刘海洪，王一飞，彭丽亚，刘苗青，舒立金*，章连众*

（1.浙江工业大学化学工程与材料学院，浙江 杭州 310014；2.杭州师范大学有机硅化学及材料技术教育部重点实验室，浙江 杭州 310012）

芳烃的溴代反应是有机化学中的一个重要反应，也是很多化学合成的基础反应。近年来，随着溴代芳烃在天然产物、药物化学、农业化学品、光电和有机纳米材料合成中的广泛应用，芳烃的溴代已受到日益重视。例如在大环超分子化合物合成中，往往会选择一种芳香族化合物作为底物，用溴代剂取代环α 或β 位置上的氢，再用其它化合物和环上溴进行一些列的反应，最终合成所设计的大环超分子。由此可见溴代反应在一些合成反应中占据着基础而又十分重要的位置。对于芳烃的溴代，常用的溴代剂主要有：液溴、N-溴代丁二酰亚胺(NBS)、溴合二氧六环和5，5-二溴丙二酸亚异丙酯等[1]。其中NBS 溴代剂，因其容易操作、反应温和、无腐蚀性酸、碱副产物产生等优点，已在三溴代反应中得到重视。

本文将重点介绍以N-溴代丁二酰亚胺(NBS)试剂为溴代剂，4-二乙胺基苯甲醛和4-二甲氨基苯甲醛两种含叔氨基功能团苯环为原料，使用单因素法考察原料比、反应时间、反应温度、溶剂等工艺条件对苯环上H 溴代的影响，同时对产物进行1H-NMR、13C-NMR 和GC-MS 表征。

1 实验部分

1.1 主要试剂及仪器

4-二乙胺基苯甲醛，纯度为98%，阿拉丁；4-二甲胺基苯甲醛，纯度为99%，上海强顺化学试剂有限公司；N-溴代丁二酰亚胺(NBS)，纯度为99%，阿拉丁；1,4-二氧六环，纯度99.5%，上海强顺化学试剂有限公司；乙腈，纯度99%，上海强顺化学试剂有限公司；N,N-二甲基甲酰胺（DMF），纯度99.5%，江苏强盛功能化学股份有限公司；二氯甲烷，纯度99.5%，江苏强盛功能化学股份有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 4-二乙胺基苯甲醛溴代

4-二乙胺苯甲醛和NBS 反应表示如下：

在100 mL 单口瓶中，加入1 g（5.6 mmol）4-二乙胺基苯甲醛（1）和5 mL DMF 搅拌使原料1溶解。称取2.41 g（13.5 mmol）NBS 溶解于10 mL DMF 中。在冰水浴条件下，将NBS 溶液缓慢滴加到1 溶液中，滴加完后撤去冰水浴，在室温条件下继续搅拌4 h[3]。反应过程中溶液由灰青色转变为黄色，最终变成深红色。反应结束后，将单口瓶中的溶液加入100 mL 的分液漏斗中，加入15 mL H2O 和5 mL CH2Cl2萃取，分出有机层，漏斗中水层再加入5 mL CH2Cl2萃取一次。合并两次萃取的有机层，分别用10 mL 水洗一次，饱和食盐水（10 mL/次）洗三次。将 洗后的有机层 用无水MgSO4干燥4 h。以石油醚：乙酸乙酯（1：1，v/v）为淋洗剂柱层析得0.35 g（收率20%）白色晶体2，0.43 g（收率30%）黄色油状物3，0.51 g（收率40%）黄色油状物4。

在100 mL 单口瓶中，加入1 g（3.9 mmol）化合物3 和5 mL DMF 搅拌使化合物3 溶解。称取0.83 g（4.7 mmol）NBS 溶解于5 mL DMF 中。在冰水浴条件下，将NBS 溶液缓慢滴加到3 溶液中，滴加完后撤去冰水浴，在室温条件下继续搅拌4 h[3]。反应过程中溶液由黄色变成深红色。反应结束后，将单口瓶中的溶液加入100 mL 分液漏斗中，加入15 mL H2O 和5 mL CH2Cl2萃取，分出有机层，漏斗中水层再加入5 mL CH2Cl2萃取一次。合并两次萃取的有机层，用10 mL 水洗一次，再用饱和食盐水（10 mL/次）洗三次。将洗后的溶液用无水MgSO4干燥4 h。最后用石油醚：乙酸乙酯（25：1，v/v）为淋洗剂柱层析得0.67 g（收率75%）黄色油状物4。

