱对反应后的混合物进行提纯，得到4-甲氧基碘苯产物，产率为94%。使用¹H-NMR、¹³C-NMR和 GC-MS确定产物的结构。

实施例2

向反应容器中依次加入0.5 mmol苯乙醚、0.3 mmol I₂和1.5 mL乙腈，并通入1.35 mL NO₂（常压、常温）。密封反应容器，密封后的反应容器内有空气存在，将反应容器置入预热到120℃的油浴锅中，在120℃下磁力搅拌12小时。待反应结束后，冷却反应体系至室温。通过柱色谱对反应后的混合物进行提纯。得到4-乙氧基碘苯产物，产率为87%。使用¹H-NMR和 GC-MS确定产物的结构。

实施例3

向反应容器中依次加入0.5 mmol苯基正丁基醚、0.3 mmol I₂和1.5 mL乙腈，并通入1.35 mL NO₂（常压、常温）。密封反应容器，密封后的反应容器内有空气存在，将反应容器置入预热到120℃的油浴锅中，在120℃下磁力搅拌12小时。待反应结束后，冷却反应体系至室温。通过柱色谱对反应后的混合物进行提纯。得到4-正丁氧基碘苯产物，产率为99%。使用¹H-NMR和 GC-MS确定产物的结构。

实施例4

向反应容器中依次加入0.5 mmol苯基正辛基醚、0.3 mmol I₂和1.5 mL乙腈，并通入1.35 mL NO₂（常压、常温）。密封反应容器，密封后的反应容器内有空气存在，将反应容器置入预热到120℃的油浴锅中，在120℃下磁力搅拌12小时。待反应结束后，冷却反应体系至室温。通过柱色谱对反应后的混合物进行提纯。得到4-正辛氧基碘苯产物，产率为82%。使用¹H-NMR和 GC-MS确定产物的结构。

实施例5

向反应容器中依次加入0.5 mmol苯基正十四烷基醚、0.3 mmol I₂和1.5 mL乙腈，并通入1.35 mL NO₂（常压、常温）。密封反应容器，密封后的反应容器内有空气存在，将反应容器置入预热到120℃的油浴锅中，在120℃下磁力搅拌12小时。待反应结束后，冷却反应体系至室温。通过柱色谱对反应后的混合物进行提纯。得到4-正十四烷氧基碘苯产物，产率为90%。使用¹H-NMR和 GC-MS确定产物的结构。

实施例6

向反应容器中依次加入0.5 mmol 2-甲基苯甲醚、0.3 mmol I₂和1.5 mL乙腈，并通入1.35 mL NO₂（常压、常温）。密封反应容器，密封后的反应容器内有空气存在，将反应容器置入预热到120℃的油浴锅中，在120℃下磁力搅拌12小时。待反应结束后，冷却反应体系至室温。通过柱色谱对反应后的混合物进行提纯。得到3-甲基-4-甲氧基碘苯产物，产率为79%。使用¹H-NMR和 GC-MS确定产物的结构。

实施例7

向反应容器中依次加入0.5 mmol 3-甲基苯丁醚、0.3 mmol I₂和1.5 mL乙腈，并通入1.35 mL NO₂（常压、常温）。密封反应容器，密封后的反应容器内有空气存在，将反应容器置入预热到120℃的油浴锅中，在120℃下磁力搅拌12小时。待反应结束后，冷却反应体系至室温。通过柱色谱对反应后的混合物进行提纯。得到2-甲基-4-正丁氧基碘苯产物，产率为85%。使用¹H-NMR和 GC-MS确定产物的结构。

实施例8

向反应容器中依次加入0.5 mmol 1,3-二甲氧基苯、0.3 mmol I₂和1.5 mL乙腈，并通入1.35 mL NO₂（常压、常温）。密封反应容器，密封后的反应容器内有空气存在，将反应容器置入预热到120℃的油浴锅中，在120℃下磁力搅拌12小时。待反应结束后，冷却反应体系至室温。通过柱色谱对反应后的混合物进行提纯。得到2,4-二甲氧基碘苯产物，产率为98%。使用¹H-NMR确定产物的结构。

实施例9

向反应容器中依次加入0.5 mmol 2,6-二甲氧基苯乙醚、0.3 mmol I₂和1.5 mL乙腈，并通入1.35 mL NO₂（常压、常温）。密封反应容器，密封后的反应容器内有空气存在，将反应容器置入预热到120℃的油浴锅中，在120℃下磁力搅拌12小时。待反应结束后，冷却反应体系至室温。通过柱色谱对反应后的混合物进行提纯。得到3,5-二甲基-4-乙氧基碘苯产物，产率为83%。使用¹H-NMR和 GC-MS确定产物的结构。

