氯化鋅在有機合成中的應(yīng)用

呂國鋒，朱丹琪，鄭增杰，管敏蝦

(上虞新和成生物化工有限公司，浙江　上虞　3123690)

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氯化鋅在有機合成中的應(yīng)用

呂國鋒，朱丹琪，鄭增杰，管敏蝦

(上虞新和成生物化工有限公司，浙江上虞3123690)

氯化鋅是一種常用的無機化合物，主要用于制備活性炭。在有機合成中，氯化鋅能催化合成許多化合物，解決很多生產(chǎn)中的污染大、能耗高，選擇性差的問題。通過對比不同催化劑對傅-克?；?烷基化)反應(yīng)、費舍爾吲哚環(huán)合反應(yīng)和醇酸酯化反應(yīng)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了氯化鋅在此類反應(yīng)中的優(yōu)越性，同時對氯化鋅在制備鹵代烷烴反應(yīng)中的應(yīng)用做了歸納。研究氯化鋅在有機合成中的應(yīng)用也是綠色化學(xué)研究的重要課題。

氯化鋅；傅-克反應(yīng)；盧卡斯試劑；酯化

Aberstance：Zinc chloride is a common inorganic，and mainly used for preparation of activated carbon.In organic synthesis,zinc chloride can be used as a catalyst for synthesizing numerous compounds,and meanwhile solve a lot of problems such as high pollution,heavy energy-consumption and poor selectivity during chemical maufacture. Through the comparison of different catalysts for Friedel-Crafts reaction, Fischer Indole synthesis and Alkyd esterification, zinc chloride was found in the reaction of these advantages. At the same time, Zinc chloride in the preparation of halogenated alkanes applications was summarized. And now,zinc chloride was studied in application in organic synthesis, and is the green chemistry research important topic.

氯化鋅(ZnCl2)是一種常用的無機化合物，常溫條件下，氯化鋅是一種白色六方晶狀物或粉末。極易溶于水，溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、甘油等有機溶劑，不溶于液氨；潮解性強；能溶解金屬氧化物和纖維素；熔融氯化鋅有很好的導(dǎo)電性。

氯化鋅(ZnCl2)是無機鹽工業(yè)的重要產(chǎn)品，應(yīng)用非常廣泛。最大的應(yīng)用是制備與活化活性炭[1]；同時氯化鋅(ZnCl2)也是非常高效的水處理緩釋劑[2]；可用于紡織物的印染[3]；用做分析試劑；電池電解液；高分子聚合催化劑；電鍍預(yù)處理試劑和電焊助劑；有機合成脫水劑、縮合劑、催化劑等。

1　技術(shù)背景

氯化鋅的應(yīng)用十分廣泛，深入研究其應(yīng)用非常有意義。本文總結(jié)了氯化鋅(ZnCl2)在有機合成中作為催化劑的應(yīng)用、反應(yīng)溶劑選擇、水份影響等，闡述了氯化鋅(ZnCl2)在有機合成中的催化機理，增加了人們對氯化鋅(ZnCl2)了解，促進了氯化鋅(ZnCl2)在有機合成中應(yīng)用的發(fā)展。

路易斯酸催化在有機合成中的應(yīng)用非常廣泛，像SnCl4、TiCl4、AlCl3、FeCl3、FeCl2等，在有機合成中的應(yīng)用技術(shù)非常成熟。SnCl4、TiCl4價格高和安全性問題，主要用于附加值高的一些有機合成中；AlCl3后處理麻煩，其副產(chǎn)物Al(OH)3很難與產(chǎn)物分離；FeCl3、FeCl2后處理中有顯色基團產(chǎn)生，產(chǎn)物色澤差。而氯化鋅(ZnCl2)幾乎可以替代所有的路易斯酸達到有機合成中的催化效果，通過優(yōu)化反應(yīng)溶劑體系與反應(yīng)條件，一樣可以得到好的收率與產(chǎn)品質(zhì)量，同時還具體原料易得，價格便宜，運輸與貯存方便等優(yōu)點。

2　應(yīng)　用

2.1氯化鋅催化的傅-克?；?烷基化)反應(yīng)