在100 mL 单口瓶中，加入1 g（4.4 mmol）化合物4 和5 mL DMF 搅拌使化合物4 溶解。称取0.94 g（5.3 mmol）NBS 溶解于5 mL DMF 中。在冰水浴条件下，将NBS 溶液缓慢滴加到4 溶液中，滴加完后撤去冰水浴，在室温条件下继续搅拌4 h[3]。反应过程中溶液由黄色变成深红色。反应结束后，将单口瓶中的溶液加入100 mL 分液漏斗中，向分液漏斗中加入15 mL H2O 和5 mL CH2Cl2萃取，漏斗中水层再用5 mL CH2Cl2萃取一次。合并两次萃取的有机层，用10 mL 水洗一次，再用饱和食盐水（10 mL/次）洗三次。将洗后的溶液用无水MgSO4干燥4 h。最后用石油醚：乙酸乙酯（25：1，v/v）为淋洗剂柱层析得1.08 g（收率80%）白色晶体2。

1.2.2 4-二甲氨基苯甲醛的溴代

4-二甲胺基苯甲醛和NBS 反应表示如下：

在100 mL 单口瓶中，加入1 g（6.7 mmol）4-二甲氨基苯甲醛（5）和5 mL DMF 搅拌使原料5溶解。称取2.86 g（16.1 mmol）NBS 溶解于10 mL DMF 中。在冰水浴条件，将NBS 溶液缓慢滴加到5 溶液中，滴加完后撤去冰水浴，在室温条件下继续搅拌4 h[3]。反应过程中溶液由黄色变成深红色。反应结束后，将单口瓶中的溶液加入100 mL分液漏斗中，向分液漏斗中加入15 mL H2O 和5 mL CH2Cl2萃取，分出有机层，漏斗中水层再用5 mL CH2Cl2萃取一次。合并两次萃取的有机层，用10 mL 水洗一次，再用饱和食盐水（10 mL/次）洗三次。将洗后的溶液用无水MgSO4干燥4 h。最后用石油醚：乙酸乙酯（100：3，v/v）为淋洗剂柱层析得0.62 g（收率30%）黄色油状物6，0.57 g（收率29%）白色晶体7，0.43 g（收率28%）黄色油状物8。

在100 mL 单口瓶中，加入1 g（4.4 mmol）化合物8 和5 mL DMF 加入单口瓶中搅拌使化合物8 溶解。称取0.94 g（5.3 mmol）NBS 溶解于10 mL DMF 中。在冰水浴条件下，将NBS 溶液缓慢滴加到8 溶液中，滴加完后撤去冰水浴，将反应在室温条件下继续搅拌4 h[3]。反应过程中溶液由黄色变成深红色。反应结束后，将单口瓶中的溶液加入100 mL 分液漏斗中，向分液漏斗中加入15 mL H2O 和5 mL CH2Cl2萃取，分出有机层，漏斗中水层再用5 mL CH2Cl2萃取一次。合并两次萃取的有机层，用10 mL 水洗一次，再用饱和食盐水（10 mL/次）洗三次。将洗后的溶液用无水MgSO4干燥4 h。最后用石油醚：乙酸乙酯（100：3，v/v）为淋洗剂柱层析得0.47 g（收率35%）黄色油状物6，0.39 g（收率30%）白色晶体7。

1.3 产物的表征

1.3.1 产物的核磁共振和GC-MS 表征

产物2：1H-NMR(400 MHz，CDCl3) δ 9.62 (s)，7.88(s)，7.62(d,J=7.7 Hz)，6.58(d，J=8.1 Hz)，4.90(s)，4.90(s)，3.23(d，J=4.8 Hz)，1.29(s)。13C-NMR(101 MHz，CDCl3) δ 189.80～184.77 (m)，151.20～146.54(m)，134.53 (s)，130.62～127.61 (m)，114.32～109.66(m)，42.27(d，J=18.2 Hz)，17.96～14.65(m)。Mass：m/z 307.0。

产物3：1H-NMR(400 MHz，CDCl3) δ 9.79 (s)，8.02(s)，7.69(d，J=7.5 Hz)，7.06(d，J=7.9 Hz)，3.24(d，J=5.1 Hz)，1.07 (s)。13C-NMR (101 MHz，CDCl3) δ 189.74(s)，155.05(s)，135.95(s),131.23(s)，129.25(s)，122.19(s)，119.21(s)，45.95(s)，12.37(s)。Mass:m/z 257.0。

