几个新型含氟化合物的合成

2006年第26卷

第6期, 874～877

有 机 化 学

Chinese Journal of Organic Chemistry

V ol. 26, 2006 No. 6, 874～877

* E-mail: [email protected]

Received December 22, 2005; revised March 30, 2006; accepted April 25, 2006. 湖南省教育厅重点(No. 02A036)、湖南省科技计划(No. 03JZY3042)资助项目.

No. 6

罗新湘等：几个新型含氟化合物的合成

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图1 含氟化合物的合成路线

Figure 1 Synthetic route of compounds containing fluorine

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Shimadzu IR-450红外光谱仪, KBr压片; Varian XL-300 MHz核磁共振波谱仪, 1H NMR以氘代氯仿作溶剂, TMS为内标, 19F NMR以TFA 为外标, 高场为负; GC-MS-4021型质谱仪; Carlo Erba 1106型自动元素分析仪分析C, H, N, 氧瓶法测定F; Reichert 7905型显微熔点仪, 温度计未校正.

3-硝基-4-氯三氟甲苯由中国科学院上海有机化学研究所提供, 其它试剂均为国产分析纯. 1.2 化合物合成

化合物2按文献[1]方法合成, 化合物7按文献[2]方法合成.

1.2.1 化合物3, 4的合成

在圆底烧瓶中加入2.60 g (0.126 mol)化合物2, 30 g锡粉和90 mL浓盐酸, 加热使反应缓缓进行. 升温至回流, 待Sn 粉反应完全, 再回流1 h, 冷却过夜, 反应液中加入80 mL乙酸乙酯, 用NaOH 调节pH 值至5～6, 并不停搅拌, 分出有机相, 水层用乙酸乙酯萃取50 mL×3, 合并有机层, 用无水Na 2SO 4干燥, 减压浓缩得固体, 用乙酸乙酯/石油醚重结晶, 得白色固体3 14.31 g. 母液

浓缩, 硅胶柱层析V (乙酸乙酯)/V (石油醚) ＝1/2, 得灰色固体4 1.86 g.

化合物3, 产率64.2%, m.p. 121～122 ℃, 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δ: 6.40～7.50 (m, 3H, ArH), 5.10 (s, 1H, OH), 4.10 (s, 2H, NH2); 19F NMR (CDCl3, 300 MHz) δ: －16.02 (s, 3F, CF3); IR (KBr) ν: 3300, 3310, 1330, 1108 cm－1; MS (70 eV) m /z (%): 177 (M＋, 30). Anal. calcd for C7H 6F 3NO: C 47.46, H 3.29, N 7.91, F 32.31; found C 47.56, H 3.28, N 7.88, F 32.31.

化合物4, 产率10%, m.p. 237～238 ℃, 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δ: 6.40～7.60 (m, 7H, ArH, N＝CH), 3.10 (s, 1H, OH), 2.50 (s, 1H, OH), 2.10 (s, 2H, NH2); 19F NMR (CDCl3, 300 MHz) δ: －15.03 (s, 3F, CF3); IR (KBr) ν: 3450, 3350, 1620, 1338, 1108 cm－1; MS (70 eV) m /z (%): 296 (M＋, 20), 295 (100), 134 (10). Anal. calcd for C 14H 11F 3N 2O 2 : C 56.76, H 3.72, N 9.46, F 19.26; found C 56.66, H 3.68, N 9.38, F 19.28. 1.2.2 化合物5的合成

在圆底烧瓶中, 加入1.77 g (0.01 mol)化合物3, 100 mL 丙酮, 1.32 g (0.02 mol) KOH, 60 ℃ 油浴, 电磁搅拌下滴加4.40 g (0.02 mol) 1,3-二溴丙烷与20 mL丙酮的混合液, 2 h滴完, 滴完后继续反应3 h, 冷却、过滤、浓缩滤液, 硅胶柱层析[V (乙酸乙酯)/V (石油醚) ＝1/10]得

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固体5 0.93 g, 产率31.3%. m.p. 34～35 ℃, 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δ: 6.40～7.80 (m, 3H, ArH), 5.20 (s, 2H, NH2), 3.20～5.10 (m, 4H, OCH2CH 2Br), 1.50～2.20 (m, 2H, CH2); 19F NMR (CDCl3, 300 MHz) δ: －17.00 (s, 3F, CF3); IR (KBr) ν: 3400, 3300, 1330, 1100 cm－1; MS (70 eV) m /z (%): 298 (M＋, 50), 176 (100). Anal. calcd for C 10H 11BrF 3NO: C 40.27, H 3.69, N 4.70, F 19.13; found C 40.20, H 3.62, N 4.71, F 18.99. 1.2.3 化合物6的合成