傅-克?；?烷基化)反應(yīng)是芳基上側(cè)鏈增長碳鏈最有效的合成方法，在有機合成中被廣泛的應(yīng)用，是制備各種芳基酮，雜環(huán)芳基酮的最簡便最有效手段。傅-克酰基化(烷基化)反應(yīng)能否順利進行，得到高收率，高純度的產(chǎn)物最關(guān)鍵在于催化劑的選擇。其催化劑從最早的銅料、銀粉、鋅粉發(fā)展到現(xiàn)在使用路易斯酸(ZnCl2、SnCl4、TiCl4、AlCl3、FeCl3、FeCl2等)做催化劑，也一樣可以得到較高轉(zhuǎn)化率與收率。并且大大降低了原料成本，優(yōu)化了合成工藝。

路易斯酸(ZnCl2、SnCl4、TiCl4、AlCl3、FeCl3、FeCl2等)催化傅-克酰基化(烷基化)反應(yīng)都具有較好的選擇性，較高的收率，甚至像HF、H2SO4等質(zhì)子酸也可以用來做傅-克?；?烷基化)反應(yīng)催化劑，但其后處理方面、對環(huán)境的友好程度方面、原料成本、副產(chǎn)物回收等卻有很大的不同：SnCl4、TiCl4、AlCl3、FeCl3、FeCl2、HF、H2SO4幾乎無法回收重新利用；SnCl4、TiCl4、AlCl3、FeCl3、FeCl2、HF、H2SO4對設(shè)備腐蝕非常嚴重，對設(shè)備要求很高；AlCl3后處理時易生成膠狀的Al(OH)xCly兩性(具有酸堿性)鹽，易與產(chǎn)品裹在一起，非常難分離；FeCl3、FeCl2后處理時不易除干凈，痕量即可讓產(chǎn)品著色。ZnCl2做傅-克?；?烷基化)反應(yīng)催化劑用只需用水洗滌以分離出ZnCl2，廢水經(jīng)濃縮，結(jié)晶析出ZnCl2煅燒后得到無水ZnCl2用于套用。

ZnCl2催化傅-克酰基化(烷基化)反應(yīng)機理見圖1。

圖1　ZnCl2催化傅-克?；?烷基化)反應(yīng)機理

參照文獻[4]：以苯和乙酰氯為原料合成苯乙酮，不同的催化劑(ZnCl2、SnCl4、TiCl4、AlCl3、FeCl3)對反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、收率、產(chǎn)品純度和產(chǎn)品外觀的影響見表1。

表1　不同催化劑對傅-克?；?烷基化)反應(yīng)的影響

2.2氯化鋅作為強路易斯酸催化費舍爾[5]吲哚環(huán)合反應(yīng)

費舍爾吲哚環(huán)合反應(yīng)是用苯肼與醛、酮在酸催化下加熱重排消除一分子氨，得到2-或3-取代的吲哚。在曲坦類藥物合成中應(yīng)用廣泛[6-8]。費舍爾吲哚環(huán)合反應(yīng)反應(yīng)機理見圖2。

圖2　費舍爾吲哚環(huán)合反應(yīng)反應(yīng)機理

醛酮與苯肼在酸催化下縮合生成苯腙，苯腙在酸催化下異構(gòu)化為烯胺，發(fā)生分子內(nèi)遷移反應(yīng)生成二亞胺。亞胺芳構(gòu)化后成環(huán)，得到縮醛胺。氨基再質(zhì)子化，釋放出氨，并失去一個質(zhì)子得到吲哚環(huán)。催化劑可以是：ZnCl2、SnCl4、TiCl4、AlCl3、FeCl3、BF3等路易斯酸和鹽酸，硫酸，多聚磷酸，對甲苯磺酸等質(zhì)子酸共同作用。結(jié)合實際的原料成本、設(shè)備要求、綠色化學(xué)等方面的要求，ZnCl2與鹽酸的組合為最優(yōu)選方案。

[9]以苯肼、苯乙酮為起始原料，制備2-苯基吲哚，不同的催化劑(ZnCl2、SnCl4、TiCl4、AlCl3、FeCl3與鹽酸及多聚磷酸與醋酸)對反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、收率、產(chǎn)品純度和產(chǎn)品熔程的比較。