产物4：1H-NMR(400 MHz，CDCl3) δ 9.62 (s)，7.88(s)，7.62(d，J=7.7 Hz)，6.58(d，J=8.1 Hz)，4.90(s)，3.23(d，J=4.8 Hz)，1.29(s)。13C-NMR(101 MHz，CDCl3) δ 189.08(s)，149.57(s)，133.99(s)，131.66(s)，126.64(s)，109.78(s)，109.18(s)，38.14(s)，14.34(s)。Mass:m/z 227.0。

产物6：1H-NMR (400 MHz，CDCl3) δ 9.79 (s,32H)，7.96(s，60 H)，2.93(s，186 H)。13C-NMR(101 MHz，CDCl3) δ 188.52 (s)，154.15 (d，J=8.6 Hz)，134.27(s)，133.94(s)，124.84(d，J=9.8 Hz)，77.35(d，J=11.7 Hz)，77.09(s)，76.70(d，J=14.4 Hz)，42.31(s)。Mass:m/z 305.9。

产物7：1H-NMR (400 MHz，CDCl3) δ 9.60 (s，25H)，7.82(s，49H)，4.74(s，1H)，3.19(s，75H)。13CNMR (101 MHz，CDCl3)δ 187.88 (s)，149.73 (s)，134.80 (s)，129.20 (d，J=24.4 Hz)，111.22(s)，34.89(s)。Mass:m/z 292.9。

产物8：1H-NMR (400 MHz，CDCl3) δ 9.73(s，76 H)，7.94(s，70 H)，7.65(d，J=8.3 Hz，77 H)，6.99(d，J=8.4 Hz，79 H)，2.87 (s，486 H)。13C-NMR(101 MHz，CDCl3) δ 189.53 (s)，156.77 (s)，135.80(s)，130.92(s)，129.95(s)，119.38(s)，115.68(d，J=152.4 Hz)，43.40(s)。Mass:m/z 228.0。

1.3.2 产物的红外谱表征

图1 中1、2、3、4 分别为4-二乙氨基苯甲醛溴代反应中物质1、物质2、物质3、物质4 的红外谱图，图2 中5、6、7、8 分别为4-二甲氨基苯甲醛溴代反应原料中物质5、物质6、物质7、物质8 的红外谱图。可以清晰看出，图1 中产物2、产物4和图2 中产物7 在3400 cm-1左右的吸收峰，那是产物中由于乙胺基和甲氨基掉了烷基链形成仲氨基的特征峰。

图1 化合物1 溴代反应中各化合物的红外谱图Fig.1 The IR spectra of each substance in Compounds 1 bromination

图2 化合物5 溴代反应中各化合物的红外谱图Fig.2 The IR spectra of each substance in Compounds 5 bromination

1.3.3 熔点

用自动熔点仪测得固体产物2 的熔点为45 ℃，产物7 的熔点为72.5 ℃。

2 结果和讨论

由于实验中出现断乙基或甲基产物的现象，这些产物的出现不仅造成原料的浪费，后处理麻烦，同时这些新产物可以用到新物质的合成中，而各主要产物的收率也比较低，有必要对这些产物在不同条件下的收率进行研究讨论。本文将使用单因素的方法考察不同原料比、反应时间、反应温度、溶剂等对各产物收率的影响。

2.1 4-二乙胺基苯甲醛与NBS 反应

2.1.1 投料比对反应的影响

表1 为4-二乙胺基苯甲醛和NBS 在室温条件下，反应时间为4 h，溶剂都为DMF，投料比（4-二乙胺基苯甲醛：NBS）分别为1：1.2、1：2.4、1：3、1：4 的条件下各产物收率的变化。

表1 投料比对收率的影响Table 1 Effect of feed ratio on the yield

为了使原料充分反应，得到更多的产物2，需要NBS 过量。随着NBS 量的增加，投料比为1：2.4 时，产物的收率不再随着投料比增大而增加。同时NBS 量越大，用来溶解NBS 的DMF 溶剂量也会增加，这样后处理难度增加，产物的收率在一定程度上减少，因此取投料比1：2.4 最佳。如果目标产物是化合物3，则取投料比1：1.2 最佳。

2.1.2 反应时间的影响

表2 为4-二乙胺基苯甲醛和NBS 在室温条件下，投料比为1：2.4，溶剂都为DMF，反应时间分别为1 h、2 h、3 h、4 h 和5 h 的条件下各产物收率的变化[4]。

表2 反应时间对收率的影响Table 2 Effect of reaction time on the yield

表2 可以看出，反应时间4 h 时，目标产物2的收率最高，并且不再随着反应时间而变化，因此取反应时间4 h 为最佳。如果目标产物为化合物3，则反应时间为2 h 最佳。