在圆底烧瓶中加入100 mL无水苯, 1.77 g (0.01 mol) 化合物3, 2.76 g (0.02 mol)无水碳酸钾, 80 ℃油浴, 电磁搅拌下滴加1.27 g (0.01 mol)乙二酰氯和10 mL无水苯的混合液, 0.5 h滴完, 继续反应3 h, 过滤, 浓缩滤液, 得白色固体, 用乙酸乙酯石油醚混合溶剂重结晶, 得固体6 1.53 g, 产率75%. m.p. 260～261 ℃; 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δ: 9.70 (s, 2H, OH), 8.40 (s, 2H, ArH), 6.70～7.20 (m, 4H, ArH), 3.25 (s, 2H, NH); 19F NMR (CDCl3, 300 MHz) δ: －14.60 (s, 6F, CF3); IR (KBr) ν: 3350, 1680, 1530, 1340, 1105 cm－1; MS (70 eV) m /z (%): 408 (M＋, 60), 409 (M＋＋1, 80), 176 (100). Anal. calcd for C 16H 10F 6N 2O 4: C 47.06, H 2.45, N 6.86, F 27.94; found C 46.85, H 2.38, N 6.70, F 27.75. 1.2.4 化合物8的合成

在圆底烧瓶中加入180 mL无水THF, 加入少量钠片, 回流3 h, 加入0.2 g (0.53 mmol)化合物7, 0.06 g (1.06 mmol) KOH, 80 ℃油浴, 电磁搅拌下滴加1.107 g (5.3 mmol)邻苯二甲酰氯和30 mL无水THF 的混合液,3 h 滴完, 继续反应6 h, 冷却、过滤、浓缩滤液, 硅胶柱层析(氯仿) 得固体8 0.23 g, 产率70 %, m.p. 270～271 ℃, 1H NMR (CDCl3, 300 MHz) δ: 6.65～7.65 (m, 14H, ArH), 5.00 (s, 4H, OCH2CH 2O); 19F NMR (CDCl3, 300 MHz) δ: －14.60 (s, 6F, CF3); IR (KBr) ν: 1730, 1338, 1108 cm－1; MS (70 eV) m /z (%): 640 (M＋, 85), 334 (100), 320 (80), 306 (10), 188 (15). Anal. calcd for C32H 18F 6- N 2O 6: C 60.00, H 2.81, N 4.38, F 17.81; found C 60.04, H 2.78, N 4.38, F 17.79.

其它基因, 根据反应条件, CF3可能转变为COOH [1], 再被Sn/HCl还原成CHO, 进而与化合物3反应生成4, 另外, 我们用镍催化氢化还原2时, 仅得化合物3, 而未发现有4生成, 据此, 我们提出4可能的形成机理如图

2.

图2 化合物4的形成机理

Figure 2 The formative mechanism of 4

IR 谱中在3350～3450 cm－1处有两个尖峰, 这是NH 2存在的特征峰, 19F NMR在－15.30处有一单峰, 表明只含一个CF 3, 质谱中在134处有较大裂分碎片[NCC6H 3(OH)NH2 ]＋, 这些都证明了4的结构.

化合物3与过量1,3-二溴丙烷反应, 未得到文献[2]中类似的桥接产物(文献[2]中桥接产物为7), 得到的却是一个溴原子被取代的醚化产物. 这是反应物1,3-二溴丙烷过量的条件使然. 另外, 按反应的一般规律, 也可能生成两个产物, 其一是OH 参与反应得醚化产物, 其二是NH 2参与反应得胺化产物. 从IR 谱看, 在3300～3400 cm－1处有两个尖峰, 说明有NH 2存在, 从化合物的性质看, 产物不溶于KOH 水溶液, 这都证明了5为醚化产物. 其结果也为理论分析所证实, 因为在KOH 作用下, ArOH将变成ArO －, ArO－的亲核性强于ArNH 2是显而易见的.

同样, 化合物3与乙二酰氯反应, 也可能生成两个化合物, 其一为NH 2酰化产物, 其二为OH 酰化产物, 通过MS 和元素分析难以确定6的结构, 但从IR 谱看, 在3350 cm－1处有一单峰, 这是NH 存在的特征峰, 在

1

H NMR谱上, δ 9.70处有一单峰(2×OH), δ 3.2处有另

2 结果与讨论

我们用Sn/HCl还原化合物2时, 得到了化合物3和4. 根据4的质谱图和元素分析结果, 推出其分子式为C 14H 11F 3N 2O 2, 从而得知4仅含有3个氟原子, 但具有14个碳原子, 说明4是由一个带CF 3的苯环和另一个不带CF 3的苯环相接而成, 而原料中没有不带CF 3的苯环存在, 这只能是一个带CF 3的苯环上的CF 3转变成了

一单峰(2×NH), 另外6溶于KOH 水溶液, 这都证明了6为NH 2酰化产物.

文献[2]用等物质的量7与乙二酰氯反应合成了一个含氟氮杂冠醚, 我们用7与邻苯二甲酰氯反应, 除邻苯二甲酰氯过量外, 其它条件同文献[2], 合成了化合物8, 从化合物8的MS 谱得到分子量为640, 结合元素分析得出分子式为C 32H 18F 6N 2O 6, 其MS 谱裂分解析见图3.

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本文合成的几个化合物在结构上都有其特性, 这一工作对于合成出更多的含氟新化合物, 开发探寻含氟化合物的新用途, 是有意义的.

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(Y0512224 QIN, X. Q.)

图3 化合物8的质谱裂分

Figure 3 The split of compound 8 in MS spectrum

IR 谱中没有NH 吸收峰, 而在1730 cm－1处有C ＝O 吸收峰, 1H NMR谱和19F NMR谱也证实了8的结构.