偶合法合成幾個對稱α-二酮

王 鵬，李 彬，董俊興(.沈陽藥科大學(xué)制藥工程學(xué)院，遼寧 沈陽006;.軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射與輻射醫(yī)學(xué)研究所，北京00850)

1 前言

目前國內(nèi)外制備α-二酮主要通過以下3種方法制備，既親核加成-消除法，偶合法，氧化法。親核加成-消除反應(yīng)方法靈活，但操作較復(fù)雜，且反應(yīng)需要低溫，一般用來合成較為特需的α-二酮;偶合法方法簡單，條件溫和，主要用于合成對稱的α-二酮;氧化法主要是對炔烴和烯烴，以及α-羥基酮、酮等氧化制備α-二酮，在氧化法制備較長碳鏈的α-二酮時，所用原料較為昂貴。α-二酮可作為反應(yīng)中間體廣泛應(yīng)用于有機合成中，用于合成雜環(huán)化合物［1］和雜環(huán)金屬絡(luò)合物［2～3］，其中3，4-己二酮的一個重要的應(yīng)用就是合成4-羥基-2，5-二甲基-3(H)呋喃酮［4～7］(簡稱呋喃酮，又稱菠蘿酮)。本實驗以偶合法為理論依據(jù)，參考文獻(xiàn)［8～11］的方法，主要以丁酸乙酯、戊酸乙酯及己酸乙酯為原料，在金屬鈉的作用下發(fā)生偶合，生成丁偶姻、戊偶姻及己偶姻，再進(jìn)一步氧化，得到目標(biāo)產(chǎn)物4，5-辛二酮、5，6-癸二酮及6，7-十二二酮。該反應(yīng)路線優(yōu)點是起始原料便宜，易得，反應(yīng)條件溫和，環(huán)境污染較小，成本低。主要反應(yīng)路線見圖1。

圖1 4，5-辛二酮、5，6-癸二酮及6，7-十二二酮的合成路線

2 材料和方法

2.1 材料

2.1.1 儀器 組合恒溫磁力攪拌器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，機械攪拌器，循環(huán)水式真空泵(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，真空油泵(型號JY7134，上海微型電機廠)，真空計，日本電子JNMECA-400超導(dǎo)NMR儀。

2.1.2 試劑 金屬鈉(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純)，一水合乙酸銅(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純)，丁酸乙酯(天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所，分析純)，戊酸乙酯(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純)，己酸乙酯(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純)，冰乙酸(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純)，二甲苯(北京化工廠，分析純)，無水乙醚(北京北化精細(xì)化學(xué)品有限責(zé)任公司，分析純)，濃硫酸(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純)，無水碳酸鈉(北京劉李店化工廠，分析純)，無水碳酸鉀(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純)，無水硫酸鈉(輕工業(yè)部制鹽工業(yè)局紅專工廠，分析純)，無水氯化鈣(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純)。

2.2 方法

2.2.1 中間體的合成 250 ml的三口瓶中，加入約100 ml干燥的二甲苯，13.8 g(0.6 mol)金屬鈉，裝上回流冷凝和機械攪拌，慢慢加熱到回流，金屬鈉開始熔融，開動攪拌器劇烈攪拌，稍冷后移去熱源，繼續(xù)攪拌冷卻至室溫，將金屬鈉打成細(xì)沙狀。傾出二甲苯，快速用絕對乙醚洗滌3次，每次30 ml，之后再加入100 ml絕對乙醚，裝好回流冷凝，攪拌器，滴液漏斗，冷凝管上加干燥劑，將0.3 mol反應(yīng)原料置于滴液漏斗中，開動攪拌器，緩慢滴加丁酸乙酯，滴加速度以溶液微沸為宜，加完后，繼續(xù)攪拌，待反應(yīng)體系不回流后，加熱至回流，總共反應(yīng)約4 h，此時鈉?；痉磻?yīng)完全，移去熱源，稍冷后，將反應(yīng)液置于冰浴中，待溫度降至20℃以下，從滴液漏斗中緩慢滴加40%的硫酸，控制反應(yīng)溫度在20℃以下，將溶液調(diào)至酸性，使反應(yīng)物水解，重排生成丁偶姻。再用10%的碳酸氫鈉溶液將溶液pH調(diào)至中性，分出醚層，水層用30 ml乙醚洗滌2次，合并醚層，用無水硫酸鈉干燥過夜。常壓蒸出乙醚，剩余液減壓蒸餾，收集餾分。得丁偶姻15.66 g，產(chǎn)率72.5%。同樣方法得戊偶姻18.93 g，產(chǎn)率73.4%。己偶姻19.96 g，產(chǎn)率75.6%。

2.2.2 目標(biāo)產(chǎn)物的合成 取上一步產(chǎn)物0.1 mol，一水合乙酸銅0.2 mol，70%的乙酸200 ml，置于500 ml三口瓶中裝上機械攪拌，回流冷凝，加熱至回流，回流過程中有黃色液體生成，回流時間約5 h，反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)液用氯化鈉飽和，用二氯甲烷萃取3次，每次80 ml，合并二氯甲烷層，二氯甲烷中可能帶有少量的乙酸，因此用碳酸鈉中和PH至中性，加入無水氯化鈣，除水。常壓下蒸出二氯甲烷，再進(jìn)一步減壓蒸餾得終產(chǎn)物。

3 結(jié)果

收集3.288 kPa、75～80℃餾分。得4，5-辛二酮10.67 g，產(chǎn)率75.2%。

1H-NMR(CDCl3)Result:δ0.87(6H，t，2-CH3); δ1.50(4H，m，2-CH2-);δ2.67(4H，t，2-CH2-)。

收集3.026kPa、80～85℃餾分，得5，6-癸二酮13.31 g，產(chǎn)率78.3%。

1H-NMR(CDCl3)Result:δ0.87(6H，t，2-CH3); δ1.29(4H，m，2-CH2-);δ1.46(4H，m，2-CH2-); δ2.70(4H，t，2-CH2-)。

收集1.973kPa、40～47℃餾分，得6，7-十二二酮13.95 g，產(chǎn)率80.02%。

1H-NMR(CDCl3)Result:δ0.91(6H，t，2-CH3); δ1.30(8H，m，2-CH2CH2-);δ1.58(4H，m，2-CH2-); δ2.73(4H，t，2-CH2-)。

4 討論

氧化過程中，筆者也曾考慮選用其它的氧化劑，比如DMP、PCC、三氯化鐵、重鉻酸鉀等。DMP反應(yīng)條件溫和、用量少、后處理簡單，但很不穩(wěn)定，不能長時間保存，需現(xiàn)用現(xiàn)制，用起來很不方便。PCC與DMP相似，反應(yīng)條件溫和，與DMP不同的是其氧化效率較高，但價格較為昂貴。重鉻酸鉀氧化能力太強，碳碳鍵容易發(fā)生斷裂，三氯化鐵氧化產(chǎn)率較低，而選用乙酸銅做氧化劑，操作簡便、產(chǎn)率較高且后處理容易。綜合考慮，筆者選擇乙酸銅做氧化劑。萃取溶劑中因乙醚極易揮發(fā)，三氯甲烷極性較大，故選用二氯甲烷做萃取溶劑。

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