2.1.3 反应温度的影响

表3 为4-二乙胺基苯甲醛和NBS 在投料比为1：2.4，反应时间为4 h，溶剂都为DMF 条件下，反应温度分别为10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃时各产物收率的变化。

表3 反应温度对收率的影响Table 3 Effect of reaction temperature on the yield

由表3 可知，反应温度基本上不影响产物的收率，考虑实验操作方便，选择反应在室温下进行。

2.1.4 反应溶剂的影响

表4 为4-二乙胺基苯甲醛和NBS 在室温条件下，反应时间为3 h，投料比为1：2.4，溶剂分别为DMF、乙腈、甲醇、1,4-二氧六环的条件下各产物收率的变化。

表4 反应溶剂对收率的影响Table 4 Effect of reaction solvent on the yield

由表4 可知，在DMF 溶剂中，目标产物2 的收率最高，因此选择DMF 为反应溶剂最佳。如果目标产物是化合物3，选择1，4-二氧六环为反应溶剂最佳。

2.2 4-二甲胺基苯甲醛与NBS 反应

2.2.1 投料比对反应的影响

表5 为4-二甲胺基苯甲醛和NBS 在室温条件下，反应时间为3 h，溶剂都为DMF，投料比（4-二乙胺基苯甲醛：NBS）分别为1：1.2、1：2.4、1：3、1：4 的条件下各产物收率的变化。

表5 投料比对收率的影响Table 5 Effect of feed ratio on the yield

表5 表明，目标产物6、7 的收率在投料比1：2.4 时达到最大，并不再随投料比的增加而增大，因此取投料比1：2.4 为最佳。如果目标产物为化合物8，取投料比1：1.2 为最佳。

2.2.2 反应时间的影响

表6 为4-二甲胺基苯甲醛和NBS 在室温条件下，投料比为1：2.4，溶剂都为DMF，反应时间分别为1 h、2 h、3 h、4 h 的条件下各产物收率的变化。

表6 反应时间对收率的影响Table 6 Effect of reaction time on the yield

表6 表明，产物6、7 收率随着反应时间的增加而增大，当反应时间达到3 h 时，产物的收率最大，不再随时间的增加而增大，因此取反应时间3 h 为最佳。如果目标产物是化合物8，则反应时间选择2 h 最佳。

2.2.3 反应温度的影响

表7 为4-二甲胺基苯甲醛和NBS 在投料比为1：2.4，反应时间为3 h，溶剂都为DMF 条件下，反应温度分别为20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃的条件下各产物收率的变化。

表7 反应温度对收率的影响Table 7 Effect of reaction temperature on the yield

表7 表明，反应温度对各产物收率基本上不影响，为了实验操作方便，反应在室温下进行。

2.2.4 反应溶剂的影响

表8 为4-二甲胺基苯甲醛和NBS 在室温条件，反应时间为3 h，投料比为1：2.4，溶剂分别为DMF、乙腈、甲醇、1,4-二氧六环的条件下各产物收率的变化。

表8 反应溶剂对收率的影响Table 8 Effect of reaction solvent on the yield

由表8 可知，在DMF 溶剂中，目标产物6、7的收率最高，因此DMF 为反应溶剂最佳。

3 结论

本文对4-二乙胺基苯甲醛和4-二甲氨基苯甲醛两种含叔氨基苯环的溴代反应进行研究，用单因素法考察了原料比、反应时间、反应温度、溶剂等工艺条件对苯环上H 溴代的影响。实验表明，4-二乙胺基苯甲醛和4-二甲氨基苯甲醛在溴代时都存在叔氨基掉烷基链的现象，这可能是因为溴代反应时甲氨基和乙氨基的位阻效应造成的，根据文献报道[5]，位阻小的官能团（如氨基，羟基等）没有出现这样现象。实验中4-二甲氨基苯甲醛溴代反应可以得到部分3,5-二溴-4-二甲氨基苯甲醛（6）产物，表明在溴代时乙胺基比甲氨基更易掉烷基链，这也是由于乙基比甲基的位阻大的原因造成的。同时，对该溴代反应研究表明，在室温条件下，用DMF 做溶剂，投料比为1：2.4 时，两种原料的溴代反应收率最佳，但与文献报道的其他溴代反应相比较，得到上两个溴的产物收率都比较低，需要进行二次溴代。如果以产物3 为目标产物，则选择1,4-二氧六环为溶剂，目标产物的收率更高，同时后处理更方便。

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