实施例10

向反应容器中依次加入0.5 mmol 1,2,3-三甲氧基苯、0.3 mmol I₂和1.5 mL乙腈，并通入1.35 mL NO₂（常压、常温）。密封反应容器，密封后的反应容器内有空气存在，将反应容器置入预热到120℃的油浴锅中，在120℃下磁力搅拌12小时。待反应结束后，冷却反应体系至室温。通过柱色谱对反应后的混合物进行提纯。得到2,3,4-三甲氧基碘苯产物，产率为64%。使用¹H-NMR和 GC-MS确定产物的结构。

实施例11

向反应容器中依次加入0.5 mmol 1-甲氧基萘、0.3 mmol I₂和1.5 mL乙腈，并通入1.35 mL NO₂（常压、常温）。密封反应容器，密封后的反应容器内有空气存在，将反应容器置入预热到120℃的油浴锅中，在120℃下磁力搅拌12小时。待反应结束后，冷却反应体系至室温。通过柱色谱对反应后的混合物进行提纯。得到1-碘-4-甲氧基萘产物，产率为71%。使用¹H-NMR和 GC-MS确定产物的结构。

实施例12-23

将实施例5中的乙腈分别被四氢呋喃、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、硝基甲烷、石油醚、1,4-四氧六环、乙酸乙酯、丙酮、甲醇、水、乙醇替代，其他条件同实施例5。4-正十四烷氧基碘苯的分离产率分别为58%（实施例12）、71%（实施例13）、18%（实施例14）、29%（实施例15）、28%（实施例16）、21%（实施例17）、25%（实施例18）、38%（实施例19）、43%（实施例20）、21%（实施例21）、7%（实施例22）、17%（实施例23）。

实施例24-29

将实施例5中的反应温度分别变为10℃、60℃、80℃、100℃、180℃、200℃，其他条件同实施例5。4-正十四烷氧基碘苯的分离产率分别为12%（实施例24）、69%（实施例25）、76%（实施例26）、91%（实施例27）、62%（实施例28）、51%（实施例29）。

实施例30-35

将实施例5中的反应时间分别变为5分钟、1小时、3小时、5小时、8小时、10小时、40小时，其他条件同实施例5。4-正十四烷氧基碘苯的分离产率分别为7%（实施例30）、72%（实施例31）、87%（实施例32）、84%（实施例33）、92%（实施例34）、87%（实施例35）、90%（实施例32）。

实施例36-44

将实施例5中的二氧化氮（常压、常温）的用量分别变为0.2 mL、0.5mL、0.8mL、1 mL、1.3 mL、1.5 mL、1.8 mL、2mL、7mL，其他条件同实施例5。4-正十四烷氧基碘苯的分离产率分别为3%（实施例36）、12%（实施例37）、61%（实施例38）、77%（实施例39）、92%（实施例40）、86%（实施例41）、82%（实施例42）、80%（实施例43）、58%（实施例44）。

实施例45-51

将实施例5中I₂的用量分别变为0.1 mmol、0.25mmol、0.4mmol、0.5mmol、0.8mmol、1.5mmol，其他条件同实施例5。4-正十四烷氧基碘苯的分离产率分别为32%（实施例46）、78%（实施例47）、91%（实施例48）、88%（实施例49）、92%（实施例50）、83%（实施例51）。

Claims

1.一种制备碘代芳烃的方法，其特征在于：向反应容器中加入含芳环化合物、I₂、催化剂NO₂和有机溶剂，所述的芳环化合物、I₂和催化剂NO₂的物质的量比为1：0.2～3：0.01～5，然后密封反应容器，密封后的反应容器内有空气存在，在10～180℃条件下搅拌反应5min～40h，反应后冷却至室温，通过柱色谱对反应后的混合物进行提纯，得到碘代芳烃，反应式如下：

；

所述的芳环化合物为苯甲醚、苯乙醚、苯基正丁基醚、苯基正辛基醚、苯基正十四烷基醚、2- 甲基苯甲醚、3- 甲基苯丁醚、1,3- 二甲氧基苯、2,6- 二甲氧基苯乙醚、1,2,3- 三甲氧基苯或1-甲氧基萘。

2.如权利要求1所述的一种制备碘代芳烃的方法，其特征在于：所述含芳环化合物、I₂和催化剂NO₂加入的物质的量比为1：0.6：0.065。

3.如权利要求1所述的一种制备碘代芳烃的方法，其特征在于：所述反应在120℃下进行12h。