表2　不同的催化劑對吲哚成環(huán)反應(yīng)情況影響

*轉(zhuǎn)化率以苯肼計；熔程文獻值：188.0～193.0 ℃。

雖然多聚磷酸與醋酸催化合成2-苯基吲哚有一定的對設(shè)備要求低的優(yōu)勢，因其排放含磷廢水被限制生產(chǎn)而淘汰。

2.3盧卡斯試劑(Lucas reagent)[10-12]

濃鹽酸與無水氯化鋅的混合物稱為盧卡斯試劑(Lucas reagent)，其主要應(yīng)用在于適用于伯、仲、叔醇的特征鑒別。盧卡斯試劑(Lucas reagent)還是高效制備鹵代烷烴的重要途徑。盧卡斯試劑(Lucas reagent)制備鹵代烷烴的優(yōu)勢在于產(chǎn)品純度高，選擇性好(轉(zhuǎn)化率高)，通過不飽和烯烴與鹵化氫加成產(chǎn)物一般是的鹵代烷烴異構(gòu)體混和物。

盧卡斯試劑(Lucas reagent)也可以用于一些偶聯(lián)反應(yīng)[13]，例如感光材料中間體4-苯氧基吡啶的合成。

圖3　4-苯氧基吡啶合成

2.4氯化鋅催化的酯化反應(yīng)[14-16]

氯化鋅催化酸堿酯化反應(yīng)的是路易斯酸中的金屬離子與羧酸中的羰基氧空軌道形成一種配合物中間體，產(chǎn)生C+離子，醇的差勁基氧進攻羧基C+離子，再脫水，脫氯化鋅得到酯化物。即反應(yīng)機理：

圖4　氯化鋅催化酯化反應(yīng)機理

參考文獻[15]，以氯乙酸和異戊醇為起始原料合成氯乙酸異戊酯，不同的催化劑(ZnCl2、SnCl4、TiCl4、AlCl3、FeCl3和濃H2SO4)對酯化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、收率、產(chǎn)品純度與產(chǎn)品外觀的影響見表3。

表3　不同的催化劑對酯化反應(yīng)的影響

**轉(zhuǎn)化率以氯乙酸計。

相對于強酸脫水酯化方法，路易斯酸氯化鋅催化酯化具有更溫和的反應(yīng)條件，原料易得，且可以重復(fù)利用，三廢排放少，能耗低的優(yōu)點，代表著綠色化學(xué)酯化反應(yīng)發(fā)展方向。

3　結(jié)　語

氯化鋅從最初的應(yīng)用是用在無機合成、制備活性炭等附加值低的應(yīng)用，隨著路易斯酸催化理論的深入研究，氯化鋅在有機合成中的應(yīng)用越來越廣泛。傅-克酰基化(烷基化)反應(yīng)的催化劑選擇方面，雖然AlCl3、SnCl4具有比ZnCl2更高的活性，但其后處理難、原料成本高和設(shè)備腐蝕等方面的存在問題，而逐步被ZnCl2催化劑替代；近年吲哚類藥物的大量涌現(xiàn)，對吲哚成環(huán)反應(yīng)的研究也得到長足發(fā)展，而更有效的，更溫和的成環(huán)催化劑路易斯酸氯化鋅催化劑的應(yīng)用也吸引了更多的技術(shù)人員進行研究；同時主要成份為鹽酸與氯化鋅的盧卡斯試劑(Lucas reagent)的一些特殊應(yīng)用也被人們所發(fā)現(xiàn)，并且成了目前合成高純度鹵代烷烴的不二選擇。相信人們不斷深入的研究氯化鋅的應(yīng)用，必將給有機合成、綠色化學(xué)的發(fā)展帶來更多的驚喜。

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Zinc Chloride and Its Applications in Organic Synthesis

LVGuo-feng,ZHUDan-qi,ZHENGZeng-jie,GUANMin-xia

(Zhejiang NHU Company Ltd., Zhejiang Shangyu 312369,China)

Zinc Chloride;Friedel-Crafts reaction;Lucas reagent;Esterification reaction

呂國鋒，男，高級工程師，從事有機合成生產(chǎn)與技術(shù)管理。

O62

A

1001-9677(2016)03-0032-03